应用Proteus的“电子技术基础”研究式教学探索

摘 要： 随着高校培养对象、教学任务的转变，在高校实施研究式教学模式非常必要。教师应以探究方式组织教学，培养学生的创造性；恰当地运用电子电路仿真软件能够激发学生学习兴趣、提高学习效果。作者在研究式教学思想的指导下，应用仿真软件对计数器、彩灯控制器电路进行研究性教学实践，探索“电子技术基础”课程中实施研究式教学的教学方法。

关键词： 研究式教学 “电子技术基础” Proteus

随着高等教育由过去的精英教育向大众化教育的转变，高校的主要任务转变成培养学生的自主学习能力及实践能力、创新能力、就业创业能力，以适应当前经济社会发展对高素质人才的需求。“电子技术基础”课程建设的重点就是培养学生的自主学习能力、创新意识、创新能力和实践能力，为了达到这一目的我们采用了研究式教学模式［１］―［３］。首要步骤是创立类似科学研究和生产现场的氛围，为此教师必须创设能够引起学生深刻体验和共鸣的具有一定情绪色彩的和生动具体的场景。Proteus仿真软件功能强大，集成电路设计、制版及仿真等多种功能于一身，界面多彩，正好是创设这一情境的最有效工具，能够使学生产生身临其境的感觉［４］―［６］。我们将仿真软件Proteus应用到“电子技术基础”的研究式教学实践中，取得了良好的教学效果。

1.构建情境，提出问题

虽然教师进行了应用Multisim、Protel、Mas+plusⅡ的教学实践，一是在理论课堂上通过调用事先做好的电路文件，向学生展示仿真结果；二是在实验课堂上指导学生进行仿真实验。两个环节都仅把Proteus作为演示工具，缺少对结果乃至结论的深入探讨环节，学生虽然用到了仿真软件，但是没有真正开动脑筋成为学习的主体。研究性教学的基础是构建情境，即设置更贴近实际生产岗位技能、贴近实际产品的项目［７］―［８］。学习情境所涉及的知识和技术内容要有适当的深度和一定的广度。学习情境不宜设置得太难、太偏；也不宜选择随处可查的现题。例如，我们选择调光灯、洗衣机控制电路、电子脉搏器、楼宇广告牌的控制、数字显示电子钟等电子电路作为学习情境。研究性教学要求学生以探究的方式学习知识，教师以探究的方式组织传授知识。因此，教师在基于Proteus构建一定电路情境后，提出问题，引导学生进行思考，由学生得出结论。

例如，在讲授了集成双向移位寄存器74LS194后，我们安排了学生设计“四路彩灯控制器”。命题要求：（1）共有四个彩灯，分别实现三个过程，构成一个循环，共12秒；（2）第一个过程要求四个灯依次点亮，共4秒；（3）第二个过程要求四个灯依次熄灭，共4秒，先亮者后灭；（4）最后4秒要求四个灯同时亮一下灭一下，共闪4下。首先组织大家进行分析：（1）四路彩灯状态的改变是依据一定顺序的，所以需要设计时序逻辑电路。（2）前两个阶段和后一阶段四路彩灯状态由某些状态转入的下一个状态不同，所以仅由触发器构成的时序逻辑电路不能实现该功能，而要通过74LS194实现。前两个阶段四路彩灯状态的控制可以由双向移位寄存器的左右移位功能控制；后一阶段四路彩灯的两种状态可以通过预置数功能设定。（3）前两个阶段和后一阶段四路彩灯状态持续时间分别为1S和0.5S，每一阶段持续时间4S，0.5S、1S时钟脉冲信号的选择可以通过数据选择器或者门电路构成，4S时钟脉冲信号可以通过分频器实现；移位寄存器的预置数、左移位、右移位三种功能的自动转换受模三计数器控制，该计数器既可以由触发器构成模三计数器，也可以由集成计数器构成，并且受周期为4S的时钟脉冲信号控制。其次要求大家讨论、设计、仿真；如果有问题，修改电路，再仿真……直到仿真结果与系统功能要求是完全相同。教师可以引导学生设计出如图1所示电路，让学生进行仿真验证。该电路为什么能够实现上述功能呢？我们可以将四路彩灯控制器电路先安排学生进行切块理论分析，然后教师再进行补充。图中左上角两个D触发器结成了分频器形式，U输出的周期为4S的方波信号作为了计数器的时钟脉冲信号；模三同步计数器由两个D触发器构成，D=，D=Q，D触发器的功能是次态Q跟随输入D。设计数器状态SS在10、11、01三个状态之间来回循环，每个状态维持4S的时间。SS作为移位寄存器74LS194的控制信号：SS=01数据往右移，同时将SR置1，实现发光二极管依次点亮；SS=10数据往左移，同时将SL置0，从而控制4个发光二极管依次熄灭，后亮的先灭；SS=11数据并行输出，4个数据并行输入端D0-3置入1S的方波信号，从而实现发光二极管的闪烁。SS还作为选择74LS194时钟脉冲周期的控制信号，由左下角的电路可以看出，CLK==CP+CPSS，只有当SS=11时，即对74LS194进行预置数时，亮或灭两状态维持的时间才是0.5S；而当SS=01、10时，即对74LS194进行左右移位控制时，每一个状态维持的时间都是1S。

2.一问多解分组探究法

鼓励学生对于同一问题寻求不同的方法来实现，从而训练学生的求异思维和创新思维。为了节省学时，可以将学生分成若干组进行讨论、设计、仿真和实物实验，并各自、结合分析结果直至归纳总结。例如，对于同样容量为8的加法计数器，我们可以通过上升沿触发的D或下降沿触发的JK触发器构成异步计数器，还可以通过逻辑分析构成同步计数器。由于所用触发器的触发沿不同，所以构成相同容量的异步加法计数器的连线不同。当然还可以采用不同的集成计数器通过清零功能和置数功能都可以实现，三个芯片的清零和置数功能既有同步、异步之分，又有有效电平的高、低状态之分。所以当采用不同的芯片分别通过清零功能或预置数功能实现容量为8的加法计数器时，所需的控制电路进行仿真验证。我们可以将全班同学分成十组，进行电路绘制仿真，各小组同学结合起来分别对仿真结果进行分析，然后相关组同学再进行对比分析，归纳出采用不同芯片实现计数器时的实现方法。分组探究同一问题的多种解决方案，在不需要增加教学学时的前提下，既鼓励了学生自主学习、自主探索的热情，又训练了学生的求异思维，培养了学生的创新实践。

3.结语

本文介绍了应用Proteus进行“电子技术基础”研究式教学的实践过程。在这些实践教学过程中，教师提出问题，引导学生进行仿真实验、分析仿真结果，起到了主导作用；学生在教师的引导下自主学习和探究。我们通过这样的环节提高了学生的学习兴趣和积极性，培养了学生的创新能力，收到了很好的教学效果，探索了一条以学生主动学习和创造性学习为灵魂的本科教学模式。

参考文献：

［1］仲伟合.论大学生四种能力的培养［J］.武汉：中国高等教育，2010，15（9）：34-36.

［2］陈波，陈梅，方敏等.电类专业大学生创新能力培养的探索与实践［J］.南京：电气电子教学学报，2009，32（5）：50-52.

［3］高先和，王俊，谭敏等.基于项目的研究性学习与实践［J］.南京：电气电子教学学报，2009，31（3）：110-111.

［4］周润景，张丽娜，刘印群.PROTEUS入门实用教程［M］.北京：机械工业出版社，2007，（9）：2-8.

［5］朱清慧，张凤蕊，翟天嵩等.Proteus教程――电子线路设计、制版与仿真［M］.北京：清华大学出版社，2008，（9）：3-6.

［6］周灵彬，任开杰.基于Proteus的电路与PCB设计［M］.北京：电子工业出版社，2010，（8）：1-2.

［7］罗会远.“案例教学法”在高职工科专业创新教育中的应用［J］.华东交通大学学报，2006，23：311-313.

［8］沈小碚.试论“问题情景教学法”的实质及合理运用［J］.课程教材教法，2004，08：34-36.

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