Proteus在高职电类专业教学中的应用与实践*

◆武玉升

作者：武玉升，青岛港湾职业技术学院电气工程系副教授、电子教研室主任、电子信息工程技术专业带头人，山东省高等学校优秀青年教师国内访问学者，主要研究方向为电子信息工程技术（266404）。

近年来，高职院校的信息化建设水平不断提高，从校园网络建设到教学用微机配置数量都得到很大的改善。同时，越来越多的学生拥有智能手机和个人电脑。在这样的信息化环境下，高职院校的课程教学改革不断深化，教学方法和教学手段不断向信息化、多样化和混合化发展，项目导向、任务驱动、翻转课堂、混合式教学、微课、慕课等教学理念和形式不断在实际教学中得到应用。Proteus软件凭借其强大的电路仿真功能，在高职信息化教学中应用越来越广泛，成为高职院校计算机仿真教学的利器。

仅在一门课程中简单应用Proteus软件进行计算机辅助仿真教学，远不能发挥Proteus软件的最大作用。青岛港湾职业技术学院在港口电气、机电一体化、电气自动化、船舶电气、电子信息专业中，从专业课程设置到课程教学改革等方面，针对Proteus软件进行全面深化应用，涉及的课程主要有C语言程序设计、电工基础、电路、模拟电子技术、数字电子技术、高频电子技术、电机与电气控制、单片机应用技术、PCB设计技术等。下面就Proteus在青岛港湾职业技术学院电类专业教学中的应用与实践情况进行具体的介绍。

1 目前高职电类专业课程教学中存在的问题

生源质量下降给教学带来消极影响 近几年来，高职院校生源质量下降已经是高职教育工作者不能回避的问题。高职院校生源质量下降主要表现在学生高中阶段文化基础知识不扎实、学生自主学习能力差，学习积极性和主动性不强，逻辑思维能力不强，没有养成良好的学习和生活习惯等。面对理论性和实践性都比较强的电类专业知识，很多学生存在厌学情绪，缺乏学习的兴趣和动力。在电类专业基础课和专业课教学中，普遍存在学生教学反馈，反映教学效果差、课程成绩不及格现象较多等问题。

教师的教学方法和教学手段不够灵活 高职电类专业课程教师已经感受到学生生源质量的变化，但是受传统观念、教学条件等因素的影响，有许多教师在教学中仍然采用传统的教学方法，教学手段也比较单一。大多数高职院校也已经在推行信息化环境下的教学改革，逐渐开始采用项目导向、任务驱动、多媒体教学、网络教学等教学模式和手段，教学效果有了一定的改善，但是也存在很多学生只是被动跟随教师的思路进行学习，缺乏学习的主动性和创新精神。

理实一体教学设施设备不足 国家启动示范性高等职业院校建设计划以来，高职示范院校和骨干院校实践教学条件得到很大的改善，增加了专业实训室的数量，实训设备和仪器也得到补充和更新。但是，这些新建的实训室很多并不是按照理实一体教室的要求建设的，在专业课程教学中理论和实践教学不能很好地结合，不能真正实现“教、学、做”一体化，实训室的性能没有得到最好的发挥。

2 Proteus软件

Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司），可以实现电子电路的交互式仿真，还可以实现微控制器系统的软件和硬件交互式仿真，还具有PCB设计功能。同Multisim电路仿真软件相比，Proteus软件的电路仿真功能交互性更强，电路运行状态更加直观。正因为Proteus软件集合了电子电路仿真、单片机系统仿真和PCB设计等功能，使得Proteus软件在高职电类专业课程教学中可以得到更加广泛的应用。

3 Proteus软件在高职电类专业课程教学中的总体应用方案

在专业课程设置上，以港口电气、机电一体化、电气自动化、船舶电气、电子信息专业为例，第一个学期即开设Proteus应用技术课程。学生首先集中学习Proteus软件的安装和基本操作方法，然后配合同时开设的电工基础、C语言程序设计等课程对电路和C语言等内容进行仿真学习。在后续学期，不再单独开设Proteus软件应用课程，而是将Proteus软件的应用融合到相应专业基础课和专业课中去，相关课程主要有模拟电子技术、数字电子技术、高频电子技术、电机与电气控制、单片机应用技术、PCB设计技术、ARM嵌入式系统、课程设计、毕业设计等。

在课堂教学中，具备微机硬件条件的，可以直接在微机上利用Proteus软件进行辅助教学，学生可以完成教学项目的仿真设计与练习；没有配备微机的，可以让学生将个人电脑带入课堂。根据笔者在所带班级中做的调查，每个班级至少有一半的学生拥有笔记本电脑。两个人一组至少配备一台电脑，共同对项目仿真方案进行讨论、训练，同样收到很好的教学效果。

在课外，可以给学生布置课外Proteus仿真设计作业，促进学生对专业知识的理解和吸收。同时鼓励学生根据课程学习内容自主进行创新设计，根据学生的完成情况，在平日考核上给予相应的加分，从而调动学生的学习主动性，培养学生的创新精神。还可以组织校内的Proteus仿真设计竞赛，利用Proteus软件进行国家、省、市组织的电子设计大赛培训，从而为学生提供多种发展途径。

4 Proteus软件在高职电类专业课程教学中的应用举例

Proteus软件在电工基础课程教学中的应用举例 电工基础课程是高职电类专业重要的专业基础课，该课程的理论性很强，再加上是学生入学以来学习的第一门专业基础课，长期以来一直存在教师难教、学生难学、教学效果差的问题。在采取理实一体、项目化教学改革的基础上，利用Proteus软件进行计算机辅助教学后，该课程的教学效果有了很大的改善。如在讲解基尔霍夫电流定律（KCL）时，可以让学生利用Proteus软件设计如图1所示的仿真电路。在该仿真电路中，每条支路均串接了灯泡和电流表，通过灯泡可以直观地观察电路的运行状态，通过电流表可以直接读出每条支路的电流大小和方向。学生可以根据需要，方便地更改两块电池的电压和所有电阻器的阻值，从而查看电路不同的工作状态，电路仿真的交互性强。通过该仿真电路的练习，可以帮助学生更加直观、深入地理解基尔霍夫电流定律，增强教学效果。

图1 KCL电路举例

Proteus软件在模拟电子技术课程教学中的应用举例模拟电子技术课程也是一门高职电类专业重要的专业基础课，该课程的理论性和实践性都很强，特别是一些电路的基本概念和基本原理不易理解。如在讲解基本放大电路部分内容时，学生对放大电路的静态工作点、三极管的放大作用、放大电路的工作原理等内容理解起来难度很大；在相应的实训环节，学生在电路连接、测试等工作中也存在电路调试困难、不知如何进行电路测试等问题。

利用Proteus软件，可以设计如图2所示的仿真电路。通过该仿真电路，学生可以在电路连接的过程中熟悉基本放大电路的组成，通过虚拟电压表、电流表对电路的静态工作点进行测量和调整，通过虚拟示波器观察放大电路的输入、输出电压的波形图，通过调整电路参数观察放大电路的非线性失真现象，从而直观、深入地理解放大电路的组成和工作原理。

图2 基本放大电路举例

另外，在数字电子技术课程中，可以利用Proteus软件对集成逻辑门电路、组合逻辑电路和时序逻辑电路等进行仿真运行，也可以进行如交通灯控制电路、数字电子钟电路、秒表电路等综合项目的仿真设计和运行。在高频电子技术课程中，可以利用Proteus软件对振幅调制与解调电路、正弦波振荡电路、混频电路等进行仿真设计和运行，有效地降低教学投入，解决该课程的教学难点。在电机与电气控制课程中，可以利用Proteus软件对直流电机和步进电机控制电路进行仿真设计和运行，使学生更容易理解电机的启动方法和控制方法。

在单片机应用技术课程中，Proteus软件相对于其他EDA软件来说对课程的促进作用更加明显。应用Proteus软件后，可以突破课程硬件教学条件的限制。有大量的控制芯片和单片机外围元器件在现实教学条件中是不具备的，但是在Proteus软件仿真器件库中却可以找到。有了Proteus软件帮助后，学生学习单片机就像插上了腾飞的翅膀，除了设计仿真简单的单片机控制电路外，还可以设计仿真自己感兴趣的、更加复杂的、综合的应用项目，有效地促进高职学生动手能力和创新能力的培养。

Proteus软件在高职电类专业PCB设计技术、ARM嵌入式系统、毕业设计等课程中也有着广泛的应用空间，在节省教学设备投入、增强教学效果方面成效显著。

5 结束语

在信息化环境下，高职院校都在不断探索新的教学模式、教学方法和教学手段，项目导向、任务驱动、翻转课堂、混合式教学、教学做一体化、理实一体、云课堂、微课、慕课等词语不断冲击着高职教师的思想。在高职教学改革大潮中，高职教师应保持清醒的头脑、积极的态度，要根据所在学校和所担任课程的实际，不求赶时髦，只求探索实施切实有效的措施，真正提高教学质量。Proteus软件应用在高职电类专业课程教学中，看似只是一个小小的举措，但是在实际应用中起到事半功倍的效果。在应用好Proteus软件的基础上，高职电类专业课程教师还要进一步探索更有效、更灵活的教学模式，才能真正实现高职高素质技术技能型人才培养的目标。■

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