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數(shù)字電子技術(shù)Proteus仿真教學改革分析論文
摘要:針對傳統(tǒng)教學中存在內(nèi)容抽象、理論無法聯(lián)系實踐、復雜難學等諸多問題,提出以Proteus仿真技術(shù)為基礎(chǔ),從理論教學、實驗教學、實踐教學三個方面進行了改革實踐,經(jīng)過幾年的實踐表明,提高了學生對本專業(yè)的學習熱情、工程實踐能力和創(chuàng)新能力,教學質(zhì)量得到很大改善。
關(guān)鍵詞:數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ);Proteus仿真;教學改革
1PROTEUS軟件介紹
PROTEUS軟件是英國LabcenterElectronics公司開發(fā)的電路分析與實物仿制及印制電路板設(shè)計軟件,是一個電子設(shè)計的教學平臺、實驗平臺和創(chuàng)新平臺,覆蓋了電工電子實驗室、電子技術(shù)實驗室,單片機應用實驗室等全部功能。它可以對模擬電路、數(shù)字電路、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)仿真,并進行功能驗證,通過動態(tài)器件如電機、LED,LCD開關(guān)等,配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器,實時觀看運行后的輸入輸出的效果。
2理論教學改革
根據(jù)我校地處偏遠且為農(nóng)林院校的特殊情況和實際工程需要,教學內(nèi)容上舍去復雜的理論分析,注重理論分析結(jié)果的應用,減少有關(guān)器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析過程,著重介紹器件(或集成元器件)的作用、主要參數(shù)、使用方法。全系教師根據(jù)各路反饋信息,確定數(shù)字電路基礎(chǔ)、組合邏輯電路、時序邏輯電路、脈沖波形產(chǎn)生于整形,AD/DA和DA/AD轉(zhuǎn)換電路五大教學項目,每個大項目又分為幾個小的教學模塊,同時弱化或忽略掉其它相關(guān)內(nèi)容。
《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》是學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,這些無論板書或者多媒體課件,都會使學生覺得枯燥無味,喪失學習激情。如果教學時根據(jù)教學內(nèi)容,在理論教學過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、形象、生動,促進學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-3線優(yōu)先編碼器74HC148時,學生對什么是編碼器,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輸入,究竟對哪一路優(yōu)先編碼輸出,怎樣實現(xiàn)利用功能端實現(xiàn)擴展編碼?單靠多媒體講解,這些問題在學生腦海里像一盤漿糊,一片茫然,無疑加大了學生的理解難度。這時,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,改變各個輸入端和控制端的輸入,即可用發(fā)光二極管形象的表現(xiàn)出74HC148輸出端的狀態(tài),結(jié)合仿真現(xiàn)象形象講解,使得原來難以理解的芯片功能表也變得容易,會起到事半功倍之效,為后面的學習打下夯實的基礎(chǔ)。實踐表明,通過在課堂上現(xiàn)場穿插PROTEUS仿真教學,學生很輕松學習地譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)據(jù)比較器等常用組合邏輯電路,各種觸發(fā)器、常用時序邏輯電路和555定時器的運用,以及AD,DA轉(zhuǎn)換器,對《數(shù)字電路基礎(chǔ)》的畏難情緒一掃而光。
3實驗教學改革
在我校人才培養(yǎng)方案中該課程實驗教學10學時,因受到實驗場所、時間、設(shè)備和管理等多方面因素的限制,幾乎不可能提供學生太多的實踐機會。而且,傳統(tǒng)的《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》實驗往往以驗證性實驗為主,實驗課上學生機械第按照實驗指導書連線,觀察實驗結(jié)果,完全沒有獨立思考和動手設(shè)計的機會,學生的實踐能力和創(chuàng)新能力被嚴重制約。自從在教學中引進PROTEUS仿真后,實驗教學也進行了大刀闊斧的改革。
首先,在講解相關(guān)理論內(nèi)容時,提前給大家布置實驗內(nèi)容,要求學生利用課余時間先進行PROTEUS仿真,并把仿真文件傳給教師,進行檢查指導,然后實驗課上再完成硬件連接。再次,加大設(shè)計實驗力度。為了提高學生的創(chuàng)新能力,實驗內(nèi)容不再以驗證性試驗為主,加大設(shè)計實驗內(nèi)容,重點放在各種芯片的應用設(shè)計上。增加用數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計測試輸血和受血血型匹配的電路實驗,74LS138譯碼器和與非門設(shè)計控制發(fā)電機工作的邏輯電路、電子秒表實驗等設(shè)計型實驗。例如,圖2就是實驗時學生利用74LS153芯片設(shè)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(jù)四個變量的取值,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,加大實驗考核力度。為了促進學生動手做實驗的熱情,試驗成績在課程考核成績中所占比重加大,由過去的15%,加大30%。另外,不再完全根據(jù)實驗報告和考勤給實驗成績,而是組織專門考試。學生現(xiàn)場抽取預先準備好的題目,當場做實驗,根據(jù)實驗結(jié)果和學生講解,教師現(xiàn)場給成績。
4課程設(shè)計改革
課程設(shè)計是教學中非常重要的實踐環(huán)節(jié),是學生獲取實際工程經(jīng)驗和能力,走向就業(yè)的重要途徑。但是,對于沒有實踐經(jīng)驗的學生來說,設(shè)計電路的合理、正確與否沒有判斷經(jīng)驗,容易造成器件和儀器的損壞,有時辛苦焊接好后,預期的設(shè)計結(jié)果也出不來,往往需要重新設(shè)計,造成大量的人力和資金浪費。但采用Proteus軟件后,每個學生相當于擁有了一個完整的虛擬實驗室,學生可在ProteusISIS窗口大膽進行電路設(shè)計、測量、調(diào)試,修改,且在安裝實物作品前就可看到結(jié)果。仿真成功后,只要安裝正確無誤、焊接可靠、布線合理,實際作品都會得到與Proteus仿真設(shè)計一致的結(jié)果。自從在課程設(shè)計環(huán)節(jié)引入Proteus仿真環(huán)節(jié),學生設(shè)計的電子秒表、數(shù)字頻率計、拔河游戲機等作品成功率大大提高,節(jié)省了硬件投入,使學生獨立操作能力和創(chuàng)造力都得到了極致發(fā)揮。
5結(jié)束語
把Proteus仿真應用到《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》教學中,克服了傳統(tǒng)教學的不足,使得枯燥無味的理論知識變得生動起來,為數(shù)電教學質(zhì)量的提高和創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)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(xù)課程的單片機教學中來,為后續(xù)課程的學習打下良好基礎(chǔ)。
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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