應用Proteus的“電路原理”研究式教學模式初探

李艷萍 杜殿會 侯桂成 劉金華

摘要： 為了完成高校培養有創新精神和實踐能力的人才的教學任務，作者在“電路原理”課程中探索了實施研究式教學的教學方法。具體如下：教師構建情境，運用仿真軟件Proteus以分組探究方式組織教學，采用一步三問教學方案，激發學生學習興趣，培養學生的創造性，增強學生學習效果。

關鍵詞： Proteus電路原理研究式教學模式

高校的主要任務就是培養具有創新精神和實踐能力的人才，“電路原理”課程建設的重點就是培養學生的創新意識、創新能力和實踐能力，為此我們采用了研究式教學模式[1]-[2]。教師必須創設類似科學研究和生產現場的情境。Proteus仿真軟件功能強大，集電路設計、制版及仿真等多種功能于一身，是創設這一情境的最有效工具[3]-[4]。本文將仿真軟件Proteus應用到“電路原理”的研究式教學實踐中，取得了良好的教學效果。

1.創設情境，提出問題

以前許多教師在開展應用Multisim的教學實踐時，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[5]。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，教師應在基于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“一階RC電路”的教學中，為了研究其積分特性和微分特性，應用Proteus創建了積分電路如圖1所示。電路中輸入方波信號的有效值為1V，頻率為10Hz，脈沖寬度t=50mS。在圖表模式下添加輸入電壓探針和電容電壓輸出探針得到積分電路曲線圖2。研究性教學在通過仿真軟件展示結果的同時還有更高的要求。例如，可以向學生提出：改變電路中電阻、電容、輸入信號頻率的大小，輸出波形會如何變化？該電路還具有積分作用嗎？積分電路的條件是什么？我們可以按表1改變電路元器件參數、輸入信號頻率，重新觀察兩種情況波形如圖3和4所示。為什么會得到這樣的結論？它的理論依據是什么？這時，可以采用理論計算分析圖1所示電路，在輸入信號的正半周，電容電壓相當于零狀態響應；在輸入信號的負半周，電容電壓相當于零輸入響應，只要滿足時間常數遠大于輸入方波信號脈沖寬度，電容充放電曲線近似為直線，該電路完成了積分功能；而當時間常數小于輸入方波信號脈沖寬度，電容迅速完成充放電后保持穩態值不變，直到輸入信號改變狀態。在該例子中，我們還可以向學生提問：當以電阻電壓做輸出時，情況又如何呢？這時我們可以鼓勵學生設計如圖5所示微分電路實驗，再改變電路參數，根據圖6所示仿真結果進行分析。為什么會得到這樣的結論？我們采用如前所述那樣理論計算分析圖5所示電路。

2.分組探究，歸納總結

研究性教學的問題經常自發地產生于學生中間。我們對于上例中RC電路輸入正弦信號，電路的功能則可能要發生變化。為了節省學時，可以將學生分成若干組進行討論，并各自、結合分析結果直至歸納總結。

例如，對于圖7所示的以電容電壓為輸出信號的RC電路和圖11所示的以電阻電壓為輸出信號的RC電路分別輸入頻率為5、20、50Hz的正弦信號，我們可以將全班同學分成兩大組，每大組分成三小組，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，然后兩大組同學再進行對比分析，歸納出兩種情況下電路功能特點。

3.一問三步教學方案

針對我校電路原理課程教學學時逐年減少的現狀，我們采用一個問題三步走的方案。對于課堂上不能實施的研究性題目，教師提前布置大作業，安排學生課前完成仿真實驗，課堂上進行演示，教師應啟發他們思考問題，對仿真結果進行分析討論，然后從理論上講解該結果產生的原因。課后教師組織他們撰寫小論文，闡述其原理、功能、應用。通過大作業和小論文等多種形式的教學方法，培養學生的自主學習能力、實踐能力和創新精神，以適應當前經濟社會發展對高素質人才的需求。

4.結語

本文介紹了應用Proteus進行“電路原理”研究式教學的實踐過程。在實踐教學過程中，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。通過這樣的實踐環節提高了學生的積極性，培養了創新能力，收到了很好的教學效果，探索了一條以學生主動和創造性學習為靈魂的本科教學模式。

參考文獻：

[1]仲偉合.論大學生四種能力的培養[J].武漢：中國高等教育，2010，15（9）：34-36.

[2]陳波，陳梅，方敏等.電類專業大學生創新能力培養的探索與實踐[J].南京：電氣電子教學學報，2009，32（5）：50-52.

[3]周潤景，張麗娜，劉印群.PROTEUS入門實用教程[M].北京：機械工業出版社，2007，9：2-8.

[4]朱清慧，張鳳蕊，翟天嵩等.Proteus教程——電子線路設計、制版與仿真[M].北京：清華大學出版社，2008，9：3-6.

[5]沈小碚.試論“問題情景教學法”的實質及合理運用.課程教材教法.2004，08：34-36.