电路仿真方法教学中应用论文

摘要：以电类教学中常用的绘图仿真软件PROTEL为例，结合在实验教学的实践特色，介绍一种在实验中应用计算机仿真进行数据校验及分析的教学方法。

关键词：PROTEL；实验教学；电路

在电类教学中，通常会配合教学进度进行相关的实验课程，但是实验的结果取决于实验设备和实验条件等多方面因素的综合影响，不准确的实验结果可能会使学生形成错误的认识。而借助多媒体教学和计算机辅助设计的综合实验教学的方法，可以发挥计算机仿真的数据结果不受实验环境影响的优势，在实验教学中引入电路仿真的方法可以快速得到实验参数及结果。这不仅可满足教学中对于实验观察和分析的要求，还可以培养学生的电路分析设计能力。

将计算机仿真引入实验教学，引导学生边讲边练边实践

通常的实验结果是随实验过程中的变化而改变的，存在不可预测的特性。例如晶体管三极管电路由于其参数的一致性差，实验中的数据可能会出现较大的偏差。采用计算机图形仿真与实验实测数据相结合的方法，不但可以检验误差的大小，还可以观察由于发生速度快而无法有效观察的瞬时电路参数。例如，电子电路里常用的三极管对称电路瞬态特性的分析实验。首先我们将常用的电子元器件符号转化为PROTEL软件所识别的图形符号，如图1所示。然后进行计算机电路瞬态特性分析。在实验电路中，RC时间常数为100kΩX20nF=2ms。测试要在屏幕上看到5个周期振荡方波，选择PROTEL软件中的OperatingPointAnalysis和Transient/Fourier；要指定一个10ms的仿真窗口，将TransientStopTime栏设为10m；要设置TransientStepTime栏为10μ，表示仿真可以每10μs显示一个点。在MaximumStep栏限制时间间隔大小的随机性，设置TransientMaxStepTime为10μ。将UseTransientDefaults选项设为无效，这样瞬态特性分析图形如图2所示。虽然通过普通的双踪示波器也可以观察频率为20MHz以下的周期性波形，但是实际过程中电路的参数受材料和器材的影响，不可能任意改变电路的基本参数。例如本实验中改变RC时间常数，采用计算机仿真后，仿真快速性的优势变得明显起来，不需要进行电子元件的替换就可以直接改变元件的参数值，在同样的时间里可以观察到更多的电路因参数影响而导致特性曲线的变化。采用计算机辅助分析的实验方法后，学生可以更改部分电路参数，从而改变电路输出特性，明确电路的变化趋势，对于理论课中的知识有了更加形象的感性认识，加深了对知识的理解。

趣味引导和实验结合的实验教学方法

相对于普通电路的实验课程，在进行计算机辅助仿真实验的时候，不仅要求学生能够根据实验电路测试电路的参数，而且要在熟练使用计算机绘图软件的基础上进行分析。这对于中职学生，尤其是对实验电路的理解分析能力还没有建立起来的部分学生来说是难度很大的。这就需要在教学过程中引入一种行之有效的实验教学方法，从而更好的培养学生动手动脑勤于实践的能力。下面以一堂90分钟的实验课为例介绍该教学方法：

首先，教师对于实验需要验证的原理和公式做必要的复习，引出实验中要验证的问题。

其次，由教师针对实验电路采用启发式教学来演示实验，演示过程中要注意提出实验中应当注意的问题和可能会出现的错误，比如避免电源短路和测量仪表过量程使用，并对实验现象做出必要的分析和讲解。通过步步引导、层层分析得出实验结论。

最后，由学生分组进行实验。和以往实验不同的是，实验完成后，教师并不立即检查实验数据和结论，而是指导学生在实验完成后将实验线路用计算机进行软件模拟仿真分析。这样不仅可以观察到实验过程中的瞬时过程和电路过渡暂态，而且可以由学生自己动手验证实验数据，并分析误差产生的原因。借助此方法观察显示的实验图形，可以从理论分析和实验结果两个层面加深学生的感性认识，增强结论印象。

教学实践证明，该方法可以使教师和学生始终处于互动状态。可以充分调动学生的求知欲和学习积极性，对于提高学生的学习兴趣效果明显。

因材施教，逐步建立具备实验特点的评价体系

由于学生的基础和认识能力不同，通常根据接受能力和认知速度将学生分为ABC三类（如下表所示）。在进行实验成绩评价时，不仅应当充分考虑学生的计算机水平和接受能力等实际情况，而且还应考虑学生的成绩均值，对于高于自己以往均值的学生给予鼓励，对于低于自己以往均值的学生给予提醒。

在进行软件仿真中，容易出现的因电路图联接或者操作过程不当导致结果错误，还容易出现因误操作和元件识别问题出现输出结果错误。这些错误往往是因粗心所致。这样的错误也应当被评价体系所考察。鉴于以上因素，根据学生实验水平，建议采用的评价方法为：

NewScore=OldScore-K*（Resore-Exp）

其中，NewScore为本次成绩；OldScore为上次成绩；K为放大系数；Rescore为本次实验错误数；Exp为错误期望均值。

这种评价方法充分考虑的是学生的变化性和成绩的稳定情况，变化的情况可以由K值的大小反映出来：对于A类学生主要考虑实验数据的准确性，K值一般取1.5即可；对于B类学生主要考虑实验的过程，K值一般取1.8即可；对于C类学生主要考虑实验完成情况，K值一般取2.0即可。

采用此评价方法后，学生的成绩上升趋势一目了然，对于以往对实验课程不感兴趣或者惧怕实验的学生的鼓励作用非常明显。建立实验教学评价体系后，教师能充分了解学生的基本学习情况，针对学生的不同情况因材施教。