應(yīng)用Proteus的“電路原理”研究式教學(xué)模式初探

李艷萍 杜殿會 侯桂成 劉金華

摘要： 為了完成高校培養(yǎng)有創(chuàng)新精神和實踐能力的人才的教學(xué)任務(wù)，作者在“電路原理”課程中探索了實施研究式教學(xué)的教學(xué)方法。具體如下：教師構(gòu)建情境，運用仿真軟件Proteus以分組探究方式組織教學(xué)，采用一步三問教學(xué)方案，激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性，增強學(xué)生學(xué)習效果。

關(guān)鍵詞： Proteus電路原理研究式教學(xué)模式

高校的主要任務(wù)就是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的人才，“電路原理”課程建設(shè)的重點就是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和實踐能力，為此我們采用了研究式教學(xué)模式[1]-[2]。教師必須創(chuàng)設(shè)類似科學(xué)研究和生產(chǎn)現(xiàn)場的情境。Proteus仿真軟件功能強大，集電路設(shè)計、制版及仿真等多種功能于一身，是創(chuàng)設(shè)這一情境的最有效工具[3]-[4]。本文將仿真軟件Proteus應(yīng)用到“電路原理”的研究式教學(xué)實踐中，取得了良好的教學(xué)效果。

1.創(chuàng)設(shè)情境，提出問題

以前許多教師在開展應(yīng)用Multisim的教學(xué)實踐時，學(xué)生雖然用到了仿真軟件，但是沒有真正開動腦筋成為學(xué)習的主體。研究性教學(xué)的基礎(chǔ)是構(gòu)建情境，即設(shè)置更貼近實際生產(chǎn)崗位技能、貼近實際產(chǎn)品的項目[5]。研究性教學(xué)要求學(xué)生以探究的方式學(xué)習知識，教師以探究的方式組織傳授知識。因此，教師應(yīng)在基于Proteus構(gòu)建一定電路情境后，提出問題，引導(dǎo)學(xué)生進行思考，由學(xué)生得出結(jié)論。

例如，在“一階RC電路”的教學(xué)中，為了研究其積分特性和微分特性，應(yīng)用Proteus創(chuàng)建了積分電路如圖1所示。電路中輸入方波信號的有效值為1V，頻率為10Hz，脈沖寬度t=50mS。在圖表模式下添加輸入電壓探針和電容電壓輸出探針得到積分電路曲線圖2。研究性教學(xué)在通過仿真軟件展示結(jié)果的同時還有更高的要求。例如，可以向?qū)W生提出：改變電路中電阻、電容、輸入信號頻率的大小，輸出波形會如何變化？該電路還具有積分作用嗎？積分電路的條件是什么？我們可以按表1改變電路元器件參數(shù)、輸入信號頻率，重新觀察兩種情況波形如圖3和4所示。為什么會得到這樣的結(jié)論？它的理論依據(jù)是什么？這時，可以采用理論計算分析圖1所示電路，在輸入信號的正半周，電容電壓相當于零狀態(tài)響應(yīng)；在輸入信號的負半周，電容電壓相當于零輸入響應(yīng)，只要滿足時間常數(shù)遠大于輸入方波信號脈沖寬度，電容充放電曲線近似為直線，該電路完成了積分功能；而當時間常數(shù)小于輸入方波信號脈沖寬度，電容迅速完成充放電后保持穩(wěn)態(tài)值不變，直到輸入信號改變狀態(tài)。在該例子中，我們還可以向?qū)W生提問：當以電阻電壓做輸出時，情況又如何呢？這時我們可以鼓勵學(xué)生設(shè)計如圖5所示微分電路實驗，再改變電路參數(shù)，根據(jù)圖6所示仿真結(jié)果進行分析。為什么會得到這樣的結(jié)論？我們采用如前所述那樣理論計算分析圖5所示電路。

2.分組探究，歸納總結(jié)

研究性教學(xué)的問題經(jīng)常自發(fā)地產(chǎn)生于學(xué)生中間。我們對于上例中RC電路輸入正弦信號，電路的功能則可能要發(fā)生變化。為了節(jié)省學(xué)時，可以將學(xué)生分成若干組進行討論，并各自、結(jié)合分析結(jié)果直至歸納總結(jié)。

例如，對于圖7所示的以電容電壓為輸出信號的RC電路和圖11所示的以電阻電壓為輸出信號的RC電路分別輸入頻率為5、20、50Hz的正弦信號，我們可以將全班同學(xué)分成兩大組，每大組分成三小組，進行電路繪制仿真。各小組同學(xué)結(jié)合起來分別對仿真結(jié)果進行分析，然后兩大組同學(xué)再進行對比分析，歸納出兩種情況下電路功能特點。

3.一問三步教學(xué)方案

針對我校電路原理課程教學(xué)學(xué)時逐年減少的現(xiàn)狀，我們采用一個問題三步走的方案。對于課堂上不能實施的研究性題目，教師提前布置大作業(yè)，安排學(xué)生課前完成仿真實驗，課堂上進行演示，教師應(yīng)啟發(fā)他們思考問題，對仿真結(jié)果進行分析討論，然后從理論上講解該結(jié)果產(chǎn)生的原因。課后教師組織他們撰寫小論文，闡述其原理、功能、應(yīng)用。通過大作業(yè)和小論文等多種形式的教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習能力、實踐能力和創(chuàng)新精神，以適應(yīng)當前經(jīng)濟社會發(fā)展對高素質(zhì)人才的需求。

4.結(jié)語

本文介紹了應(yīng)用Proteus進行“電路原理”研究式教學(xué)的實踐過程。在實踐教學(xué)過程中，教師提出問題，引導(dǎo)學(xué)生進行仿真實驗、分析仿真結(jié)果，起到了主導(dǎo)作用；學(xué)生在教師的引導(dǎo)下自主學(xué)習和探究。通過這樣的實踐環(huán)節(jié)提高了學(xué)生的積極性，培養(yǎng)了創(chuàng)新能力，收到了很好的教學(xué)效果，探索了一條以學(xué)生主動和創(chuàng)造性學(xué)習為靈魂的本科教學(xué)模式。

參考文獻：

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