應用Proteus的“電子技術基礎”研究式教學探索

　　摘 要： 隨著高校培養對象、教學任務的轉變，在高校實施研究式教學模式非常必要。教師應以探究方式組織教學，培養學生的創造性；恰當地運用電子電路仿真軟件能夠激發學生學習興趣、提高學習效果。作者在研究式教學思想的指導下，應用仿真軟件對計數器、彩燈控制器電路進行研究性教學實踐，探索“電子技術基礎”課程中實施研究式教學的教學方法。
　　關鍵詞： 研究式教學 “電子技術基礎” Proteus
　　
　　隨著高等教育由過去的精英教育向大眾化教育的轉變，高校的主要任務轉變成培養學生的自主學習能力及實踐能力、創新能力、就業創業能力，以適應當前經濟社會發展對高素質人才的需求。“電子技術基礎”課程建設的重點就是培養學生的自主學習能力、創新意識、創新能力和實踐能力，為了達到這一目的我們采用了研究式教學模式［１］—［３］。首要步驟是創立類似科學研究和生產現場的氛圍，為此教師必須創設能夠引起學生深刻體驗和共鳴的具有一定情緒色彩的和生動具體的場景。Proteus仿真軟件功能強大，集成電路設計、制版及仿真等多種功能于一身，界面多彩，正好是創設這一情境的最有效工具，能夠使學生產生身臨其境的感覺［４］—［６］。我們將仿真軟件Proteus應用到“電子技術基礎”的研究式教學實踐中，取得了良好的教學效果。
　　1.構建情境，提出問題
　　雖然教師進行了應用Multisim、Protel、Mas+plusⅡ的教學實踐，一是在理論課堂上通過調用事先做好的電路文件，向學生展示仿真結果；二是在實驗課堂上指導學生進行仿真實驗。兩個環節都僅把Proteus作為演示工具，缺少對結果乃至結論的深入探討環節，學生雖然用到了仿真軟件，但是沒有真正開動腦筋成為學習的主體。研究性教學的基礎是構建情境，即設置更貼近實際生產崗位技能、貼近實際產品的項目［７］—［８］。學習情境所涉及的知識和技術內容要有適當的深度和一定的廣度。學習情境不宜設置得太難、太偏；也不宜選擇隨處可查的現題。例如，我們選擇調光燈、洗衣機控制電路、電子脈搏器、樓宇廣告牌的控制、數字顯示電子鐘等電子電路作為學習情境。研究性教學要求學生以探究的方式學習知識，教師以探究的方式組織傳授知識。因此，教師在基于Proteus構建一定電路情境后，提出問題，引導學生進行思考，由學生得出結論。
　　例如，在講授了集成雙向移位寄存器74LS194后，我們安排了學生設計“四路彩燈控制器”。命題要求：（1）共有四個彩燈，分別實現三個過程，構成一個循環，共12秒；（2）第一個過程要求四個燈依次點亮，共4秒；（3）第二個過程要求四個燈依次熄滅，共4秒，先亮者后滅；（4）最后4秒要求四個燈同時亮一下滅一下，共閃4下。首先組織大家進行分析：（1）四路彩燈狀態的改變是依據一定順序的，所以需要設計時序邏輯電路。（2）前兩個階段和后一階段四路彩燈狀態由某些狀態轉入的下一個狀態不同，所以僅由觸發器構成的時序邏輯電路不能實現該功能，而要通過74LS194實現。前兩個階段四路彩燈狀態的控制可以由雙向移位寄存器的左右移位功能控制；后一階段四路彩燈的兩種狀態可以通過預置數功能設定。（3）前兩個階段和后一階段四路彩燈狀態持續時間分別為1S和0.5S，每一階段持續時間4S，0.5S、1S時鐘脈沖信號的選擇可以通過數據選擇器或者門電路構成，4S時鐘脈沖信號可以通過分頻器實現；移位寄存器的預置數、左移位、右移位三種功能的自動轉換受模三計數器控制，該計數器既可以由觸發器構成模三計數器，也可以由集成計數器構成，并且受周期為4S的時鐘脈沖信號控制。其次要求大家討論、設計、仿真；如果有問題，修改電路，再仿真……直到仿真結果與系統功能要求是完全相同。教師可以引導學生設計出如圖1所示電路，讓學生進行仿真驗證。該電路為什么能夠實現上述功能呢？我們可以將四路彩燈控制器電路先安排學生進行切塊理論分析，然后教師再進行補充。圖中左上角兩個D觸發器結成了分頻器形式，U輸出的周期為4S的方波信號作為了計數器的時鐘脈沖信號；模三同步計數器由兩個D觸發器構成，D=，D=Q，D觸發器的功能是次態Q跟隨輸入D。設計數器狀態SS在10、11、01三個狀態之間來回循環，每個狀態維持4S的時間。SS作為移位寄存器74LS194的控制信號：SS=01數據往右移，同時將SR置1，實現發光二極管依次點亮；SS=10數據往左移，同時將SL置0，從而控制4個發光二極管依次熄滅，后亮的先滅；SS=11數據并行輸出，4個數據并行輸入端D0-3置入1S的方波信號，從而實現發光二極管的閃爍。SS還作為選擇74LS194時鐘脈沖周期的控制信號，由左下角的電路可以看出，CLK==CP+CPSS，只有當SS=11時，即對74LS194進行預置數時，亮或滅兩狀態維持的時間才是0.5S；而當SS=01、10時，即對74LS194進行左右移位控制時，每一個狀態維持的時間都是1S。
　　2.一問多解分組探究法
　　鼓勵學生對于同一問題尋求不同的方法來實現，從而訓練學生的求異思維和創新思維。為了節省學時，可以將學生分成若干組進行討論、設計、仿真和實物實驗，并各自、結合分析結果直至歸納總結。例如，對于同樣容量為8的加法計數器，我們可以通過上升沿觸發的D或下降沿觸發的JK觸發器構成異步計數器，還可以通過邏輯分析構成同步計數器。由于所用觸發器的觸發沿不同，所以構成相同容量的異步加法計數器的連線不同。當然還可以采用不同的集成計數器通過清零功能和置數功能都可以實現，三個芯片的清零和置數功能既有同步、異步之分，又有有效電平的高、低狀態之分。所以當采用不同的芯片分別通過清零功能或預置數功能實現容量為8的加法計數器時，所需的控制電路進行仿真驗證。我們可以將全班同學分成十組，進行電路繪制仿真，各小組同學結合起來分別對仿真結果進行分析，然后相關組同學再進行對比分析，歸納出采用不同芯片實現計數器時的實現方法。分組探究同一問題的多種解決方案，在不需要增加教學學時的前提下，既鼓勵了學生自主學習、自主探索的熱情，又訓練了學生的求異思維，培養了學生的創新實踐。
　　3.結語
　　本文介紹了應用Proteus進行“電子技術基礎”研究式教學的實踐過程。在這些實踐教學過程中，教師提出問題，引導學生進行仿真實驗、分析仿真結果，起到了主導作用；學生在教師的引導下自主學習和探究。我們通過這樣的環節提高了學生的學習興趣和積極性，培養了學生的創新能力，收到了很好的教學效果，探索了一條以學生主動學習和創造性學習為靈魂的本科教學模式。
　　
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