EWB軟件在《數字邏輯電路》教學中的創新應用

賀俊紅

EWB軟件在《數字邏輯電路》教學中的創新應用

賀俊紅

(福州市第二高級技工學校 福建 福州 350301)

應用EWB軟件輔助《數字邏輯電路》教學，可以收到較好的效果。本文結合課堂教學實際，在充分發掘EWB仿真模擬功能基礎上，闡述了選取貼近生活的實例、精心準備典型模擬電路、著重電路分析推導的教學方法，并就這些方法對激發學生學習興趣、突破教學難點、培養學生邏輯推理能力及提高課堂教學效率等方面的作用進行了分析。

EWB軟件；數字邏輯電路；仿真；傳統模式；創新

《數字邏輯電路》是技校電工電子專業一門非常重要的專業基礎課，在現代電子工程中，信號的產生、傳送及處理愈來愈多地以數字信號的形式出現，因此，該專業技校生應學習脈沖數字電路的基本理論，掌握數字電路分析的一般方法。近年來，技工學校所招的學生初中階段成績大都不理想，他們學習動力不足，而該課程的理論部分較抽象，需要學生有一定的分析能力，學生學習興趣不高，畏難情緒嚴重，導致教學效果不理想。如何化“抽象”為“直觀”，激發學生學習興趣，改善教學，這是需要一線教師經常思考和積極探索的課題。

EWB是Electronics Workbench的縮寫，稱為電工工作平臺，是電子技術界廣為應用的優秀計算機仿真軟件。該軟件提供了示波器、函數發生器、萬用表、頻譜儀和邏輯分析儀等虛擬電子設備，還提供了多種分析工具和眾多元器件模型，使用戶可以方便地進行電路原理圖的輸入和仿真測試，觀察電路的工作狀態、穩定性、靈敏度，還可以觀察條件、參數變化時電路的變化情況。因其有完善的仿真功能而被譽為“計算機里的電子實驗室”。筆者在多年教學中，通過學習應用EWB仿真軟件，輔助《數字邏輯電路》教學，逐步提升教學效果，以下就筆者應用EWB軟件輔助《數字邏輯電路》教學談幾點體會，與同行探討交流。

仿生活實例，激發學習興趣

在平常生活中，很多學生都有親身經歷與體會到的生活實例，如果教學中善于選取恰當的例子，激發學生學習興趣，就會收到意想不到的教學效果。如果將學生的學習興趣充分調動起來，將會增加學生學習知識的動力。將抽象的問題具體化、生活化，更容易促進學生思維空間的拓展，更利于學生對知識的掌握。以往，教師難以把生活實例搬上講臺，而學會應用EWB仿真軟件后，我們就可較方便地仿真生活實例輔助教學，激發學生興趣。例如，學生在學習555定時器時，可以先問學生會眨眼的玩具是如何工作的，學生的注意力與興趣就馬上高漲起來，都渴望知道結果，教師可以先吊起學生的胃口，然后再認真分析555定時器的工作原理，最后結合EWB仿真軟件進行分析驗證，整堂課的教學效果就會有很大的提高。用555定時器組成交替眨眼玩具電路進行仿真，理論與實際結合，加強學生的思維。如圖1所示：當3端輸出為高電平時，VL1亮，VL2熄滅；當3端輸出為低電平時，VL1熄滅，VL2亮，VL1和VL2輪流交替閃亮。如果調整電容C或電阻R1、R2的大小，就可以改變VL1、VL2閃亮和熄滅時間。

圖1 電路原理圖

以上是 VL1、VL2交替閃亮，此時可進一步激發學生的聯想：怎樣連接可以使VL1、VL2同時閃亮、同時熄滅？這樣學生興趣上來了，就可以提高學生探究知識的積極性，達到事半功倍的教學效果。

仿典型電路，突破教學難點

在傳統的《數字邏輯電路》教學中，很多教師在闡述分析電路參數的變化如何引起邏輯輸出的變化時總是感到非常棘手，學生也是感到一頭霧水，難于理解，甚至根本就不懂。由于學生難以理解具體結果，有的學生只能被動地死記硬背，整個教學效果就大打折扣。教學中，教師如果能利用多媒體與EWB仿真軟件，選擇有代表性的電路，將邏輯變化的結果轉成直觀的視覺結果輸出，學生對邏輯狀態的變化就不會感到茫然，教學難點也將迎刃而解。例如，在教學微分電路時，為了講解“當輸入為矩形波時，輸出波形隨電容容量、電阻阻值的乘積改變而改變”這一知識點，教師可先設置以下三種情境：第一種，電容C的值不變，改變電阻R；第二種，電容C值改變，電阻R不變；第三種，電容C與電阻R的值同時改變。接著，教師讓學生充分思考或分組討論可能產生的輸出波形。然后，教師再利用EWB仿真軟件演示三種狀態結果的輸出，讓學生將自己的討論結果與仿真結果進行比照，加深理解，突破難點。

如圖2（以電容C值改變，電阻R不變來說明）：輸入信號的周期T=1S時（矩形波的脈寬）

圖2 仿真軟件演示圖

上圖中的電容值發生變化時，輸出波形的變化如圖3所示。

圖3 輸出波形的變化圖

最后，教師再利用EWB仿真軟件對另外兩種情況進行演示，通過三種狀態的仿真結果，可以進一步說明微分電路的特點是輸出脈沖為尖脈沖，產生的條件是：時間常數小于0.1倍的輸入脈寬，即利用EWB仿真軟件，教師就可以輕易地對本節課的重點、難點進行突破，同時，加深了學生對知識的理解和掌握。

仿電路分析，培養推理能力

《數字邏輯電路》中有很多邏輯性思考的東西，需要學生有較強的邏輯推理和分析問題的能力，而學生這些能力的獲得，需要自身持之以恒地訓練，也需要教師給予開發和培養，因此，教師在平時的授課過程中，應積極鼓勵學生認真分析電路，大膽推導結果，并應用EWB軟件查驗結果的正確性。EWB仿真軟件的一個較為突出的特點就是可以通過模擬電路適時檢查、驗證學生分析結果的正確與否。在分析和推理過程中，教師要不斷啟發學生參與到思維活動中去，讓學生在潛移默化中逐步加強邏輯思維能力。同時教師要盡可能地將書本中思維層面上的知識通過EWB電路分析轉成學生感官上能感受到的聲、光、電或具體的波形等。EWB仿真教學能將邏輯思維結果形象化、具體化，能使學生的設想得到很好的驗證，加強了學生對問題的理解和掌握。例如，在學習到二極管限幅時，不少學生片面地理解為二極管的單向導電能力，如果教師用EWB仿真軟件進行輔助教學，如圖4所示，整個結果就簡單明了，直觀易懂。教師在授課過程中做到了教與學的完美結合，提高了教師的教學效果。

圖4 仿真軟件輔助教學圖

仿儀器儀表，提高課堂效率

從知識和技能傳授的角度講，《數字邏輯電路》教學中要盡量多地應用教師實驗演示和學生分組實驗。但實際上，由于分配給該課程的課時有限，學校實驗、實訓設備短缺，部分學生實驗時不守紀律、不按規程導致儀器儀表損壞，而且，實驗前后教師應做大量的工作，這些原因都導致傳統的實驗演示和學生實驗難以開展或效率不高。而EWB仿真平臺能在一定程度上解決這些問題，它具有形象直觀的人機交互界面，提供齊全的虛擬儀器，比如，萬用表、示波器、信號發生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數字信號發生器等，這些虛擬儀器儀表面板和操作幾乎與實際儀器儀表一樣。另外，EWB器件庫中還包含大量的晶體管元器件、集成電路和數字門電路芯片等元件，就如同真實的實驗室一樣。EWB能仿真出真實電路的結果，許多電路若想更換元器件或改變元器件參數，只需點點鼠標即可，無需耗費大量的精力去動用電烙鐵或其他儀器對電路進行重新焊接，教師更無需為學生損壞儀器、儀表而發愁，這無形中節省了大量的實驗器材、經費。教師還可以將花費在板書上的時間節省下來，充實教學內容，引導學生學習。雖然EWB仿真教學節省了大量的人力、物力、財力和精力，但它并不能完全替代實驗教學，學生通過實驗獲得技能，仿真軟件并不能完全做到，因此，教師在條件允許的情況下還應組織學生做實驗，這一點，教師在應用EWB軟件進行輔助教學時要加以重視。

[1]謝克明.電子電路EDA[M].北京:兵器工業出版社，2001.

[2]王正謀,朱力恒.Protel99 se電路設計與仿真技術[M].福州：福建科學技術出版社，2004.

[3]技工學校電子類專業教材編審委員會.數字邏輯電路(第2版)[M].北京:中國勞動出版社,1994.

G712

A

1672-5727（2010）11-0083-02

賀俊紅（1972—），女，河南偃師人，福州市第二高級技工學校講師，研究方向為電氣技術教育，主要從事電工電子專業課教學。