Proteus仿真軟件在《電工基礎(chǔ)》項(xiàng)目化教學(xué)改革中的應(yīng)用

青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 武玉升

《電工基礎(chǔ)》課程是高職院校機(jī)電、電氣類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程一般在學(xué)生升入高職后第一學(xué)期就要開設(shè)，為后續(xù)將要學(xué)習(xí)的《電子技術(shù)》、《電機(jī)與電氣控制》、維修電工培訓(xùn)考證等專業(yè)課程和職業(yè)資格培訓(xùn)課程起到重要的支撐作用。由于課程的理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)，以及高職生源素質(zhì)較差等原因，多年以來《電工基礎(chǔ)》課程的教學(xué)效果很不理想，教師教起來費(fèi)勁、學(xué)生學(xué)起來吃力，課程結(jié)束后能有一半多的學(xué)生不能很好地掌握所學(xué)內(nèi)容，對(duì)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)影響很大。為了改善《電工基礎(chǔ)》課程的教學(xué)效果，筆者所在高職學(xué)院進(jìn)行了《電工基礎(chǔ)》課程的項(xiàng)目化教學(xué)改革。建設(shè)了《電工基礎(chǔ)》理實(shí)一體教室，編寫了《電工基礎(chǔ)》項(xiàng)目化教材，推行了項(xiàng)目導(dǎo)向的教學(xué)模式，使《電工基礎(chǔ)》課程的教學(xué)效果有了很大的改善。但是，在項(xiàng)目化教學(xué)改革過程中，我們也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)重要的問題，就是課堂很大一部分的時(shí)間都用在了項(xiàng)目實(shí)施和分組討論上，使得理論知識(shí)的教學(xué)缺乏系統(tǒng)性和連貫性，學(xué)生對(duì)必備的基礎(chǔ)理論知識(shí)掌握不夠扎實(shí)和深入。而《電工基礎(chǔ)》課程作為學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)過程中第一門專業(yè)基礎(chǔ)課，要求學(xué)生必須能夠很好地掌握必須得基礎(chǔ)理論知識(shí)。因此，我們對(duì)如何在《電工基礎(chǔ)》課程項(xiàng)目化教學(xué)改革中提高基礎(chǔ)理論教學(xué)效果，進(jìn)行了探索和實(shí)踐。我們發(fā)現(xiàn)將Pr ot eus仿真軟件應(yīng)用在理實(shí)一體課堂教學(xué)和學(xué)生課外自學(xué)活動(dòng)中，可以實(shí)現(xiàn)難懂的理論教學(xué)和直觀的仿真訓(xùn)練有機(jī)融合，能夠促進(jìn)學(xué)生的課內(nèi)和課外學(xué)習(xí)良好互動(dòng)，從而提高《電工基礎(chǔ)》課程的基礎(chǔ)理論教學(xué)效果。

1 Proteus仿真軟件在《電工基礎(chǔ)》項(xiàng)目化教學(xué)中的應(yīng)用

1.1 項(xiàng)目化教學(xué)實(shí)施方案

整個(gè)《電工基礎(chǔ)》項(xiàng)目化教學(xué)過程必須體現(xiàn)“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的原則，要以學(xué)習(xí)項(xiàng)目為載體，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。項(xiàng)目實(shí)施前，要引導(dǎo)學(xué)生利用觀看網(wǎng)絡(luò)課程視頻、查閱教材及其他參考資料等形式進(jìn)行預(yù)習(xí)；項(xiàng)目實(shí)施過程中，學(xué)生分組完成工作任務(wù)，教師及時(shí)進(jìn)行引導(dǎo)和考核記錄；項(xiàng)目結(jié)束后，教師引導(dǎo)學(xué)生做好總結(jié)和考核工作。

1.2 Proteus軟件在項(xiàng)目教學(xué)中的應(yīng)用

在《電工基礎(chǔ)》項(xiàng)目化教學(xué)過程中，項(xiàng)目所涉及的電路基礎(chǔ)理論知識(shí)的教學(xué)是個(gè)難點(diǎn)，應(yīng)用Pr ot eus軟件可以較好地加以解決。根據(jù)筆者在所帶的班級(jí)中所做的調(diào)查，每個(gè)班級(jí)至少有一半的學(xué)生都擁有筆記本電腦，在教學(xué)過程中可以把這些電腦有效地利用起來。讓學(xué)生把自己的筆記本電腦都帶到課堂上，然后根據(jù)分組情況，全班將電腦進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配，保證每?jī)蓚€(gè)人能有一臺(tái)電腦。在課上，學(xué)生可以隨時(shí)對(duì)所學(xué)電路利用Pr ot eus軟件進(jìn)行仿真連接和調(diào)試，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)理論知識(shí)的理解。在課外，學(xué)生可以隨時(shí)利用Pr ot eus軟件進(jìn)行電路仿真練習(xí)，達(dá)到提高預(yù)習(xí)和學(xué)習(xí)效果的目的。

2 選擇Proteus電路仿真軟件的優(yōu)勢(shì)

常用的電路仿真軟件有早期版本的EWB系列、Mul t isim系列和Pr ot eus系列等，EWB系列軟件資源占用小簡(jiǎn)單易用，Mul t isim是EWB系列軟件的升級(jí)版本，這兩款軟件在電路、電子技術(shù)課程教學(xué)中有比較廣泛的應(yīng)用，但也存在仿真功能較弱、互動(dòng)性差等缺點(diǎn)。Pr ot eus系列軟件常常用來實(shí)現(xiàn)微控制器系統(tǒng)的軟件和硬件仿真，存在著初學(xué)者上手較難的問題，這可以通過加強(qiáng)練習(xí)得到解決。Pr ot eus系列軟件顯著的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)電子電路的交互式仿真，其交互性比Mul t isim系列軟件更強(qiáng)，電路運(yùn)行狀態(tài)更加形象、直觀。

3 Proteus在《電工基礎(chǔ)》課程中電路仿真應(yīng)用舉例

在《電工基礎(chǔ)》課程項(xiàng)目化教學(xué)過程中，要用到電阻器、電容器和電感器等基礎(chǔ)元器件知識(shí)，用到直流電路、單相交流電路和三相交流電路等基礎(chǔ)理論知識(shí)，單靠教師的講解學(xué)生很難深刻理解這些基礎(chǔ)理論知識(shí)，通過Pr ot eus軟件的仿真學(xué)習(xí)，可以很好地解決這個(gè)問題。下面以電容的充放電、電感的電磁效應(yīng)兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)的電路仿真應(yīng)用為例加以說明。

3.1 電容的充放電電路仿真

圖1 電容的充放電仿真電路

電容的充放電仿真電路如圖1所示，圖中B1為12V電池，R1為100Ω的限流電阻，SW1、SW2是單刀單擲開關(guān)，AM1、AM2是電流表，VM1是電壓表，C1是仿真容值為10000μF的電解電容，BL1是燈泡。運(yùn)行仿真，閉合SW2，保持SW1斷開，此時(shí)可以看到電池在對(duì)電容充電，AM1上有變化的、逐漸減小的電流讀數(shù)，VM1上有變化的、逐漸增大的電壓讀數(shù)，同時(shí)C1上可以觀察到正負(fù)端的電荷累積。斷開SW2，閉合SW1，此時(shí)可以看到電容在放電，AM2上有電流流過，燈泡被點(diǎn)亮，AM2的讀數(shù)持續(xù)減小，燈泡變暗，直到C1上的電荷被放完，燈泡熄滅。通過以上仿真過程，學(xué)生可以直觀地觀察電容的充放電過程，同時(shí)可以通過修改限流電阻阻值或改變電池電壓來觀察電容的充放電過程的變化情況，從而可以靈活、深刻地理解該知識(shí)點(diǎn)。

圖2 電感的電磁效應(yīng)仿真電路

3.2 電感的電磁效應(yīng)電路仿真

電感的電磁效應(yīng)仿真電路如圖2所示，其中L1是電感為100H的電感器。運(yùn)行仿真，可以看到電流表的讀數(shù)快速逐步增大，到達(dá)某一值之后燈泡被點(diǎn)亮，然后電流表的讀數(shù)繼續(xù)增大。但是，此時(shí)速度變慢，越來越慢，最后電流表讀數(shù)增加到某一數(shù)值時(shí)穩(wěn)定下來，燈泡繼續(xù)點(diǎn)亮。如果電感值為1000H，則達(dá)到穩(wěn)定值的時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)，而這個(gè)穩(wěn)定值只和燈泡的電阻及電池的內(nèi)阻相關(guān)。通過該電路的仿真，學(xué)生可以很好地理解電感器的特性。

4 結(jié)束語(yǔ)

在高職《電工基礎(chǔ)》課程項(xiàng)目化教學(xué)改革中，學(xué)生對(duì)電路基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)是一個(gè)難點(diǎn)，將Pr ot eus仿真軟件在教學(xué)過程中進(jìn)行有效地應(yīng)用，可以很好地解決這個(gè)難點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了難懂的理論教學(xué)和直觀的仿真訓(xùn)練有機(jī)融合，促進(jìn)了學(xué)生的課內(nèi)和課外學(xué)習(xí)良好互動(dòng)，提高了課程教學(xué)質(zhì)量。我們把該經(jīng)驗(yàn)推廣應(yīng)用到電子技術(shù)、單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)等其他專業(yè)課程的教學(xué)過程中，同樣起到了良好地教學(xué)效果。

[1]葉亭.“電工基礎(chǔ)”課程教學(xué)模式改革探索[J].職教通訊,2014(24):55-57.

[2]戴曰梅.Proteus仿真軟件在電工基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用[J].電子世界,2013(01):65-66.

[3]胡啟明,葛祥磊.Proteus從入門到精通100例[M].電子工業(yè)出版社,2012.

[4]宋承杰.高職院校《電工基礎(chǔ)》課程“項(xiàng)目化”教學(xué)方法探討[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2013(02):47-49.