基于Protues仿真的電工電子技術教學改革

侯俊才 傅隆生

西北農林科技大學機械與電子工程學院 陜西楊凌 712100

基于Protues仿真的電工電子技術教學改革

侯俊才 傅隆生

西北農林科技大學機械與電子工程學院 陜西楊凌 712100

在傳統的電工電子技術教學中，理論教學顯得枯燥乏味，實驗速度慢，且元件設備損壞率較高，效果不佳，學生缺少實踐鍛煉。為了改變這一現狀，通過在教學、實驗和實踐環(huán)節(jié)中引入了基于Proteus仿真的教學改革，使得課堂教學具有生動性和可視性，實驗的成功率提高，元件設備的壞損率降低，學生在實踐環(huán)節(jié)中創(chuàng)新能力和動手能力得到了提高，教學效果顯著提高。

Proteus；仿真；實踐

電工電子技術是工科非電專業(yè)學生必修的一門專業(yè)基礎課，是一門實踐性很強的課程，由于當今社會的每一領域都與電有著聯系，學好這門課對于解釋現實生活諸多與電相關的現象，解決工作中設備儀器的與電學的相關問題有著直接的幫助。電工電子技術這門課程涵蓋范圍較廣，內容包括了電路分析的基本知識、交流電路、磁路、三相交流電路、電動機、模擬電路和數字電路等電工學和電子學的諸多知識點。通過這門課程的學習對培養(yǎng)學生工程實踐能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力具有獨特的作用。針對多年的教學實踐中遇到的問題，我們在該課程教學環(huán)節(jié)中引入了Proteus仿真與實物設計結合的改革措施，加深了學生對理論知識的理解，熟悉了實驗電路的設計，提高了學習興趣，得到了基本的技能訓練；提高了學生的動手能力，培養(yǎng)學生獨立分析問題和解決問題的能力，取得了良好的教學效果。

1 電工電子傳統教學方式的不足

傳統的教學模式下，教學環(huán)節(jié)以教師花大量時間講授基本原理、基本知識為主，學生缺少學習興趣、缺乏學習主動性；實驗環(huán)節(jié)多為驗證實驗，如疊加原理、戴維寧定理、單管放大電路、組合邏輯設計、觸發(fā)器等，學生在實驗過程中不需要思考和分析，只是機械地、被動地按照實驗指導書進行操作，實驗過程死板，限制了學生的思維，使學生喪失學習興趣。而且實驗中由于學生操作錯誤或失誤往往出現短路、燒保險以致損壞儀器儀表等現象，嚴重時甚至會引發(fā)安全事故。為了解決以上問題，將虛擬仿真軟件Proteus引入電工電子學的理論教學、實驗和實踐環(huán)節(jié)，提高學生學習理論知識的興趣，也可在課余時間通過仿真驗證所學知識；在實物實驗前進行虛擬實驗電路的設計連接和測量，以期提高對實驗電路的本質認識，達到掌握理論知識和提高實驗質量的目的。同時以虛擬軟件為平臺，結合學生的興趣，設計實用電路，增強學生的創(chuàng)新能力、自學能力和動手能力。這樣學生可以充分利用課余時間發(fā)揮主動性和創(chuàng)造性，進行實用電路的設計，另外還可以節(jié)省硬件投入、減少實驗設備的損壞，提高實驗的成功率。

2 Proteus在電工電子教學中的應用

Protues是一款EDA工具軟件，除了像其他EDA軟件一樣具有仿真基本電路功能外，還有單片機仿真功能，還可以實現PCB設計，是當前教學和科研領域流行的電路設計軟件之一。其上手容易、仿真演示功能強大，很適合于教學。

2.1 Proteus在理論教學中的應用

在電工電子的教學環(huán)節(jié)中，Proteus仿真的引入通過直觀的感性認識可以加深學生對知識點的掌握。很多知識點都可以用Proteus仿真來演示。例如疊加原理，學生學習單電源作用電路時對其他電源的處理容易出錯，經過仿真演示就可以加深理解。如圖1所示，在Proteus下，電流表和電壓表被認為是理想器件，即認為電壓表內阻為∞，電流表內阻為0，此條件下，a中在12 V和6 V電源共同作用下，R3兩端電壓和流過的電流分別為4.2 V和0.08 A，方向如圖所示。該電壓和電流等于b和c中12 V，6 V兩個電源單獨對R3作用時的3.6 V，0.07 A和0.6 V，0.01 A的代數和，相當于單電源作用時另一電壓源做短路處理。在仿真演示的強化下可使學生加深對疊加原理的理解。

圖1 疊加原理的Proteus仿真

2.2 Proteus在實驗中的應用

在電工電子實驗中教師經常碰到一個棘手的問題，那就是由于學生以前接觸電工電子實驗儀器設備機會較少，因此在實驗前教師要花大量時間指導學生使用儀器設備，導致實驗時間不夠用，另外也避免不了出現儀器設備的損壞。為了讓學生提前掌握設備儀器的基本用法和減少損失，我們的做法就是提前做出Proteus仿真下的實驗指導，讓學生在課余時間完成仿真實驗，然后再進行實物實驗。例如負反饋放大器實驗。將Proteus仿真實驗布置為作為課余作業(yè)，要求在Protues下完成電路連接，如圖2所示。要求指出每個元件的作用，測量靜態(tài)工作點，并完成觀察改變輸入信號us時負載RL上電壓的變化情況，以及去除負反饋RF和CF時輸入輸出間信號的變化情況。

圖2 負反饋放大器實驗仿真圖

在仿真電路的連接和實驗過程中，帶著問題操作，進而強化了對電路的理解，掌握了示波器的調節(jié)方法，加深了對負反饋的認識。然后再在實驗箱上進行實物實驗。由于Proteus仿真中的元件及測量儀器儀表（如電壓表、電流表、示波器）的使用方法幾乎和實物使用方法一樣，學生通過在仿真環(huán)境下親自連接電路和測量就弄清楚了電路結構，儀器儀表的使用方法，經過如此過程，在實物實驗時就已經熟悉了電路接法和實驗的目的，從而實物實驗時速度明顯加快，電路連接的準確率和儀器儀表的使用的正確性得到提高，從而設備的損壞率明顯降低，實驗效果也得到明顯提高。

3 Proteus在電工電子設計實踐中的應用

學生思維活躍，有時根據所學知識產生一些奇思妙想，但是由于財力和資源所限往往無法進行去實現。例如，有學生根據聲控燈原理想到聲控風扇，但是由于沒有實驗設備及儀器或擔心損壞設備而不敢去實踐，最后不了了之。如果借助于仿真軟件Proteus就可以將其想法通過仿真來進行驗證，在仿真可行后，就可以利用實驗室條件進行實物設計和實現。

我們在教學中要求學生制作光控燈電路，要求其上網查閱資料，設計出控制電路，并利用Proteus豐富的元件庫，實現電路的仿真，然后提供實物，讓其搭建實物電路。簡單光控燈仿真電路如圖3所示，Proteus聽過了模擬光照的光敏電阻（TORCH-LDR），通過改變手電與光敏電阻的距離實現光線的強弱變化。在這樣的實踐過程中，提高了學習興趣，學生掌握了一般電路設計方法，學習了文獻的查閱，并鍛煉了其動手能力。

經過這樣的訓練后，學生在進行科技創(chuàng)新時就不會盲目購買元器件，他們先在Proteus下搭建電路進行仿真—參數調整—再仿真—再參數調整，通過仿真軟件下反復調試，等仿真電路滿足設計要求后，再根據成功的仿真電路選擇購買相關器件搭建電路。如此一來使得科技創(chuàng)新設計的成功率提高，由于有針對性的購買器件，所以浪費很少，科技創(chuàng)新成本盡可能地降低了。

圖3 光控燈仿真電路

4 結束語

在電工電子技術的教學實踐中引入Proteus，可增加理論教學的生動性與可視性，加強學生對實驗電路的理解，使實物實驗成功率得到提高，元器件及設備毀壞率降低。實驗電路的軟件仿真與實物搭建，使學生的學習興趣得到了提高，鍛煉了學生設計能力與動手能力，使得電工電子技術的教學變得生動，與傳統教學法相比較效果明顯提高?；赑roteus的虛擬仿真給學生提供了無須硬件投入電路的驗證環(huán)境，對創(chuàng)新設計和后期的動手搭建電路有著積極的推動作用，在我校學生的電子創(chuàng)新中發(fā)揮了重要作用。

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［5］張興初，孫志兵，侯繼紅.淺談基于Protues實測的模擬電子技術教學設計［J］.中國現代教育裝備，2010（7）：96-97.

Teaching Reform of Electrical and Electronic Technology
Based on Proteus Simulation

Hou Juncai， Fu Longsheng
College of Mechanical and Electric Engineering， Northwest A&F University， Yangling， 712100， China

For electrical and electronic technology， theory teaching is boring， its experiment is time-costing， and elements of equipment are damaged frequently， the chance of practice for students is lack. In order to improve the teaching of the course， the simulation software is applied into the procedure of teaching， experiment and practice. The reform makes the classroom teaching is vivid and visual， the success rate of the experiment is improved， the damaged elements of equipment reduce， and the creative ability of the students is improved， practical ability of students have been improved， the teaching looks successful.

proteus； simulation； practice

2015-03-18

侯俊才，博士，講師。

西北農林科技大學課程教學改革研究項目（編號：JY1302060）；西北農林科技大學2014年本科優(yōu)質課程建設項目（數字電子技術）；西北農林科技大學優(yōu)質課程建設項目〔電工電子技術（丙）〕。