基于Proteus仿真及竞赛驱动的测控电路教学改革探索

杨海马 江斌 刘鑫 李筠 张大伟 刘瑾

摘  要 通过多年测控电路教学实践工作的积累，以Proteus仿真软件平台为载体，以竞赛驱动模式为应用手段，贯穿测控电路课程中的案例教学主线，改进传统教学模式，将各章节的内容融于竞赛中常见的项目中，激发学生自主学习的乐趣，培养和提高学生的自主思考能力和在实际项目中的应用能力，为测控电路实践教学环节提供一种方法参考。

关键词 测控电路；Proteus；竞赛驱动；实验；教学改革

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）14-0044-03

0  引言

隨着现代电子信息技术的快速发展，检测技术作为现代三大信息产业支柱之一，它的地位日益凸显[1]。测控电路是测控技术与仪器专业的一门学位专业必修课，同时是该专业的核心课程[2]。传统的测控系统是以检测为基础、传输为途径、处理为手段、控制为目的的闭环系统。学生通过对测控电路的学习，可以把传感器原理、单片机控制、智能仪器等相关课程连接起来，从而形成一个完整的智能测控系统体系[3]。该课程不是对电子学或电子技术课程的一般深化与提高，而是在测量和控制应用与电子技术之间架起一座桥梁[4]。因此，学好测控电路对于测控专业的学生具有重要意义。

本课程具有很强的专业特性，需要有较好的先修课程的支持[5]。因此，测控电路的学习对学生的知识储备要求较高，学生需要具备电工技术、数模电、信号处理等课程知识。学生上课若不认真学习，课后复习又存在许多疑问且没有兴趣去解决，一环扣一环，会导致问题不断积累但又无法解决的恶性循环，以致无法掌握该课程。

虽然测控电路对学生要求较高，但它并不是一门晦涩难懂的课程，而是由一个个真实的器件结合理论形成的电路，是有灵魂的，只要学生能对它产生兴趣、投入精力，就可能学好这门课，同时带动相关课程的复习与进步。结合这几年测控电路课程教学及竞赛指导经验与科研实践经验，笔者进行总结、探索，提出基于Proteus仿真及竞赛驱动的测控电路教学改革新思路。实践表明：该方法教学效果好，能激发学生学习的兴趣，吸引学生投入更多的精力去独立思考、交流，提升学生的动手能力，在课程设计、竞赛中都能有不错的实践应用。

1  教学理念与平台介绍

在多年的教学过程中发现，工科的许多课程，如测控电路、电子电路、数模电等，课堂教学侧重理论，不能在实践环节及时跟进，会让学生感到枯燥、晦涩难懂，并且会打击学生的学习兴趣。同时，一些学生的电路知识基础较差，对电路认知比较抽象，更加难以理解和掌握测控电路的内容。因此，教师需要找到一种模式方法，激发学生的学习兴趣，让学生自主学习并能够学以致用。学校传统的实验室由于设备和空间有限，不能满足学生每次课后都及时做实验，复现上课的电路知识。本模式结合Proteus仿真软件平台，让学生能够及时通过虚拟实验复现所学电路内容，在一次次成功的实验复现中一步步地获得成就感，以此提高学习兴趣，增强动手能力。Proteus是英国Labcen-ter公司开发的电路及单片机系统设计与仿真软件，可以实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真等功能[6]。运用Proteus，可以弥补实验箱实验器材老化和实现项目不完整性等缺陷[7]。

Proteus丰富的电子元器件库、清晰易懂的布线方式、简洁明了的操作界面，不仅能让测控电路直观地操作演示，学生还能够快速上手，亲手搭建电路、观察现象。在Proteus中，可以很清晰地观察电平的变化，直观的感性认识可以加深学生对知识点的掌握[8-9]，因此，Proteus是非常适合本模式的一个工具。同时，近几年，很多竞赛、项目的出现，许多学生也很感兴趣。若要参加这些竞赛或项目，学生需要掌握比较过硬的电路知识，比如电子设计大赛。于是，结合实际，提出一种基于竞赛驱动的教学模式探索。结合Proteus仿真软件平台与测控电路理论知识，学生在课后能够及时复习巩固课堂内容，强化学习知识，养成独立思考的习惯和能力，并能在竞赛中学以致用，取得较好的成绩。学生积极学习的兴致，可以带动身边的同学，在专业中形成一种良性的正循环。不仅是学好测控电路这一门课，通过良好的学习方法培养与学以致用的乐趣，也可以带动其他课程的学习，培养和提高学生的专业素质能力，成为合格的、专业素质过硬的工科生。

2  Proteus仿真项目教学改革方法

理论教学与实践教学是两种典型的本科教学方式，是教学体系的有机组成部分，任何一种缺失或存在缺陷，都会导致教学体系不完整，并对教学质量产生负面影响[10]。本文从四个方面来讲述实践教学改革方法，分别是内容设计、平台构建、课堂教学与比赛实例。

2.1  实验仿真的内容设计

教学实验仿真的内容设计是本模式至关重要的一个环节，只有科学安排实验内容，才能够引导学生一步步地掌握课程知识，形成一套完整的测控电路体系。在实验中，学生能够深刻理解多课程之间的联系与在实际中的应用。通过实验，学生能够更加直观清晰地接受上课所学的内容，才有可能学以致用，应用在竞赛、项目之中。表1是测控电路教学实验仿真内容设计的内容与目的。

2.2  教学、仿真实验平台的构建

传统的课堂教学多为PPT口述，缺乏实际的工程应用，枯燥无趣。一个良好的课堂氛围应该是教师多板书，结合一些有趣的电路动画、模拟仿真，生动形象地展示电路的功能，这样才能给学生讲透彻。由于实验室不能及时满足学生的需求，本模式选择Proteus仿真软件作为实验平台，该软件对电脑要求配置不高，操作简单，界面互动性强，专业能力强，可以满足测控电路课程的所有电路仿真，适合学生随时随地进行实验学习，是一个不可多得的实验平台。同时，根据表1的项目内容，编写一本实验指导书，学生有疑问的时候能够及时获得帮助，从而培养课程专业能力。

2.3  课堂教学环节

在上课前先讲述一个工程项目或者竞赛典型应用，引发学生兴趣；然后引入电路理论分析，循循善诱，讲述原理；再给学生示范一遍Proteus的仿真结果，引起学生对电路的好奇心，激发对原理的学习欲望；同时讲述几个关键测量点，让学生实验思考时有迹可循，有目标、有方向地引导学生成功完成实验，培养学生对课程的热爱。要引导对竞赛、项目有兴趣的学生积极参与，架起课程与竞赛的桥梁，培养学习兴趣，并让此类学生带动身边同学积极学习，形成良性循环。

2.4  比赛实例

测控电路在比赛中应用的实例有很多，本模式对学生的学习具有促进性。例如，一位本科学生参加某机器人语音播报比赛，在实验中发现播报的语音一直存在较为刺耳的啸叫杂音，检查电路时也一直没有发现问题。指导教师给他的指导建议是查阅测控电路中滤波的知识，在翻看两天相关知识及仿真与实验后，这名学生成功解决了播报中的杂音问题。之后通过努力，他在比赛中取得较为理想的成绩，极大地激发了对测控电路的学习兴趣，通过结合Proteus软件、实际应用等，很好地掌握了这门课程。

3  教学改革探索效果分析

测控电路竞赛驱动法打破了传统课堂理论教学与实践教学之间的壁垒，书本理论知识与仿真实践的良性结合，不仅有利于教师课程教学的开展，而且有利于学生课后实践的开展，在验证理论的同时，激发学生对课程的热爱，进而激发应用的兴趣。受此影响，想要报名竞赛的学生人数越来越多，学以致用的教学理念得到体现。从近几年的期末考评来看，总体优秀成绩较前几年有很大提升，几乎无人挂科，因为学生的学习氛围和学习兴趣已经形成。同时，测控学生在电子设计大赛等许多比赛中取得优异成绩，可证明本模式的探索取得一定的成功。

4  结束语

测控电路的教学是需要师生互动的，教师授业解惑，学生独立思考。针对传统课堂教学中存在的问题，本文提出基于Proteus仿真及竞赛驱动的测控电路教学改革思路，实践证明：改革能够提高学生对课程的热爱，学生通过一次次独立思考，成功仿真出结果，看到漂亮的波形，获得成就感，这对于培养信心有很大益处。在积累知识的同时，学生结合课程设计、竞赛、科研项目等，学以致用，实现学习价值，有助于在之后的学习与工作中培养良好的思考习惯与动手能力，培养工科思维，同时有助于教师实现“授之以渔”的理想。此模式还需在实践中不断进行改进，探索最优的测控电路课程教学方案。

参考文献

[1]李晓红，黄刚，王瑞荣.《测控电路》实践教学改革探讨[J].电子测试，2018（22）：130-131.

[2]刘得军，钱步仁，艾清慧，等.“测控电路”教学方法改革与探索[J].中国电力教育，2013（30）：110-111，118.

[3]王京港，张翠平.基于项目驱动及Proteus仿真的单片机教学改革探索[J].中国电力教育，2013（22）：138-139，143.

[4]王荣秀，曹晓莉，李明.“对分课堂”教学模式在“测控电路”教学实践中的运用[J].教育教学论坛，2020（4）：270-272.

[5]李鑫，孟翔飛，谢启.《测控电路》理实一体化教学改革探索[J].高教学刊，2016（17）：145，147.

[6]林立.单片机原理及应用：基于Proteus和Keil C[M].北京：电子工业出版社，2009.

[7]王红.基于Proteus的微机原理与接口实验仿真教学研究[J].中外企业家，2018（30）：206.

[8]崔彬.Proteus在电子线路实验中的有效仿真应用[J].高校实验室工作研究，2016（1）：28-30.

[9]侯俊才，傅隆生.基于Proteus仿真的电工电子技术教学改革[J].中国现代教育装备，2015（17）：90-92.

[10]刘国忠，刘刚，那云虓.理论和实验混合式教学模式在测控电路课程教学中的应用[J].中国现代教育装备，2017（19）：52-55.