基于Protues仿真的电工电子技术教学改革

侯俊才 傅隆生

西北农林科技大学机械与电子工程学院 陕西杨凌 712100

基于Protues仿真的电工电子技术教学改革

侯俊才 傅隆生

西北农林科技大学机械与电子工程学院 陕西杨凌 712100

在传统的电工电子技术教学中，理论教学显得枯燥乏味，实验速度慢，且元件设备损坏率较高，效果不佳，学生缺少实践锻炼。为了改变这一现状，通过在教学、实验和实践环节中引入了基于Proteus仿真的教学改革，使得课堂教学具有生动性和可视性，实验的成功率提高，元件设备的坏损率降低，学生在实践环节中创新能力和动手能力得到了提高，教学效果显著提高。

Proteus；仿真；实践

电工电子技术是工科非电专业学生必修的一门专业基础课，是一门实践性很强的课程，由于当今社会的每一领域都与电有着联系，学好这门课对于解释现实生活诸多与电相关的现象，解决工作中设备仪器的与电学的相关问题有着直接的帮助。电工电子技术这门课程涵盖范围较广，内容包括了电路分析的基本知识、交流电路、磁路、三相交流电路、电动机、模拟电路和数字电路等电工学和电子学的诸多知识点。通过这门课程的学习对培养学生工程实践能力、创新意识和创新能力具有独特的作用。针对多年的教学实践中遇到的问题，我们在该课程教学环节中引入了Proteus仿真与实物设计结合的改革措施，加深了学生对理论知识的理解，熟悉了实验电路的设计，提高了学习兴趣，得到了基本的技能训练；提高了学生的动手能力，培养学生独立分析问题和解决问题的能力，取得了良好的教学效果。

1 电工电子传统教学方式的不足

传统的教学模式下，教学环节以教师花大量时间讲授基本原理、基本知识为主，学生缺少学习兴趣、缺乏学习主动性；实验环节多为验证实验，如叠加原理、戴维宁定理、单管放大电路、组合逻辑设计、触发器等，学生在实验过程中不需要思考和分析，只是机械地、被动地按照实验指导书进行操作，实验过程死板，限制了学生的思维，使学生丧失学习兴趣。而且实验中由于学生操作错误或失误往往出现短路、烧保险以致损坏仪器仪表等现象，严重时甚至会引发安全事故。为了解决以上问题，将虚拟仿真软件Proteus引入电工电子学的理论教学、实验和实践环节，提高学生学习理论知识的兴趣，也可在课余时间通过仿真验证所学知识；在实物实验前进行虚拟实验电路的设计连接和测量，以期提高对实验电路的本质认识，达到掌握理论知识和提高实验质量的目的。同时以虚拟软件为平台，结合学生的兴趣，设计实用电路，增强学生的创新能力、自学能力和动手能力。这样学生可以充分利用课余时间发挥主动性和创造性，进行实用电路的设计，另外还可以节省硬件投入、减少实验设备的损坏，提高实验的成功率。

2 Proteus在电工电子教学中的应用

Protues是一款EDA工具软件，除了像其他EDA软件一样具有仿真基本电路功能外，还有单片机仿真功能，还可以实现PCB设计，是当前教学和科研领域流行的电路设计软件之一。其上手容易、仿真演示功能强大，很适合于教学。

2.1 Proteus在理论教学中的应用

在电工电子的教学环节中，Proteus仿真的引入通过直观的感性认识可以加深学生对知识点的掌握。很多知识点都可以用Proteus仿真来演示。例如叠加原理，学生学习单电源作用电路时对其他电源的处理容易出错，经过仿真演示就可以加深理解。如图1所示，在Proteus下，电流表和电压表被认为是理想器件，即认为电压表内阻为∞，电流表内阻为0，此条件下，a中在12 V和6 V电源共同作用下，R3两端电压和流过的电流分别为4.2 V和0.08 A，方向如图所示。该电压和电流等于b和c中12 V，6 V两个电源单独对R3作用时的3.6 V，0.07 A和0.6 V，0.01 A的代数和，相当于单电源作用时另一电压源做短路处理。在仿真演示的强化下可使学生加深对叠加原理的理解。

图1 叠加原理的Proteus仿真

2.2 Proteus在实验中的应用

在电工电子实验中教师经常碰到一个棘手的问题，那就是由于学生以前接触电工电子实验仪器设备机会较少，因此在实验前教师要花大量时间指导学生使用仪器设备，导致实验时间不够用，另外也避免不了出现仪器设备的损坏。为了让学生提前掌握设备仪器的基本用法和减少损失，我们的做法就是提前做出Proteus仿真下的实验指导，让学生在课余时间完成仿真实验，然后再进行实物实验。例如负反馈放大器实验。将Proteus仿真实验布置为作为课余作业，要求在Protues下完成电路连接，如图2所示。要求指出每个元件的作用，测量静态工作点，并完成观察改变输入信号us时负载RL上电压的变化情况，以及去除负反馈RF和CF时输入输出间信号的变化情况。

图2 负反馈放大器实验仿真图

在仿真电路的连接和实验过程中，带着问题操作，进而强化了对电路的理解，掌握了示波器的调节方法，加深了对负反馈的认识。然后再在实验箱上进行实物实验。由于Proteus仿真中的元件及测量仪器仪表（如电压表、电流表、示波器）的使用方法几乎和实物使用方法一样，学生通过在仿真环境下亲自连接电路和测量就弄清楚了电路结构，仪器仪表的使用方法，经过如此过程，在实物实验时就已经熟悉了电路接法和实验的目的，从而实物实验时速度明显加快，电路连接的准确率和仪器仪表的使用的正确性得到提高，从而设备的损坏率明显降低，实验效果也得到明显提高。

3 Proteus在电工电子设计实践中的应用

学生思维活跃，有时根据所学知识产生一些奇思妙想，但是由于财力和资源所限往往无法进行去实现。例如，有学生根据声控灯原理想到声控风扇，但是由于没有实验设备及仪器或担心损坏设备而不敢去实践，最后不了了之。如果借助于仿真软件Proteus就可以将其想法通过仿真来进行验证，在仿真可行后，就可以利用实验室条件进行实物设计和实现。

我们在教学中要求学生制作光控灯电路，要求其上网查阅资料，设计出控制电路，并利用Proteus丰富的元件库，实现电路的仿真，然后提供实物，让其搭建实物电路。简单光控灯仿真电路如图3所示，Proteus听过了模拟光照的光敏电阻（TORCH-LDR），通过改变手电与光敏电阻的距离实现光线的强弱变化。在这样的实践过程中，提高了学习兴趣，学生掌握了一般电路设计方法，学习了文献的查阅，并锻炼了其动手能力。

经过这样的训练后，学生在进行科技创新时就不会盲目购买元器件，他们先在Proteus下搭建电路进行仿真—参数调整—再仿真—再参数调整，通过仿真软件下反复调试，等仿真电路满足设计要求后，再根据成功的仿真电路选择购买相关器件搭建电路。如此一来使得科技创新设计的成功率提高，由于有针对性的购买器件，所以浪费很少，科技创新成本尽可能地降低了。

图3 光控灯仿真电路

4 结束语

在电工电子技术的教学实践中引入Proteus，可增加理论教学的生动性与可视性，加强学生对实验电路的理解，使实物实验成功率得到提高，元器件及设备毁坏率降低。实验电路的软件仿真与实物搭建，使学生的学习兴趣得到了提高，锻炼了学生设计能力与动手能力，使得电工电子技术的教学变得生动，与传统教学法相比较效果明显提高。基于Proteus的虚拟仿真给学生提供了无须硬件投入电路的验证环境，对创新设计和后期的动手搭建电路有着积极的推动作用，在我校学生的电子创新中发挥了重要作用。

［1］丁守成.理工科电工电子实验教学改革的研究与实践［J］.实验技术与管理，2008，25（3）：114-117.

［2］杨成刚，刘奋成，柯黎明.基于卓越工程师培养计划的焊接理论基础课程教学改革与实践［J］.教育教学论坛，2014（3）：29-30.

［3］王海波.基于Multisim仿真软件的电工电子实践教学改革［J］.数字技术与应用，2011（9）：221-222.

［4］秦毅男，廖晓辉.基于PSPICE的电工电子实验教学改革与实践［J］.实验室科学，2005（2）：46-48.

［5］张兴初，孙志兵，侯继红.浅谈基于Protues实测的模拟电子技术教学设计［J］.中国现代教育装备，2010（7）：96-97.

Teaching Reform of Electrical and Electronic Technology
Based on Proteus Simulation

Hou Juncai， Fu Longsheng
College of Mechanical and Electric Engineering， Northwest A&F University， Yangling， 712100， China

For electrical and electronic technology， theory teaching is boring， its experiment is time-costing， and elements of equipment are damaged frequently， the chance of practice for students is lack. In order to improve the teaching of the course， the simulation software is applied into the procedure of teaching， experiment and practice. The reform makes the classroom teaching is vivid and visual， the success rate of the experiment is improved， the damaged elements of equipment reduce， and the creative ability of the students is improved， practical ability of students have been improved， the teaching looks successful.

proteus； simulation； practice

2015-03-18

侯俊才，博士，讲师。

西北农林科技大学课程教学改革研究项目（编号：JY1302060）；西北农林科技大学2014年本科优质课程建设项目（数字电子技术）；西北农林科技大学优质课程建设项目〔电工电子技术（丙）〕。