淺談Proteus仿真軟件在“電工學(xué)”教學(xué)中的應(yīng)用

劉洪霞+張海濤+張新偉

（安徽科技學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，安徽 鳳陽(yáng) 233100）

摘要：“電工學(xué)”作為高校非電類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，有著重要的地位；是學(xué)習(xí)其他專業(yè)課程的基礎(chǔ)。為適應(yīng)應(yīng)用型本科高校建設(shè)的要求，本文對(duì)電工學(xué)的教學(xué)提出了一些建議。指出了應(yīng)用型本科高校目前在“電工學(xué)”課程教學(xué)中存在的主要問(wèn)題，重點(diǎn)介紹了Proteus在電工學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用。通過(guò)Proteus仿真使抽象的理論知識(shí)變得更為直觀易懂，對(duì)學(xué)生理解課堂知識(shí)有很大的促進(jìn)作用，同時(shí)提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

關(guān)鍵詞：Proteus；仿真；電工學(xué)；教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）49-0256-02

一、引言

電工學(xué)是應(yīng)用型本科高校機(jī)械類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。學(xué)習(xí)完本課程要求學(xué)生掌握一定的電路原理，同時(shí)掌握一些重要電子元器件的應(yīng)用。如何使學(xué)生更快速、直觀地理解所學(xué)知識(shí)，同時(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去。已成為應(yīng)用型本科高校研究教學(xué)方法、改進(jìn)教學(xué)手段的重要課題[1]。

二、應(yīng)用型本科高校目前“電工學(xué)”課程教學(xué)中存在的主要問(wèn)題

1.教學(xué)方式單一，目前主要以板書(shū)結(jié)合多媒體的方式進(jìn)行教學(xué)。由于一些電路知識(shí)比較抽象，學(xué)生在理解上有一定的困難。

2.實(shí)驗(yàn)課程方面比較薄弱，實(shí)驗(yàn)課時(shí)少，深度不夠。缺乏綜合性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。使得學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)比較淺顯，很難深入。

三、Proteus仿真軟件在電工學(xué)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

1.界面直觀。傳統(tǒng)教學(xué)方法一般采用講授式，而電路的理論比較抽象，學(xué)生感覺(jué)比較難理解。而采用Proteus仿真軟件相結(jié)合，可以使學(xué)生很快的對(duì)知識(shí)進(jìn)行理解，同時(shí)還能抓住學(xué)生的注意力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣[2-3]。

2.強(qiáng)大的仿真元件庫(kù)。Proteus中仿真元件比較多，能夠滿足電工學(xué)課程所有實(shí)驗(yàn)，同時(shí)該軟件上手比較快。學(xué)生也可以課下對(duì)一些電路原理進(jìn)行驗(yàn)證，或者課余時(shí)間可以做一些自己比較感興趣的小發(fā)明、小設(shè)計(jì)。對(duì)提高學(xué)生的動(dòng)手能力有很大的幫助。

3.有助于合理利用學(xué)校資源。在實(shí)驗(yàn)資源比較緊缺的條件下，可以把一部分實(shí)驗(yàn)放到機(jī)房進(jìn)行，在機(jī)房學(xué)生可以充分發(fā)揮自己的想象做一些設(shè)計(jì)類的實(shí)驗(yàn)。這樣大大避免了學(xué)校硬件設(shè)施緊缺的問(wèn)題[4]。

四、Proteus仿真軟件在電工學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

1.輔助課堂教學(xué)——基爾霍夫定律的驗(yàn)證。

①基爾霍夫電流定律的驗(yàn)證。根據(jù)基爾霍夫電流定律，電路如圖1所示，對(duì)于結(jié)點(diǎn)A，流入該節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出該結(jié)點(diǎn)的電流之和[5]。

選回路1進(jìn)行驗(yàn)證應(yīng)符合：I1+I2=I3

帶入數(shù)據(jù)得：

-1.2mA+4.8mA=3.6mA

因此，符合基爾霍夫電流定律。

②基爾霍夫電壓定律的驗(yàn)證。根據(jù)基爾霍夫電壓定律，電路如圖2所示，沿回路1的巡行方向，各段電壓的代數(shù)和恒應(yīng)等于0。

選回路1進(jìn)行驗(yàn)證得：-6V+（-1.2V）+7.2V=0

因此，符合基爾霍夫電壓定律。

2.TTL集成與非門控制特性。TTL集成與非門控制特的驗(yàn)證如圖3所示，74LS00是集成與非門，S1是頻率為1KHZ，幅度為5V的方波信號(hào)，送入與非門的2端，當(dāng)控制端1加上5V的高電平時(shí)，用示波器觀察輸入端2和輸出端3的波形，比較兩者的相位。

數(shù)字示波器中出現(xiàn)如圖4所示的方波波形，觀察可知輸出波形是和輸入波形相位相反的方波，即與非門的邏輯功能“有0出1，全1出0”。

3.綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)——八路搶答器。Proteus解決了綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)耗材短缺的問(wèn)題，以一個(gè)八路優(yōu)先搶答電路為例，讓學(xué)生在查閱資料的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)電路，其中一種方案如圖5所示。

當(dāng)S1-S8中有開(kāi)關(guān)按下時(shí)，數(shù)碼管顯示相應(yīng)的開(kāi)關(guān)號(hào)數(shù)，同時(shí)蜂鳴器響。搶答成功后再按其他按鈕，顯示不會(huì)變，除非按下復(fù)位鍵，進(jìn)行復(fù)位清零。該電路綜合了譯碼器、數(shù)字顯示電路和555多諧震蕩電路為一體，能夠提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)“電工學(xué)”這門課程，學(xué)生在學(xué)習(xí)中普遍反應(yīng)的課程抽象、難理解的問(wèn)題，提出了一種新的教學(xué)方法，即在課堂教學(xué)中引入仿真分析，使教學(xué)內(nèi)容變得直觀易懂，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)解決了學(xué)校硬件資源短缺、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅廷芳，南江，李偉.NI Multisim 10在電工電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012，20（6）.

[2]王留芳，董德禮，周拓宇，等.多模式、多層次電子電工實(shí)踐教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，30（3）.

[3]吳曉榮.Multisim在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的研究[J].天津師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2001，21（2）.

[4]吳根忠，李劍清.基于Multisim的電工學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2011，14（3）.

[5]秦曾煌.電工學(xué)[M].第7版.北京：高等教育出版社，2010.