Proteus仿真軟件在《電工基礎》項目化教學改革中的應用

青島港灣職業技術學院 武玉升

《電工基礎》課程是高職院校機電、電氣類專業重要的專業基礎課，該課程一般在學生升入高職后第一學期就要開設，為后續將要學習的《電子技術》、《電機與電氣控制》、維修電工培訓考證等專業課程和職業資格培訓課程起到重要的支撐作用。由于課程的理論性和實踐性很強，以及高職生源素質較差等原因，多年以來《電工基礎》課程的教學效果很不理想，教師教起來費勁、學生學起來吃力，課程結束后能有一半多的學生不能很好地掌握所學內容，對后續課程的學習影響很大。為了改善《電工基礎》課程的教學效果，筆者所在高職學院進行了《電工基礎》課程的項目化教學改革。建設了《電工基礎》理實一體教室，編寫了《電工基礎》項目化教材，推行了項目導向的教學模式，使《電工基礎》課程的教學效果有了很大的改善。但是，在項目化教學改革過程中，我們也發現了一個重要的問題，就是課堂很大一部分的時間都用在了項目實施和分組討論上，使得理論知識的教學缺乏系統性和連貫性，學生對必備的基礎理論知識掌握不夠扎實和深入。而《電工基礎》課程作為學生專業學習過程中第一門專業基礎課，要求學生必須能夠很好地掌握必須得基礎理論知識。因此，我們對如何在《電工基礎》課程項目化教學改革中提高基礎理論教學效果，進行了探索和實踐。我們發現將Pr ot eus仿真軟件應用在理實一體課堂教學和學生課外自學活動中，可以實現難懂的理論教學和直觀的仿真訓練有機融合，能夠促進學生的課內和課外學習良好互動，從而提高《電工基礎》課程的基礎理論教學效果。

1 Proteus仿真軟件在《電工基礎》項目化教學中的應用

1.1 項目化教學實施方案

整個《電工基礎》項目化教學過程必須體現“以學生為主體，以教師為主導”的原則，要以學習項目為載體，充分調動學生的學習積極性。項目實施前，要引導學生利用觀看網絡課程視頻、查閱教材及其他參考資料等形式進行預習；項目實施過程中，學生分組完成工作任務，教師及時進行引導和考核記錄；項目結束后，教師引導學生做好總結和考核工作。

1.2 Proteus軟件在項目教學中的應用

在《電工基礎》項目化教學過程中，項目所涉及的電路基礎理論知識的教學是個難點，應用Pr ot eus軟件可以較好地加以解決。根據筆者在所帶的班級中所做的調查，每個班級至少有一半的學生都擁有筆記本電腦，在教學過程中可以把這些電腦有效地利用起來。讓學生把自己的筆記本電腦都帶到課堂上，然后根據分組情況，全班將電腦進行統一調配，保證每兩個人能有一臺電腦。在課上，學生可以隨時對所學電路利用Pr ot eus軟件進行仿真連接和調試，從而激發學生學習興趣，加深對理論知識的理解。在課外，學生可以隨時利用Pr ot eus軟件進行電路仿真練習，達到提高預習和學習效果的目的。

2 選擇Proteus電路仿真軟件的優勢

常用的電路仿真軟件有早期版本的EWB系列、Mul t isim系列和Pr ot eus系列等，EWB系列軟件資源占用小簡單易用，Mul t isim是EWB系列軟件的升級版本，這兩款軟件在電路、電子技術課程教學中有比較廣泛的應用，但也存在仿真功能較弱、互動性差等缺點。Pr ot eus系列軟件常常用來實現微控制器系統的軟件和硬件仿真，存在著初學者上手較難的問題，這可以通過加強練習得到解決。Pr ot eus系列軟件顯著的特點是可以實現電子電路的交互式仿真，其交互性比Mul t isim系列軟件更強，電路運行狀態更加形象、直觀。

3 Proteus在《電工基礎》課程中電路仿真應用舉例

在《電工基礎》課程項目化教學過程中，要用到電阻器、電容器和電感器等基礎元器件知識，用到直流電路、單相交流電路和三相交流電路等基礎理論知識，單靠教師的講解學生很難深刻理解這些基礎理論知識，通過Pr ot eus軟件的仿真學習，可以很好地解決這個問題。下面以電容的充放電、電感的電磁效應兩個知識點的電路仿真應用為例加以說明。

3.1 電容的充放電電路仿真

圖1 電容的充放電仿真電路

電容的充放電仿真電路如圖1所示，圖中B1為12V電池，R1為100Ω的限流電阻，SW1、SW2是單刀單擲開關，AM1、AM2是電流表，VM1是電壓表，C1是仿真容值為10000μF的電解電容，BL1是燈泡。運行仿真，閉合SW2，保持SW1斷開，此時可以看到電池在對電容充電，AM1上有變化的、逐漸減小的電流讀數，VM1上有變化的、逐漸增大的電壓讀數，同時C1上可以觀察到正負端的電荷累積。斷開SW2，閉合SW1，此時可以看到電容在放電，AM2上有電流流過，燈泡被點亮，AM2的讀數持續減小，燈泡變暗，直到C1上的電荷被放完，燈泡熄滅。通過以上仿真過程，學生可以直觀地觀察電容的充放電過程，同時可以通過修改限流電阻阻值或改變電池電壓來觀察電容的充放電過程的變化情況，從而可以靈活、深刻地理解該知識點。

圖2 電感的電磁效應仿真電路

3.2 電感的電磁效應電路仿真

電感的電磁效應仿真電路如圖2所示，其中L1是電感為100H的電感器。運行仿真，可以看到電流表的讀數快速逐步增大，到達某一值之后燈泡被點亮，然后電流表的讀數繼續增大。但是，此時速度變慢，越來越慢，最后電流表讀數增加到某一數值時穩定下來，燈泡繼續點亮。如果電感值為1000H，則達到穩定值的時間會更長，而這個穩定值只和燈泡的電阻及電池的內阻相關。通過該電路的仿真，學生可以很好地理解電感器的特性。

4 結束語

在高職《電工基礎》課程項目化教學改革中，學生對電路基礎理論的學習是一個難點，將Pr ot eus仿真軟件在教學過程中進行有效地應用，可以很好地解決這個難點。實現了難懂的理論教學和直觀的仿真訓練有機融合，促進了學生的課內和課外學習良好互動，提高了課程教學質量。我們把該經驗推廣應用到電子技術、單片機應用技術等其他專業課程的教學過程中，同樣起到了良好地教學效果。

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