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數字電子技術(shù)Proteus仿真教學(xué)改革分析論文
摘要：針對傳統教學(xué)中存在內容抽象、理論無(wú)法聯(lián)系實(shí)踐、復雜難學(xué)等諸多問(wèn)題，提出以Proteus仿真技術(shù)為基礎，從理論教學(xué)、實(shí)驗教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)三個(gè)方面進(jìn)行了改革實(shí)踐，經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)踐表明，提高了學(xué)生對本專(zhuān)業(yè)的學(xué)習熱情、工程實(shí)踐能力和創(chuàng )新能力，教學(xué)質(zhì)量得到很大改善。
關(guān)鍵詞：數字電子技術(shù)基礎；Proteus仿真；教學(xué)改革
1PROTEUS軟件介紹
PROTEUS軟件是英國LabcenterElectronics公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿制及印制電路板設計軟件，是一個(gè)電子設計的教學(xué)平臺、實(shí)驗平臺和創(chuàng )新平臺，覆蓋了電工電子實(shí)驗室、電子技術(shù)實(shí)驗室，單片機應用實(shí)驗室等全部功能。它可以對模擬電路、數字電路、單片機及其外圍電路組成的系統仿真，并進(jìn)行功能驗證，通過(guò)動(dòng)態(tài)器件如電機、LED，LCD開(kāi)關(guān)等，配合系統配置的虛擬儀器，實(shí)時(shí)觀(guān)看運行后的輸入輸出的效果。
2理論教學(xué)改革
根據我校地處偏遠且為農林院校的特殊情況和實(shí)際工程需要，教學(xué)內容上舍去復雜的理論分析，注重理論分析結果的應用，減少有關(guān)器件內部結構的分析過(guò)程，著(zhù)重介紹器件（或集成元器件）的作用、主要參數、使用方法。全系教師根據各路反饋信息，確定數字電路基礎、組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路、脈沖波形產(chǎn)生于整形，AD/DA和DA/AD轉換電路五大教學(xué)項目，每個(gè)大項目又分為幾個(gè)小的教學(xué)模塊，同時(shí)弱化或忽略掉其它相關(guān)內容。
《數字電子技術(shù)基礎》是學(xué)生第一次接觸與以往截然不同的邏輯電路，其中涉及到很多電路的原理和繁瑣抽象名詞術(shù)語(yǔ)，這些無(wú)論板書(shū)或者多媒體課件，都會(huì )使學(xué)生覺(jué)得枯燥無(wú)味，喪失學(xué)習激情。如果教學(xué)時(shí)根據教學(xué)內容，在理論教學(xué)過(guò)程中利用多媒體講解原理、用法，再穿插Proteus仿真,可使理論知識直觀(guān)、形象、生動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生對知識的理解和記憶。例如，剛接觸常用組合邏輯電路8線(xiàn)-3線(xiàn)優(yōu)先編碼器74HC148時(shí)，學(xué)生對什么是編碼器，選通輸入端、低電平有效等名詞一頭霧水，更難以想象對輸入的編碼其輸出是怎樣的，如果有幾路信號同時(shí)輸入，究竟對哪一路優(yōu)先編碼輸出，怎樣實(shí)現利用功能端實(shí)現擴展編碼？單靠多媒體講解，這些問(wèn)題在學(xué)生腦海里像一盤(pán)漿糊，一片茫然，無(wú)疑加大了學(xué)生的理解難度。這時(shí)，教師可以在Proteus界面上形象地演示編碼器74HC148的邏輯功能，如圖1所示，改變各個(gè)輸入端和控制端的輸入，即可用發(fā)光二極管形象的表現出74HC148輸出端的狀態(tài)，結合仿真現象形象講解，使得原來(lái)難以理解的芯片功能表也變得容易，會(huì )起到事半功倍之效，為后面的學(xué)習打下夯實(shí)的基礎。實(shí)踐表明，通過(guò)在課堂上現場(chǎng)穿插PROTEUS仿真教學(xué)，學(xué)生很輕松學(xué)習地譯碼器、數據選擇器、數據比較器等常用組合邏輯電路，各種觸發(fā)器、常用時(shí)序邏輯電路和555定時(shí)器的運用，以及AD,DA轉換器，對《數字電路基礎》的畏難情緒一掃而光。
3實(shí)驗教學(xué)改革
在我校人才培養方案中該課程實(shí)驗教學(xué)10學(xué)時(shí)，因受到實(shí)驗場(chǎng)所、時(shí)間、設備和管理等多方面因素的限制，幾乎不可能提供學(xué)生太多的實(shí)踐機會(huì )。而且，傳統的《數字電子技術(shù)基礎》實(shí)驗往往以驗證性實(shí)驗為主，實(shí)驗課上學(xué)生機械第按照實(shí)驗指導書(shū)連線(xiàn)，觀(guān)察實(shí)驗結果，完全沒(méi)有獨立思考和動(dòng)手設計的機會(huì )，學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng )新能力被嚴重制約。自從在教學(xué)中引進(jìn)PROTEUS仿真后，實(shí)驗教學(xué)也進(jìn)行了大刀闊斧的改革。
首先，在講解相關(guān)理論內容時(shí)，提前給大家布置實(shí)驗內容，要求學(xué)生利用課余時(shí)間先進(jìn)行PROTEUS仿真，并把仿真文件傳給教師，進(jìn)行檢查指導，然后實(shí)驗課上再完成硬件連接。再次，加大設計實(shí)驗力度。為了提高學(xué)生的創(chuàng )新能力，實(shí)驗內容不再以驗證性試驗為主，加大設計實(shí)驗內容，重點(diǎn)放在各種芯片的應用設計上。增加用數據選擇器設計測試輸血和受血血型匹配的電路實(shí)驗，74LS138譯碼器和與非門(mén)設計控制發(fā)電機工作的邏輯電路、電子秒表實(shí)驗等設計型實(shí)驗。例如，圖2就是實(shí)驗時(shí)學(xué)生利用74LS153芯片設計的血型匹配電路。
圖中，A、B代表輸血者，C、D代表受血者（她們的取值00代表O型血，01代表A型血，10代表B型血，11代表AB型血），根據四個(gè)變量的取值，在輸出端用發(fā)光二極管表示是否匹配，二極管亮表示血型匹配，二極管熄滅表示血型不匹配。最后，加大實(shí)驗考核力度。為了促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗的熱情，試驗成績(jì)在課程考核成績(jì)中所占比重加大，由過(guò)去的15%，加大30%。另外，不再完全根據實(shí)驗報告和考勤給實(shí)驗成績(jì)，而是組織專(zhuān)門(mén)考試。學(xué)生現場(chǎng)抽取預先準備好的題目，當場(chǎng)做實(shí)驗，根據實(shí)驗結果和學(xué)生講解，教師現場(chǎng)給成績(jì)。
4課程設計改革
課程設計是教學(xué)中非常重要的實(shí)踐環(huán)節，是學(xué)生獲取實(shí)際工程經(jīng)驗和能力，走向就業(yè)的重要途徑。但是，對于沒(méi)有實(shí)踐經(jīng)驗的學(xué)生來(lái)說(shuō)，設計電路的合理、正確與否沒(méi)有判斷經(jīng)驗，容易造成器件和儀器的損壞，有時(shí)辛苦焊接好后，預期的設計結果也出不來(lái)，往往需要重新設計，造成大量的人力和資金浪費。但采用Proteus軟件后，每個(gè)學(xué)生相當于擁有了一個(gè)完整的虛擬實(shí)驗室，學(xué)生可在ProteusISIS窗口大膽進(jìn)行電路設計、測量、調試，修改，且在安裝實(shí)物作品前就可看到結果。仿真成功后，只要安裝正確無(wú)誤、焊接可靠、布線(xiàn)合理，實(shí)際作品都會(huì )得到與Proteus仿真設計一致的結果。自從在課程設計環(huán)節引入Proteus仿真環(huán)節，學(xué)生設計的電子秒表、數字頻率計、拔河游戲機等作品成功率大大提高，節省了硬件投入，使學(xué)生獨立操作能力和創(chuàng )造力都得到了極致發(fā)揮。
5結束語(yǔ)
把Proteus仿真應用到《數字電子技術(shù)基礎》教學(xué)中，克服了傳統教學(xué)的不足，使得枯燥無(wú)味的理論知識變得生動(dòng)起來(lái)，為數電教學(xué)質(zhì)量的提高和創(chuàng )新性人才的培養提供了一種新的思路和方法。并且，該仿真軟件也可應用到后續課程的單片機教學(xué)中來(lái)，為后續課程的學(xué)習打下良好基礎。
參考文獻
王玉忠.面向全面工程教育的CDIO教育探討[J].中國電力教育，2009(6):11-12.
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