Protues在电子电路测试与仿真中的应用

  本文关键词：海南大学学报自然科学版，由笔耕文化传播整理发布。

　　【摘要】分析实践教学在高等工科院校人才培养过程中的重要作用，根据电子信息专业实践教学探索， 本文介绍一些有效的方法，将电子电路实践教学与采用 Protues 电路仿真软件辅助教学高效融合相辅相成，进行实践教学改革，充分体现因材施教的教学思想，真正提高实践教学质量。
　　【关键词】电子电路;Protues;实践教学改革
　　电子信息类应用型本科学生的工程实践能力和创新思维的培养已经成为人才培养规格的一个重要的标志和特征。各高校正在探索如何加强实践性教学环节，从而培养学生创新精神和实践能力。其突破口和侧重点各个高校都有不同的作法和经验。
　　为此，邵阳学院信息系电子信息工程专业（首批湖南省特色专业）教研室与电子工程实践教学中心（湖南省级示范实践教学中心）强强联手，推进电子信息工程专业的实践教学改革和研究，进行“开放实验室环境下的电子电路测试与仿真实验教学的研究与实践”项目研究，对独立开设的实验课程电子电路测试与仿真，进行实验教学内容、方法、手段、教材等方面的改革研究和“虚”“实”结合的特色化教学实践。
　　1.电子信息工程专业实践教学体系
　　根据电子信息工程专业（以下简称电信专业）自身的条件和特点，构建分模块多层次的实践教学体系：以培养实践动手能力强、专业特色明显、具有创新思维能力的高素质应用型人才为目标，建立分模块、多层次、相互衔接行之有效的实践教学体系。
　　表1所示把工程实践能力和科研创新能力的培养划分为“基础实验→专业实验→能力训练→科创研究”四个层次，每一层次能力逐级提升， 相互衔接，上下融合。
　　表1 电子信息工程专业实践教学体系
　　实践环节 依托平台 能力培养 性质 参与学生比例
　　基础实验
　　专业实验
　　电子工程基础训练 基础实验平台
　　专业实验平台 专业技术及技术实践能力 教学计划内 100%
　　综合实验
　　课程设计 专业实验平台 实践应用能力 教学计划内 100%
　　实训、实习
　　毕业设计 实训实习平台
　　创新科研平台 工程实践能力 教学计划内 100%
　　创新研究
　　科研参与
　　学科竞赛 创新科研平台 创新能力，科研、技术开发能力 教学计划外 优胜劣汰，考核选拔，保持适当比例
　　2.电子电路测试与仿真课程的实验教学研究
　　根据本科教学计划要求和实践教学体系结构，电信专业自2012年对课程设置做了较大修改和调整，提高了实践教学环节所占比重，增加了独立开设的实验课程数目，突出了实践教学重要性。将电子技术基础课程（包含电路分析、模拟电子技术和数字电子技术三门课程）的实验教学内容独立出来，开设两门独立实验课程电子电路测试与仿真和现代电子系统实验。
　　电子电路测试与仿真课程，处于实践教学体系的第一层次，施教于第二学期，将电路分析和模拟电子技术理论知识应用于实践，要求学生了解电子电路测试与仿真基本方法;掌握典型电子电路的功能、工作原理、设计方法;掌握使用软件绘制电子电路原理图，并会利用仪器仪表进行电子电路测试和检测。熟悉使用软件对电子电路进行指标测试和功能测试。
　　电子电路测试与仿真课程的实验教学内容可划分为三大模块：元器件模块、单元电路模块、综合电路模块。在实践教学中充分应用现代技术与方法，对课程教学采用多媒体技术授课，课件上传到网络学习平台，供学生自主学习。在选择实验手段时，注重虚拟仿真技术的应用，形成个性化分层次实施实验及“虚”“实”结合的特色化教学实践。
　　具体实验项目内容如表2所示。
　　表2 电子电路测试与仿真课程实验项目
　　模块 实验项目
　　元器件模块 电容元件、电感元件、电阻元件、二极管元件、三极管元件、集成电路等
　　单元电路模块 滤波电路、整流电路、比较电路、稳压电路、电流放大电路、电压放大电路、功率放大电路、振荡电路、反馈电路、谐振电路、模拟运算电路等
　　综合电路模块 串联型稳压电源电路、三端稳压电源电路、三端可调电源电路、开关电源电路、信号发生器电路、组合电源电路、红外线收发电路组件等
　　根据培养目标和实验项目内容，在具体的实验实施过程中把整个课程实验分为5个层次对学生进行训练：第一层次是验证性实验，第二层次是设计性单元电路，第三层次是综合性功能电路实验，第四是功能电路设计实现，第五层次是对指标和性能提出较高要求的项目训练。
　　第一、二、三层次要求所有学生必须参加，而第四、第五层次是针对学习进度快、基础扎实、动手能力强、学习效果好、兴趣爱好浓的学有余力的学生开设的，先要求学生进行模拟软件设计电路、仿真、测试，再进行硬件实现，利用仪器仪表完成功能测试和指标测量。实验课程教学灵活地采用集中指导、自主训练和项目驱动等教学方式，使学生逐步形成学生自主式、合作式、研究式为主的学习方式。
　　3.Protues在电子电路测试与仿真中的应用
　　Protues 是指一种现代化通用电路分析软件，广泛应用于电子线路计算机辅助分析和设计。如今，高版本的Protues 能够对模拟电子线路从三个层面进行分析  直流、瞬态、交流，还能对数字电子电路和数模混合电路进行比对分析[6]。
　　采用Protues仿真软件进行电子电路测试实验，具有比较明显的优势，例如涉及到的实验内容全面，可涵盖表2三大模块的几乎所有实验项目内容，实验投入少元器件损耗小，学生可自行实验，不受实验室硬件条件限制，与工程实践最为接近，对元器件的参数设置和改变电路连接非常灵活，便于实现不同功能电路的指标和性能要求。在实验过程中，学生先进行仿真实验，再在硬件平台上进行验证，完成第一、二层次的实验项目，而对于第三层次的项目，要求学生完成仿真设计和测试，然后学生可以进行更高层次的创新设计和开发项目的研究。 　　Protues在电子电路测试与仿真中的应用，具体体现在以下几个方面：
　　（1）可对所有实验内容进行实验仿真操作，仅仅只需一台电脑安装Protues软件，而元器件成本几乎为零。
　　（2）能在不变换电路元件的条件下，仅仅通过改变电路参数来改变电路的性能，实验结果非常直观，而实验过程简便，实验损耗几乎为零。
　　（3）Protues提供了几乎所有电子仪器  示波器、扫频仪、逻辑分析仪、器件特性分析仪及信号源等。学生直接可以获得各种实验结果，如输入输出波形、频率特性曲线、动态变化曲线等。
　　（4）对于设计性、综合性实验项目及对指标和性能提出较高要求的项目，可对学生的方案进行设计和仿真测试，验证方案是否可行，便于方案的修改和调整。
　　（5）PCB的自动布线功能，能实现从原理图到PCB图的转换，为电路的硬件实现提供了方便。
　　（6）学生通过Protues仿真实验，积累大量电路原理图和功能仿真、性能测试的经验，为综合电路模块的项目实验甚至为未来创新能力，科研、技术开发能力的提高奠定非常好的基础。
　　（7）能将学科竞赛培训的部分内容融入到实验课程的训练中进行。
　　4.教学效果
　　我们对独立开设的实验课程电子电路测试与仿真，在开放实验室环境下进行实验教学内容、方法、手段等方面的改革研究和“虚”“实”结合的特色化教学实践。实践教学取得很好成效。（1）使得实验课程能够吸引学生产生浓厚的学习兴趣，且使得学生对于电子电路方面的研究分析与模拟仿真能力得到大幅度的提升;（2）学生实践动手能力、综合知识应用能力、创新意识与思维能力得到提高;（3）形成了一个具有较强实践能力和实践教学指导的师资队伍，提高了教师进行实践教学和科学研究的能力;（4）成为竞赛培训的重要一环，促进了学生竞赛成绩的提高。近三年，学生参加全国电子竞赛、应用型人才技能竞赛及科技作品竞赛，获得国家二等奖1项、三等奖1项、优秀奖3项，获省级一等奖3项、二等奖6项，三等奖12项，优秀奖7项。
　　根据电信专业自身的条件和特点，对多年的实践教学经验和成果进行总结，进行了“开放实验室环境下的电子电路测试与仿真实验教学的研究与实践”项目研究。虽然教学改革取得了一定成效，但是还存在或多或少的问题和缺点，还有待进一步改革探索，还需通过实践不断加以检验和完善。
　　参考文献
　　[1]丁道一，何焰兰，黄松筠，郑浩斌.构筑一个完整的金字塔教学体系  教学实验与科学实验接轨[J].高等教育研究学报，2011，34（1）：77-79.
　　[2]丁保华，陈军.建立相对独立的实验体系，深化实验教学改革[J].实验技术与管理，2007，24（4）：22-23，44.
　　[3]郭伟良，陈雪芬，周永灿.创新实践教学体系构建与实践[J].海南大学学报自然科学版，2014，32（1）：97-101.
　　[4]陈冠玲，马文新，胡志华.应用型电类专业的实践教学体系构建[J].电气电子教学学报，2011，33（2）：61-62
　　[5]尹仕，肖看，，王贞炎.全开放的创新性实践教学体系构建[J].实验室研究与探索，2013，32（11）.
　　[6]刘建海，方晓群.Protues仿真软件在电子实训课程中的应用[J].电子制作，2014（6）：115.
　　基金项目：湖南省教育科学“十二五”规划2013年度课题（XJK013CGD022）;邵阳学院教改项目（2013JG30）。
　　作者简介：胡湘娟（1980 ），女，湖南湘潭人，硕士，邵阳学院信息工程系教师，主要从事电子信息工程的教学、研究。

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