基于Proteus的电子类课程实验教学改革研究

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  摘 要 为进一步提高电子类课程实验教学质量和学生学习效果,强化对学生技能的培养,提高学生自学能力。以Proteus仿真软件为手段对电子类课程实验教学进行改革。形成了以学生为中心,以实验任务或项目为载体,基于Proteus的电子类课程实验教学方式,强化了学生对知识的应用、技能的培养、学习方法和素养的形成,增强学生的可持续发展能力。
  关键词 电子类课程 实验教学改革 Proteus仿真
  中图分类号:G424 文献标识码:A
  0 引言
  《教育部关于推进高等职业教育改革创新引领职业教育科学发展的若干意见》[教职成(2011)12号]文件中提出“高等职业教育具有高等教育和职业教育双重属性,以培养生产、建设、服务、管理第一线的高端技能型专门人才为主要任务。”这对高职教育培养目标提出了更高要求,高端技能型专门人才内涵主要体现为:具有较牢固的知识、精湛的专业技能、较高的综合素质、较强的学习能力、可持续发展能力,并具有一定的创新能力等等。现有的课程教学已不能满足更高的培养目标的要求,必须进行相应的教学改革。本文对高职电子类课程实验教学改革进行了研究和实践。
  1 电子类课程实验教学存在的主要问题
  电子类课程的实验教学在专业教学中起着重要作用。目前,大多高职院校仍主要是通过实验室来进行實验教学,这样做存在的主要问题有:
  (1)由于条件限制和观念陈旧,实验室的实验教学学时远远不足,也比不上理论教学学时数。(2)电子技术发展迅猛,实验仪器设备在使用几年后就可能因技术进步而落后,再购买新的实验仪器设备和实验器材成本高。(3)电子类课程中的元器件需要不断补充才能保证实验室的正常运转,实验成本相对较高,管理和维护任务艰巨。(4)实验教学受到场地和时间的限制,大多情况下,只能利用上课时间到实验室做实验,但做实验的时间是很少的,不利于培养学生的自主能力和创新能力。(5)学生自主实验性差,一般都是在老师的安排下完成实验。(6)学生实验的错误可能导致实验设备损耗、损坏甚至导致安全事故。
  2 解决方法
  针对现在电子类课程实验教学存在的问题,提出基于Proteus的电子类课程实验教学改革。主要做法如下:
  2.1 建立基于Proteus的虚拟实验室进行实验教学
  Proteus实验室采用计算机和Proteus仿真软件构成的多功能实验平台,具有如下特点:
  (1)功能强大。它可以仿真电路分析实验、数字电路实验、模拟电路实验,单片机应用系统、ARM应用系统的仿真实验等,因此,它完全可以称之为一个多功能的实验平台。
  (2)先进性、创新性、开放性。Proteus软件内置万种以上元器件、多种虚拟仪器仪表、丰富的测试信号源等,并且软件不断升级保证了其器件模型同当今世界的电子技术发展同步,以上这些保证了实验室可长期保持其先进性。可以在此开展创新实验内容的研究,学生也可以在这里开展实验内容之外的个性化实验研究、创新开发研究。在这里没有时间与空间的限制、没有元器件及线路板的限制,具有开放性。
  (3)管理维护方便。由于其核心为Proteus仿真软件,因此,其实验是无损耗的,其管理、维护也就是软件的安装及更新而已。
  (4)投入低。只要有一台计算机、一套Proteus软件,学生就可以做实验。同传统实验室建设相比,Proteus实验室算是低投入的实验室。
  Proteus虚拟实验室的建立可以很好克服传统实验室存在的弊端,解决电子类课程实验教学存在的问题。[教职成(2011)12号]文件中提出:“继续推行任务驱动、项目导向等学做一体的教学模式。”基于Proteus的虚拟实验室进行实验教学,是以学生为中心,以具体实验任务或实验项目等作为载体,让学生在做中学、学中做,学做一体,并学会运用、学会方法。以单片机控制的数字电压表为例进行实验教学来说明。
  以单片机控制的数字电压表这一实验项目作为载体,学习A/D转换芯片ADC0809的相关知识、学习单片机的应用。如图1所示,让学生一边按照实验图中ADC0809芯片的引脚功能学习,一边操作接线。如:10脚CLK是时钟端,接到单片机P3.4脚,由单片机内部定时器产生时钟供ADC0809工作。学习、连接完实验图后,将keil软件编译的hex文件加载到单片机,点击运行,得出图1显示输出电压的结果,调节电位器RV改变模拟电压输入,输出电压跟随变化。
  在本实验项目中,还涉及其他的知识,如:keil软件的应用、定时器的使用、数码管的应用等,这要求学生要能运用之前学过的知识。
  在虚拟仿真实验的教学过程中,把相关的教学知识隐含在实验任务或项目引导学生在做中学、学中做掌握知识,强化知识的应用、技能的培养与方法的形成,增强学生的可持续发展能力。
  2.2 将基于Proteus的虚拟实验室搬到教室进行多媒体教学
  采用多媒体教学,并不是简单地把课本的内容用多媒体的形式来展示和播放,这样仅仅是改变教学手段来提高教学效率,并未能从根本上进一步提高教学效果。采用基于Proteus的多媒体理论教学,是将“虚拟实验室”搬去教室,通过Proteus软件仿真实验,把相关的教学知识隐含在仿真的实验任务或项目中,在仿真实验中学习课程相关知识,以学生为中心,以应用为目标,学生可自主学习的多媒体课件。以电子技术课程中“二极管的单向导电性”进行说明。
  运用Proteus仿真软件,找出电池、二极管、指示灯LED,连接成图2、图3所示电路,演示后让学生观察现象,并从现象中能总结出什么结论。在这过程中,要求学生做到“七勤”,即:勤用眼、勤动手、勤动笔、勤动脑、勤用心、勤用嘴、勤用耳。用眼仔细观察实验现象;用脑认真思考,认真分析;动笔画实验图,写下自己观察到的实验现象、结论,养成良好的总结与记录的习惯;动手“虚做”实验,设想自己运用Proteus仿真软件动手来操作,如何来做,课后自己有条件再动手来做;用嘴将自己写好的结论通过语言逻辑较清晰地表达出来,提高学生的语言表达能力、逻辑思维能力,培养其自信、胆量等;用耳认真听别的同学发言,有什么地方总结得比较好,还存在什么不足,多向做得好的同学学习;用心学习,培养分析问题和解决问题的能力,不能应付了事,马马虎虎,让学生明白,责任可以将事情完成、用心可以把事情做好。
  通过“七勤”的方法,当然“七勤”在不同的场合有不同的解释,目的是以学生为中心,充分调动学生的主观能动性,挖掘学生的潜力,培养学生的自主学习能力和可持续发展能力。
  最后,老师把实验现象及结论说出,通过多媒体来展示。
  2.3 将基于Proteus的虚拟实验室带到学生宿舍让其自主学习
  将基于Proteus的虚拟实验室带到学生宿舍,就是要学生建立基于Proteus的虚拟个人实验室,学生只要有计算机和Proteus软件便可完成,但教师要加强对学生的引导。建立了个人实验室,学生可自主学习,不再受传统实验时间和地点的限制。在课堂和实验室没完成、不懂的实验、课程设计、毕业设计、产品制作等学生可在宿舍进行。教师要用Proteus软件开发更多相应的课程实验,以便于学生更好地自主学习,增强其可持续发展能力。
  3 结束语
  以Proteus仿真软件为手段对电子类课程实验教学进行改革,以学生为中心,通过建立基于Proteus的虚拟实验室进行实验教学、将基于Proteus的虚拟实验室搬到教室进行多媒体教学、将基于Proteus的虚拟实验室带到学生宿舍让其自主学习,以实验任务或项目为载体、采用“七勤”的学习方法,提高了电子类课程实验教学质量和学生学习效果,强化了学生知识的应用、技能的培养、学习方法和素养的形成,增强学生的可持续发展能力,促进电子类课程实验教学深化改革。
  参考文献
  [1] 匡载华,邓小鹏.电子类学科专业Proteus实验室的建设.实验技术与管理,2009.
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