单位文秘网 2022-02-26 08:13:44 点击: 次
思想,完善教学设计,尽可能地满足不同学生的需要。
优秀的多媒体课件具有表现力丰富、交互性强、共享性好、内容与形式多样化、可模拟、易控制等特点,可产生图文并茂、声色俱全的视听效果,完成一些传统教学方式难以实现的教学任务。但是多年的实践表明,多媒体课件在电子技术课程中的应用并不十分令人满意。学生们认为这只是将黑板上的内容放到了幻灯片上,除了信息量更大、图片更美观、知识点的归纳总结更清晰之外,并不比传统教学好多少,由于放映速度很快,甚至连此前的公式推导都看不到了。
考虑到电子技术课程有很强的实践性,有人建议将课程转移到实验室进行。对于大部分学校来说,这显然是有很大的局限的,因为实验教学多为模块化设计的实验箱,不可避免会遇到元件毁坏、仪器性能不稳定等问题,影响了学生做实验的积极性,极大地限制了学生实际动手的能力和解决问题的能力,而且实验室所能承担的工作是有限的。
二、电子技术课堂教学需求现代教学手段
电子技术课程是机电、电子信息类和计算机类专业的基础课程,除了具备专业基础课的一般特点以外,还具有很强的实践性,即课程内容涉及的许多具体电路都可以作为最终的实用电路或产品。另外,其内容繁多,涉及面较广,单元电路多、繁杂抽象不易理解,而且学生在以前所学的知识中,很少触及相关的内容,加上学生的基础知识比较薄弱,学起来问题较多。
如果不花足够的精力,不要说电路的分析与设计,就是基本的概念和简单电路的工作原理都难以掌握,甚至连课程的重点都不知在何处。这种“粉笔加黑板,教师一言堂”的传统教学模式存在很多问题,主要有:理论内容教学抽象,学生难以理解和接受,学习效率低;对于复杂电路,板书画图讲解,耗时费力,教学效率低;实验教学多为模块化设计的实验箱,不可避免会遇到元件毁坏、仪器性能不稳定等问题,影响了学生做实验的积极性,极大地限制了学生实际动手能力和解决问题的能力。学生对于本来就感觉难学的课程只会敬而远之,甚至产生厌学的情绪。Proteus软件在单片机课程中的应用为解决这一难题提供了新的思路。用Proteus软件来进行电路仿真,效果形象生动,可以提高学生对专业知识的学习兴趣。
三、Proteus软件能弥补多媒体在课堂教学中的不足
如何才能更好地进行电子技术课程的教学?EDA的出现很好地解决了这个问题。
EDA(Electoninc Design Automation,电子设计自动化)技术利用计算机的强大功能,使电子电路的设计、仿真分析以及印制电路(PCB)等繁琐的任务变得简单,是当今电子设计的技术潮流,是电子设计人员必须掌握的基本技能。所谓的仿真分析,是指利用EDA工具的模拟功能运行所设计的电子电路或系统,得到电子电路或系统的工作特性,即仿真结果。
EDA软件有很多种。Proteus是英国Labcenter electronics公司研发的多功能EDA软件,具有模拟电路、数字电路、单片机系统等的仿真功能。Proteus软件提供了丰富的虚拟仪器资源;如示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、计数器、交直流电压表、交直流电流表等。除了现实存在的仪器外,Proteus软件还提供了一套仿真图表(graph)显示功能,可以将线路上变化的信号,以图形的方式实时地显示出来,其作用与用虚拟仪器相似,但功能更多,显示更直接。文中采用的是Proteus7.7 SP2。
Proteus7.7 SP2具有如下的主要功能和特点:
第一,用户界面友好、时尚。整个操作界面如同一个电子实验工作台,绘制电路所需的元器件和测量所需的仪器均可在众多的元器件库中,进行模糊搜索,放置、编辑方便快速;可用鼠标直接拖到工作区,通过鼠标的连线即可构成完整的电路。个性化的编辑环境,便于各种电路的设计和仿真。
第二,在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能,同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态。
第三,具有强大的分析功能。通过各种分析功能,不必使用仪器仪表,就可以确定电路的工作性能。
四、Proteus7.7 SP2在电子技术课堂教学中的特殊效用
1.构建、仿真电路
用Proteus7.7 SP2设计电子线路用于教学非常方便,丰富的元件库及仿真仪器能够节约时间;在讲课中既可以根据需要选择元件构建不同的电路,也可以接入所要的仿真工具如激励源、虚拟仪器等,还可以进行仿真、观察、记录、分析各种仪器所测得的参数或波形,调试也方便。
如果需要打印或长时间分析,Proteus7.7 SP2就能提供一种静态的图表仿真功能——无须运行仿真,随着电路参数的修改,电路中的各点波形将重新生成,并以图表的形式留在电路图中以方便分析或打印。
整个设计过程如同在实验室构建、测量电路一样,非常形象直观,能够激发学生的内在学习兴趣。每一次的构建、仿真电路,都相当于是进行一次实验,对于学生来说相当于进行了一次虚拟实践,可以为其以后的实验积累经验。
2.改变电路结构或参数,分析电路
通过调整电路的结构或参数,几乎可以将电子技术课程中的所有知识点直观形象地展示出来。可以分步设计变压、整流、滤波和稳压几部分电路。它的作用是把50Hz的交流电变成恒定的直流电供给负载。
(1)变压电路。直流电源通常从市电取电,首先对220V、50Hz的单相交流电进行降压。根据桥式整流电路和电容滤波电路的输出与输入电压的比例关系,从输出电压的最大值37V倒推,可以算出所使用的降压变压器的副边电压有效值应为29V左右。从Proteus7.7的元件库中取变压器“TRAN-2P2S”,在原边接交流电源“ALTERNATOR”,原副边分别接交流电压表,且变压器的原副边同时接地,并与后面直流部分电路共地,如图1所示。
(2)整流及滤波电路。整流采用常用的二极管桥式整流电路。在Proteus7.7的元件库中寻找“BRIDGE”,取出此通用二极管整流桥,放置在电路中。
根据经验,一般滤波电路常用的滤波电容有2200μF和1100μF两种,但必须注意它的耐压值要大于电路中所承受的电压,并注意电压极性接法是上正下负,如图2所示。
一般来说,全波整流之后的电压平均值为前面变压器副边电压有效值的0.9倍;滤波之后的电压平均值为全波整流电压平均值的1.2倍。在滤波电容两端可以并联一电源指示电路,即一个电阻串联一个发光二极管。电路调试时,如果发光二极管亮,则说明滤波之前的电路无故障;否则可判断出前面电路有问题。
(3)集成稳压电路。集成稳压电路的核心器件是LM317,在实际应用中要注意加装散热片。为了保护集成器件在接反的状态下不被烧毁,在输入、输出端之间以及输出与调节端之间分别接反向保护二极管1N4003,如图3所示。
电容C2和C3的作用分别是去抖和滤波。C2并联在滑动变阻器两端,可防止滑动变阻器在调节过程中由于抖动而产生的谐波,一般经验值为10μF。C3为输出侧二次滤波,其目的是去掉输出电压波形中细小的波纹。C1与C3的关系一般为22倍。
直流稳压电源是模拟电路中比较典型的电路,通过对它电路的分析,可以让学生了解电路的每个元件的作用,掌握电路的工作原理,为以后在实践中遇到类似现象提供解决问题的思路。
学习电子技术课程最终的目的是要能够设计电路。设计完成之后可以通过Proteus7.7 SP2进行仿真验证,比在实验室中搭电路要快,且调整更方便。
五、电子技术课堂教学综合运用现代化教学手段的建议
在实际的电子技术课程教学当中,要综合运用多媒体课件与Proteus7.7 SP2软件。利用Proteus7.7 SP2软件设计电路、仿真分析具有简单、高效、直观形象的特点,能够激发学生的内在学习兴趣,加深对基本概念和电路工作原理的理解,但从中体现出的知识点是散的。因此,需要用课件将相关的知识点归纳总结起来,便于记忆。二者相互结合,可以相得益彰,从而实现了教学手段的现代化,促进教育改革,提高教学效率,开创了一个令教师、学生激动不已和绚丽多彩的广阔前景。
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