应用Proteus的“电路原理”研究式教学模式初探

李艳萍 杜殿会 侯桂成 刘金华

摘要： 为了完成高校培养有创新精神和实践能力的人才的教学任务，作者在“电路原理”课程中探索了实施研究式教学的教学方法。具体如下：教师构建情境，运用仿真软件Proteus以分组探究方式组织教学，采用一步三问教学方案，激发学生学习兴趣，培养学生的创造性，增强学生学习效果。

关键词： Proteus电路原理研究式教学模式

高校的主要任务就是培养具有创新精神和实践能力的人才，“电路原理”课程建设的重点就是培养学生的创新意识、创新能力和实践能力，为此我们采用了研究式教学模式[1]-[2]。教师必须创设类似科学研究和生产现场的情境。Proteus仿真软件功能强大，集电路设计、制版及仿真等多种功能于一身，是创设这一情境的最有效工具[3]-[4]。本文将仿真软件Proteus应用到“电路原理”的研究式教学实践中，取得了良好的教学效果。

1.创设情境，提出问题

以前许多教师在开展应用Multisim的教学实践时，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[5]。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，教师应在基于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“一阶RC电路”的教学中，为了研究其积分特性和微分特性，应用Proteus创建了积分电路如图1所示。电路中输入方波信号的有效值为1V，频率为10Hz，脉冲宽度t=50mS。在图表模式下添加输入电压探针和电容电压输出探针得到积分电路曲线图2。研究性教学在通过仿真软件展示结果的同时还有更高的要求。例如，可以向学生提出：改变电路中电阻、电容、输入信号频率的大小，输出波形会如何变化？该电路还具有积分作用吗？积分电路的条件是什么？我们可以按表1改变电路元器件参数、输入信号频率，重新观察两种情况波形如图3和4所示。为什么会得到这样的结论？它的理论依据是什么？这时，可以采用理论计算分析图1所示电路，在输入信号的正半周，电容电压相当于零狀态响应；在输入信号的负半周，电容电压相当于零输入响应，只要满足时间常数远大于输入方波信号脉冲宽度，电容充放电曲线近似为直线，该电路完成了积分功能；而当时间常数小于输入方波信号脉冲宽度，电容迅速完成充放电后保持稳态值不变，直到输入信号改变状态。在该例子中，我们还可以向学生提问：当以电阻电压做输出时，情况又如何呢？这时我们可以鼓励学生设计如图5所示微分电路实验，再改变电路参数，根据图6所示仿真结果进行分析。为什么会得到这样的结论？我们采用如前所述那样理论计算分析图5所示电路。

2.分组探究，归纳总结

研究性教学的问题经常自发地产生于学生中间。我们对于上例中RC电路输入正弦信号，电路的功能则可能要发生变化。为了节省学时，可以将学生分成若干组进行讨论，并各自、结合分析结果直至归纳总结。

例如，对于图7所示的以电容电压为输出信号的RC电路和图11所示的以电阻电压为输出信号的RC电路分别输入频率为5、20、50Hz的正弦信号，我们可以将全班同学分成两大组，每大组分成三小组，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，然后两大组同学再进行对比分析，归纳出两种情况下电路功能特点。

3.一问三步教学方案

针对我校电路原理课程教学学时逐年减少的现状，我们采用一个问题三步走的方案。对于课堂上不能实施的研究性题目，教师提前布置大作业，安排学生课前完成仿真实验，课堂上进行演示，教师应启发他们思考问题，对仿真结果进行分析讨论，然后从理论上讲解该结果产生的原因。课后教师组织他们撰写小论文，阐述其原理、功能、应用。通过大作业和小论文等多种形式的教学方法，培养学生的自主学习能力、实践能力和创新精神，以适应当前经济社会发展对高素质人才的需求。

4.结语

本文介绍了应用Proteus进行“电路原理”研究式教学的实践过程。在实践教学过程中，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。通过这样的实践环节提高了学生的积极性，培养了创新能力，收到了很好的教学效果，探索了一条以学生主动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]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.

[4]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.

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