用現(xiàn)代化教學(xué)手段激活中職電子技術(shù)課堂教學(xué)

隨著計算機(jī)多媒體技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用的普及，越來越多的教師應(yīng)用多媒體輔助手段進(jìn)行課堂教學(xué)，越來越多的多媒體課件被運(yùn)用到不同的課程上，當(dāng)然也包括電子技術(shù)課程。但是單單多媒體課件能適合電子技術(shù)課程教學(xué)嗎？本文結(jié)合筆者多年的教學(xué)實(shí)踐，談幾點(diǎn)看法。

一、多媒體課件存在的瑕疵

有關(guān)電子技術(shù)課程的多媒體課件相當(dāng)豐富，對于教師來說其來源主要有三個途徑：各種教材自帶的課件；網(wǎng)絡(luò)下載；自制。采用前兩種方法獲得的課件省時省力，然而它們不可能滿足教師的需要或不符合教師的使用習(xí)慣；再考慮到因材施教的原則，它可能也不適合于教授學(xué)生。教師自制的課件可以體現(xiàn)自己的教學(xué)思想，完善教學(xué)設(shè)計，盡可能地滿足不同學(xué)生的需要。

優(yōu)秀的多媒體課件具有表現(xiàn)力豐富、交互性強(qiáng)、共享性好、內(nèi)容與形式多樣化、可模擬、易控制等特點(diǎn)，可產(chǎn)生圖文并茂、聲色俱全的視聽效果，完成一些傳統(tǒng)教學(xué)方式難以實(shí)現(xiàn)的教學(xué)任務(wù)。但是多年的實(shí)踐表明，多媒體課件在電子技術(shù)課程中的應(yīng)用并不十分令人滿意。學(xué)生們認(rèn)為這只是將黑板上的內(nèi)容放到了幻燈片上，除了信息量更大、圖片更美觀、知識點(diǎn)的歸納總結(jié)更清晰之外，并不比傳統(tǒng)教學(xué)好多少，由于放映速度很快，甚至連此前的公式推導(dǎo)都看不到了。

考慮到電子技術(shù)課程有很強(qiáng)的實(shí)踐性，有人建議將課程轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。對于大部分學(xué)校來說，這顯然是有很大的局限的，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)教學(xué)多為模塊化設(shè)計的實(shí)驗(yàn)箱，不可避免會遇到元件毀壞、儀器性能不穩(wěn)定等問題，影響了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性，極大地限制了學(xué)生實(shí)際動手的能力和解決問題的能力，而且實(shí)驗(yàn)室所能承擔(dān)的工作是有限的。

二、電子技術(shù)課堂教學(xué)需求現(xiàn)代教學(xué)手段

電子技術(shù)課程是機(jī)電、電子信息類和計算機(jī)類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，除了具備專業(yè)基礎(chǔ)課的一般特點(diǎn)以外，還具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，即課程內(nèi)容涉及的許多具體電路都可以作為最終的實(shí)用電路或產(chǎn)品。另外，其內(nèi)容繁多，涉及面較廣，單元電路多、繁雜抽象不易理解，而且學(xué)生在以前所學(xué)的知識中，很少觸及相關(guān)的內(nèi)容，加上學(xué)生的基礎(chǔ)知識比較薄弱，學(xué)起來問題較多。

如果不花足夠的精力，不要說電路的分析與設(shè)計，就是基本的概念和簡單電路的工作原理都難以掌握，甚至連課程的重點(diǎn)都不知在何處。這種“粉筆加黑板，教師一言堂”的傳統(tǒng)教學(xué)模式存在很多問題，主要有：理論內(nèi)容教學(xué)抽象，學(xué)生難以理解和接受，學(xué)習(xí)效率低；對于復(fù)雜電路，板書畫圖講解，耗時費(fèi)力，教學(xué)效率低；實(shí)驗(yàn)教學(xué)多為模塊化設(shè)計的實(shí)驗(yàn)箱，不可避免會遇到元件毀壞、儀器性能不穩(wěn)定等問題，影響了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性，極大地限制了學(xué)生實(shí)際動手能力和解決問題的能力。學(xué)生對于本來就感覺難學(xué)的課程只會敬而遠(yuǎn)之，甚至產(chǎn)生厭學(xué)的情緒。Proteus軟件在單片機(jī)課程中的應(yīng)用為解決這一難題提供了新的思路。用Proteus軟件來進(jìn)行電路仿真，效果形象生動，可以提高學(xué)生對專業(yè)知識的學(xué)習(xí)興趣。

三、Proteus軟件能彌補(bǔ)多媒體在課堂教學(xué)中的不足

如何才能更好地進(jìn)行電子技術(shù)課程的教學(xué)？EDA的出現(xiàn)很好地解決了這個問題。

EDA（Electoninc Design Automation，電子設(shè)計自動化）技術(shù)利用計算機(jī)的強(qiáng)大功能，使電子電路的設(shè)計、仿真分析以及印制電路（PCB）等繁瑣的任務(wù)變得簡單，是當(dāng)今電子設(shè)計的技術(shù)潮流，是電子設(shè)計人員必須掌握的基本技能。所謂的仿真分析，是指利用EDA工具的模擬功能運(yùn)行所設(shè)計的電子電路或系統(tǒng)，得到電子電路或系統(tǒng)的工作特性，即仿真結(jié)果。

EDA軟件有很多種。Proteus是英國Labcenter electronics公司研發(fā)的多功能EDA軟件，具有模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)系統(tǒng)等的仿真功能。Proteus軟件提供了豐富的虛擬儀器資源；如示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號發(fā)生器、模式發(fā)生器、計數(shù)器、交直流電壓表、交直流電流表等。除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外，Proteus軟件還提供了一套仿真圖表（graph）顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實(shí)時地顯示出來，其作用與用虛擬儀器相似，但功能更多，顯示更直接。文中采用的是Proteus7.7 SP2。

Proteus7.7 SP2具有如下的主要功能和特點(diǎn)：

第一，用戶界面友好、時尚。整個操作界面如同一個電子實(shí)驗(yàn)工作臺，繪制電路所需的元器件和測量所需的儀器均可在眾多的元器件庫中，進(jìn)行模糊搜索，放置、編輯方便快速；可用鼠標(biāo)直接拖到工作區(qū)，通過鼠標(biāo)的連線即可構(gòu)成完整的電路。個性化的編輯環(huán)境，便于各種電路的設(shè)計和仿真。

第二，在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)。

第三，具有強(qiáng)大的分析功能。通過各種分析功能，不必使用儀器儀表，就可以確定電路的工作性能。

四、Proteus7.7 SP2在電子技術(shù)課堂教學(xué)中的特殊效用

1.構(gòu)建、仿真電路

用Proteus7.7 SP2設(shè)計電子線路用于教學(xué)非常方便，豐富的元件庫及仿真儀器能夠節(jié)約時間；在講課中既可以根據(jù)需要選擇元件構(gòu)建不同的電路，也可以接入所要的仿真工具如激勵源、虛擬儀器等，還可以進(jìn)行仿真、觀察、記錄、分析各種儀器所測得的參數(shù)或波形，調(diào)試也方便。

如果需要打印或長時間分析，Proteus7.7 SP2就能提供一種靜態(tài)的圖表仿真功能——無須運(yùn)行仿真，隨著電路參數(shù)的修改，電路中的各點(diǎn)波形將重新生成，并以圖表的形式留在電路圖中以方便分析或打印。

整個設(shè)計過程如同在實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建、測量電路一樣，非常形象直觀，能夠激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)興趣。每一次的構(gòu)建、仿真電路，都相當(dāng)于是進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)，對于學(xué)生來說相當(dāng)于進(jìn)行了一次虛擬實(shí)踐，可以為其以后的實(shí)驗(yàn)積累經(jīng)驗(yàn)。

2.改變電路結(jié)構(gòu)或參數(shù)，分析電路

通過調(diào)整電路的結(jié)構(gòu)或參數(shù)，幾乎可以將電子技術(shù)課程中的所有知識點(diǎn)直觀形象地展示出來。可以分步設(shè)計變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓幾部分電路。它的作用是把50Hz的交流電變成恒定的直流電供給負(fù)載。

（1）變壓電路。直流電源通常從市電取電，首先對220V、50Hz的單相交流電進(jìn)行降壓。根據(jù)橋式整流電路和電容濾波電路的輸出與輸入電壓的比例關(guān)系，從輸出電壓的最大值37V倒推，可以算出所使用的降壓變壓器的副邊電壓有效值應(yīng)為29V左右。從Proteus7.7的元件庫中取變壓器“TRAN-2P2S”，在原邊接交流電源“ALTERNATOR”，原副邊分別接交流電壓表，且變壓器的原副邊同時接地，并與后面直流部分電路共地，如圖1所示。

（2）整流及濾波電路。整流采用常用的二極管橋式整流電路。在Proteus7.7的元件庫中尋找“BRIDGE”，取出此通用二極管整流橋，放置在電路中。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般濾波電路常用的濾波電容有2200μF和1100μF兩種，但必須注意它的耐壓值要大于電路中所承受的電壓，并注意電壓極性接法是上正下負(fù)，如圖2所示。

一般來說，全波整流之后的電壓平均值為前面變壓器副邊電壓有效值的0.9倍；濾波之后的電壓平均值為全波整流電壓平均值的1.2倍。在濾波電容兩端可以并聯(lián)一電源指示電路，即一個電阻串聯(lián)一個發(fā)光二極管。電路調(diào)試時，如果發(fā)光二極管亮，則說明濾波之前的電路無故障；否則可判斷出前面電路有問題。

（3）集成穩(wěn)壓電路。集成穩(wěn)壓電路的核心器件是LM317，在實(shí)際應(yīng)用中要注意加裝散熱片。為了保護(hù)集成器件在接反的狀態(tài)下不被燒毀，在輸入、輸出端之間以及輸出與調(diào)節(jié)端之間分別接反向保護(hù)二極管1N4003，如圖3所示。

電容C2和C3的作用分別是去抖和濾波。C2并聯(lián)在滑動變阻器兩端，可防止滑動變阻器在調(diào)節(jié)過程中由于抖動而產(chǎn)生的諧波，一般經(jīng)驗(yàn)值為10μF。C3為輸出側(cè)二次濾波，其目的是去掉輸出電壓波形中細(xì)小的波紋。C1與C3的關(guān)系一般為22倍。

直流穩(wěn)壓電源是模擬電路中比較典型的電路，通過對它電路的分析，可以讓學(xué)生了解電路的每個元件的作用，掌握電路的工作原理，為以后在實(shí)踐中遇到類似現(xiàn)象提供解決問題的思路。

學(xué)習(xí)電子技術(shù)課程最終的目的是要能夠設(shè)計電路。設(shè)計完成之后可以通過Proteus7.7 SP2進(jìn)行仿真驗(yàn)證，比在實(shí)驗(yàn)室中搭電路要快，且調(diào)整更方便。

五、電子技術(shù)課堂教學(xué)綜合運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段的建議

在實(shí)際的電子技術(shù)課程教學(xué)當(dāng)中，要綜合運(yùn)用多媒體課件與Proteus7.7 SP2軟件。利用Proteus7.7 SP2軟件設(shè)計電路、仿真分析具有簡單、高效、直觀形象的特點(diǎn)，能夠激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)興趣，加深對基本概念和電路工作原理的理解，但從中體現(xiàn)出的知識點(diǎn)是散的。因此，需要用課件將相關(guān)的知識點(diǎn)歸納總結(jié)起來，便于記憶。二者相互結(jié)合，可以相得益彰，從而實(shí)現(xiàn)了教學(xué)手段的現(xiàn)代化，促進(jìn)教育改革，提高教學(xué)效率，開創(chuàng)了一個令教師、學(xué)生激動不已和絢麗多彩的廣闊前景。

（作者單位：浙江科技工程學(xué)校·嘉興市高級技工學(xué)校）