基于Proteus仿真及競賽驅動的測控電路教學改革探索

楊海馬 江斌 劉鑫 李筠 張大偉 劉瑾

摘? 要 通過多年測控電路教學實踐工作的積累，以Proteus仿真軟件平臺為載體，以競賽驅動模式為應用手段，貫穿測控電路課程中的案例教學主線，改進傳統教學模式，將各章節的內容融于競賽中常見的項目中，激發學生自主學習的樂趣，培養和提高學生的自主思考能力和在實際項目中的應用能力，為測控電路實踐教學環節提供一種方法參考。

關鍵詞 測控電路；Proteus；競賽驅動；實驗；教學改革

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）14-0044-03

0? 引言

隨著現代電子信息技術的快速發展，檢測技術作為現代三大信息產業支柱之一，它的地位日益凸顯[1]。測控電路是測控技術與儀器專業的一門學位專業必修課，同時是該專業的核心課程[2]。傳統的測控系統是以檢測為基礎、傳輸為途徑、處理為手段、控制為目的的閉環系統。學生通過對測控電路的學習，可以把傳感器原理、單片機控制、智能儀器等相關課程連接起來，從而形成一個完整的智能測控系統體系[3]。該課程不是對電子學或電子技術課程的一般深化與提高，而是在測量和控制應用與電子技術之間架起一座橋梁[4]。因此，學好測控電路對于測控專業的學生具有重要意義。

本課程具有很強的專業特性，需要有較好的先修課程的支持[5]。因此，測控電路的學習對學生的知識儲備要求較高，學生需要具備電工技術、數模電、信號處理等課程知識。學生上課若不認真學習，課后復習又存在許多疑問且沒有興趣去解決，一環扣一環，會導致問題不斷積累但又無法解決的惡性循環，以致無法掌握該課程。

雖然測控電路對學生要求較高，但它并不是一門晦澀難懂的課程，而是由一個個真實的器件結合理論形成的電路，是有靈魂的，只要學生能對它產生興趣、投入精力，就可能學好這門課，同時帶動相關課程的復習與進步。結合這幾年測控電路課程教學及競賽指導經驗與科研實踐經驗，筆者進行總結、探索，提出基于Proteus仿真及競賽驅動的測控電路教學改革新思路。實踐表明：該方法教學效果好，能激發學生學習的興趣，吸引學生投入更多的精力去獨立思考、交流，提升學生的動手能力，在課程設計、競賽中都能有不錯的實踐應用。

1? 教學理念與平臺介紹

在多年的教學過程中發現，工科的許多課程，如測控電路、電子電路、數模電等，課堂教學側重理論，不能在實踐環節及時跟進，會讓學生感到枯燥、晦澀難懂，并且會打擊學生的學習興趣。同時，一些學生的電路知識基礎較差，對電路認知比較抽象，更加難以理解和掌握測控電路的內容。因此，教師需要找到一種模式方法，激發學生的學習興趣，讓學生自主學習并能夠學以致用。學校傳統的實驗室由于設備和空間有限，不能滿足學生每次課后都及時做實驗，復現上課的電路知識。本模式結合Proteus仿真軟件平臺，讓學生能夠及時通過虛擬實驗復現所學電路內容，在一次次成功的實驗復現中一步步地獲得成就感，以此提高學習興趣，增強動手能力。Proteus是英國Labcen-ter公司開發的電路及單片機系統設計與仿真軟件，可以實現數字電路、模擬電路及微控制器系統與外設的混合電路系統的電路仿真等功能[6]。運用Proteus，可以彌補實驗箱實驗器材老化和實現項目不完整性等缺陷[7]。

Proteus豐富的電子元器件庫、清晰易懂的布線方式、簡潔明了的操作界面，不僅能讓測控電路直觀地操作演示，學生還能夠快速上手，親手搭建電路、觀察現象。在Proteus中，可以很清晰地觀察電平的變化，直觀的感性認識可以加深學生對知識點的掌握[8-9]，因此，Proteus是非常適合本模式的一個工具。同時，近幾年，很多競賽、項目的出現，許多學生也很感興趣。若要參加這些競賽或項目，學生需要掌握比較過硬的電路知識，比如電子設計大賽。于是，結合實際，提出一種基于競賽驅動的教學模式探索。結合Proteus仿真軟件平臺與測控電路理論知識，學生在課后能夠及時復習鞏固課堂內容，強化學習知識，養成獨立思考的習慣和能力，并能在競賽中學以致用，取得較好的成績。學生積極學習的興致，可以帶動身邊的同學，在專業中形成一種良性的正循環。不僅是學好測控電路這一門課，通過良好的學習方法培養與學以致用的樂趣，也可以帶動其他課程的學習，培養和提高學生的專業素質能力，成為合格的、專業素質過硬的工科生。

2? Proteus仿真項目教學改革方法

理論教學與實踐教學是兩種典型的本科教學方式，是教學體系的有機組成部分，任何一種缺失或存在缺陷，都會導致教學體系不完整，并對教學質量產生負面影響[10]。本文從四個方面來講述實踐教學改革方法，分別是內容設計、平臺構建、課堂教學與比賽實例。

2.1? 實驗仿真的內容設計

教學實驗仿真的內容設計是本模式至關重要的一個環節，只有科學安排實驗內容，才能夠引導學生一步步地掌握課程知識，形成一套完整的測控電路體系。在實驗中，學生能夠深刻理解多課程之間的聯系與在實際中的應用。通過實驗，學生能夠更加直觀清晰地接受上課所學的內容，才有可能學以致用，應用在競賽、項目之中。表1是測控電路教學實驗仿真內容設計的內容與目的。

2.2? 教學、仿真實驗平臺的構建

傳統的課堂教學多為PPT口述，缺乏實際的工程應用，枯燥無趣。一個良好的課堂氛圍應該是教師多板書，結合一些有趣的電路動畫、模擬仿真，生動形象地展示電路的功能，這樣才能給學生講透徹。由于實驗室不能及時滿足學生的需求，本模式選擇Proteus仿真軟件作為實驗平臺，該軟件對電腦要求配置不高，操作簡單，界面互動性強，專業能力強，可以滿足測控電路課程的所有電路仿真，適合學生隨時隨地進行實驗學習，是一個不可多得的實驗平臺。同時，根據表1的項目內容，編寫一本實驗指導書，學生有疑問的時候能夠及時獲得幫助，從而培養課程專業能力。

2.3? 課堂教學環節

在上課前先講述一個工程項目或者競賽典型應用，引發學生興趣；然后引入電路理論分析，循循善誘，講述原理；再給學生示范一遍Proteus的仿真結果，引起學生對電路的好奇心，激發對原理的學習欲望；同時講述幾個關鍵測量點，讓學生實驗思考時有跡可循，有目標、有方向地引導學生成功完成實驗，培養學生對課程的熱愛。要引導對競賽、項目有興趣的學生積極參與，架起課程與競賽的橋梁，培養學習興趣，并讓此類學生帶動身邊同學積極學習，形成良性循環。

2.4? 比賽實例

測控電路在比賽中應用的實例有很多，本模式對學生的學習具有促進性。例如，一位本科學生參加某機器人語音播報比賽，在實驗中發現播報的語音一直存在較為刺耳的嘯叫雜音，檢查電路時也一直沒有發現問題。指導教師給他的指導建議是查閱測控電路中濾波的知識，在翻看兩天相關知識及仿真與實驗后，這名學生成功解決了播報中的雜音問題。之后通過努力，他在比賽中取得較為理想的成績，極大地激發了對測控電路的學習興趣，通過結合Proteus軟件、實際應用等，很好地掌握了這門課程。

3? 教學改革探索效果分析

測控電路競賽驅動法打破了傳統課堂理論教學與實踐教學之間的壁壘，書本理論知識與仿真實踐的良性結合，不僅有利于教師課程教學的開展，而且有利于學生課后實踐的開展，在驗證理論的同時，激發學生對課程的熱愛，進而激發應用的興趣。受此影響，想要報名競賽的學生人數越來越多，學以致用的教學理念得到體現。從近幾年的期末考評來看，總體優秀成績較前幾年有很大提升，幾乎無人掛科，因為學生的學習氛圍和學習興趣已經形成。同時，測控學生在電子設計大賽等許多比賽中取得優異成績，可證明本模式的探索取得一定的成功。

4? 結束語

測控電路的教學是需要師生互動的，教師授業解惑，學生獨立思考。針對傳統課堂教學中存在的問題，本文提出基于Proteus仿真及競賽驅動的測控電路教學改革思路，實踐證明：改革能夠提高學生對課程的熱愛，學生通過一次次獨立思考，成功仿真出結果，看到漂亮的波形，獲得成就感，這對于培養信心有很大益處。在積累知識的同時，學生結合課程設計、競賽、科研項目等，學以致用，實現學習價值，有助于在之后的學習與工作中培養良好的思考習慣與動手能力，培養工科思維，同時有助于教師實現“授之以漁”的理想。此模式還需在實踐中不斷進行改進，探索最優的測控電路課程教學方案。

參考文獻

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[2]劉得軍，錢步仁，艾清慧，等.“測控電路”教學方法改革與探索[J].中國電力教育，2013（30）：110-111，118.

[3]王京港，張翠平.基于項目驅動及Proteus仿真的單片機教學改革探索[J].中國電力教育，2013（22）：138-139，143.

[4]王榮秀，曹曉莉，李明.“對分課堂”教學模式在“測控電路”教學實踐中的運用[J].教育教學論壇，2020（4）：270-272.

[5]李鑫，孟翔飛，謝啟.《測控電路》理實一體化教學改革探索[J].高教學刊，2016（17）：145，147.

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[9]侯俊才，傅隆生.基于Proteus仿真的電工電子技術教學改革[J].中國現代教育裝備，2015（17）：90-92.

[10]劉國忠，劉剛，那云虓.理論和實驗混合式教學模式在測控電路課程教學中的應用[J].中國現代教育裝備，2017（19）：52-55.