Proteus在高職電類專業(yè)教學中的應用與實踐*

◆武玉升

作者：武玉升，青島港灣職業(yè)技術學院電氣工程系副教授、電子教研室主任、電子信息工程技術專業(yè)帶頭人，山東省高等學校優(yōu)秀青年教師國內訪問學者，主要研究方向為電子信息工程技術（266404）。

近年來，高職院校的信息化建設水平不斷提高，從校園網(wǎng)絡建設到教學用微機配置數(shù)量都得到很大的改善。同時，越來越多的學生擁有智能手機和個人電腦。在這樣的信息化環(huán)境下，高職院校的課程教學改革不斷深化，教學方法和教學手段不斷向信息化、多樣化和混合化發(fā)展，項目導向、任務驅動、翻轉課堂、混合式教學、微課、慕課等教學理念和形式不斷在實際教學中得到應用。Proteus軟件憑借其強大的電路仿真功能，在高職信息化教學中應用越來越廣泛，成為高職院校計算機仿真教學的利器。

僅在一門課程中簡單應用Proteus軟件進行計算機輔助仿真教學，遠不能發(fā)揮Proteus軟件的最大作用。青島港灣職業(yè)技術學院在港口電氣、機電一體化、電氣自動化、船舶電氣、電子信息專業(yè)中，從專業(yè)課程設置到課程教學改革等方面，針對Proteus軟件進行全面深化應用，涉及的課程主要有C語言程序設計、電工基礎、電路、模擬電子技術、數(shù)字電子技術、高頻電子技術、電機與電氣控制、單片機應用技術、PCB設計技術等。下面就Proteus在青島港灣職業(yè)技術學院電類專業(yè)教學中的應用與實踐情況進行具體的介紹。

1 目前高職電類專業(yè)課程教學中存在的問題

生源質量下降給教學帶來消極影響 近幾年來，高職院校生源質量下降已經(jīng)是高職教育工作者不能回避的問題。高職院校生源質量下降主要表現(xiàn)在學生高中階段文化基礎知識不扎實、學生自主學習能力差，學習積極性和主動性不強，邏輯思維能力不強，沒有養(yǎng)成良好的學習和生活習慣等。面對理論性和實踐性都比較強的電類專業(yè)知識，很多學生存在厭學情緒，缺乏學習的興趣和動力。在電類專業(yè)基礎課和專業(yè)課教學中，普遍存在學生教學反饋，反映教學效果差、課程成績不及格現(xiàn)象較多等問題。

教師的教學方法和教學手段不夠靈活 高職電類專業(yè)課程教師已經(jīng)感受到學生生源質量的變化，但是受傳統(tǒng)觀念、教學條件等因素的影響，有許多教師在教學中仍然采用傳統(tǒng)的教學方法，教學手段也比較單一。大多數(shù)高職院校也已經(jīng)在推行信息化環(huán)境下的教學改革，逐漸開始采用項目導向、任務驅動、多媒體教學、網(wǎng)絡教學等教學模式和手段，教學效果有了一定的改善，但是也存在很多學生只是被動跟隨教師的思路進行學習，缺乏學習的主動性和創(chuàng)新精神。

理實一體教學設施設備不足 國家啟動示范性高等職業(yè)院校建設計劃以來，高職示范院校和骨干院校實踐教學條件得到很大的改善，增加了專業(yè)實訓室的數(shù)量，實訓設備和儀器也得到補充和更新。但是，這些新建的實訓室很多并不是按照理實一體教室的要求建設的，在專業(yè)課程教學中理論和實踐教學不能很好地結合，不能真正實現(xiàn)“教、學、做”一體化，實訓室的性能沒有得到最好的發(fā)揮。

2 Proteus軟件

Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA（Electronic Design Automation，電子設計自動化）工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風標電子技術有限公司），可以實現(xiàn)電子電路的交互式仿真，還可以實現(xiàn)微控制器系統(tǒng)的軟件和硬件交互式仿真，還具有PCB設計功能。同Multisim電路仿真軟件相比，Proteus軟件的電路仿真功能交互性更強，電路運行狀態(tài)更加直觀。正因為Proteus軟件集合了電子電路仿真、單片機系統(tǒng)仿真和PCB設計等功能，使得Proteus軟件在高職電類專業(yè)課程教學中可以得到更加廣泛的應用。

3 Proteus軟件在高職電類專業(yè)課程教學中的總體應用方案

在專業(yè)課程設置上，以港口電氣、機電一體化、電氣自動化、船舶電氣、電子信息專業(yè)為例，第一個學期即開設Proteus應用技術課程。學生首先集中學習Proteus軟件的安裝和基本操作方法，然后配合同時開設的電工基礎、C語言程序設計等課程對電路和C語言等內容進行仿真學習。在后續(xù)學期，不再單獨開設Proteus軟件應用課程，而是將Proteus軟件的應用融合到相應專業(yè)基礎課和專業(yè)課中去，相關課程主要有模擬電子技術、數(shù)字電子技術、高頻電子技術、電機與電氣控制、單片機應用技術、PCB設計技術、ARM嵌入式系統(tǒng)、課程設計、畢業(yè)設計等。

在課堂教學中，具備微機硬件條件的，可以直接在微機上利用Proteus軟件進行輔助教學，學生可以完成教學項目的仿真設計與練習；沒有配備微機的，可以讓學生將個人電腦帶入課堂。根據(jù)筆者在所帶班級中做的調查，每個班級至少有一半的學生擁有筆記本電腦。兩個人一組至少配備一臺電腦，共同對項目仿真方案進行討論、訓練，同樣收到很好的教學效果。

在課外，可以給學生布置課外Proteus仿真設計作業(yè)，促進學生對專業(yè)知識的理解和吸收。同時鼓勵學生根據(jù)課程學習內容自主進行創(chuàng)新設計，根據(jù)學生的完成情況，在平日考核上給予相應的加分，從而調動學生的學習主動性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。還可以組織校內的Proteus仿真設計競賽，利用Proteus軟件進行國家、省、市組織的電子設計大賽培訓，從而為學生提供多種發(fā)展途徑。

4 Proteus軟件在高職電類專業(yè)課程教學中的應用舉例

Proteus軟件在電工基礎課程教學中的應用舉例 電工基礎課程是高職電類專業(yè)重要的專業(yè)基礎課，該課程的理論性很強，再加上是學生入學以來學習的第一門專業(yè)基礎課，長期以來一直存在教師難教、學生難學、教學效果差的問題。在采取理實一體、項目化教學改革的基礎上，利用Proteus軟件進行計算機輔助教學后，該課程的教學效果有了很大的改善。如在講解基爾霍夫電流定律（KCL）時，可以讓學生利用Proteus軟件設計如圖1所示的仿真電路。在該仿真電路中，每條支路均串接了燈泡和電流表，通過燈泡可以直觀地觀察電路的運行狀態(tài)，通過電流表可以直接讀出每條支路的電流大小和方向。學生可以根據(jù)需要，方便地更改兩塊電池的電壓和所有電阻器的阻值，從而查看電路不同的工作狀態(tài)，電路仿真的交互性強。通過該仿真電路的練習，可以幫助學生更加直觀、深入地理解基爾霍夫電流定律，增強教學效果。

圖1 KCL電路舉例

Proteus軟件在模擬電子技術課程教學中的應用舉例模擬電子技術課程也是一門高職電類專業(yè)重要的專業(yè)基礎課，該課程的理論性和實踐性都很強，特別是一些電路的基本概念和基本原理不易理解。如在講解基本放大電路部分內容時，學生對放大電路的靜態(tài)工作點、三極管的放大作用、放大電路的工作原理等內容理解起來難度很大；在相應的實訓環(huán)節(jié)，學生在電路連接、測試等工作中也存在電路調試困難、不知如何進行電路測試等問題。

利用Proteus軟件，可以設計如圖2所示的仿真電路。通過該仿真電路，學生可以在電路連接的過程中熟悉基本放大電路的組成，通過虛擬電壓表、電流表對電路的靜態(tài)工作點進行測量和調整，通過虛擬示波器觀察放大電路的輸入、輸出電壓的波形圖，通過調整電路參數(shù)觀察放大電路的非線性失真現(xiàn)象，從而直觀、深入地理解放大電路的組成和工作原理。

圖2 基本放大電路舉例

另外，在數(shù)字電子技術課程中，可以利用Proteus軟件對集成邏輯門電路、組合邏輯電路和時序邏輯電路等進行仿真運行，也可以進行如交通燈控制電路、數(shù)字電子鐘電路、秒表電路等綜合項目的仿真設計和運行。在高頻電子技術課程中，可以利用Proteus軟件對振幅調制與解調電路、正弦波振蕩電路、混頻電路等進行仿真設計和運行，有效地降低教學投入，解決該課程的教學難點。在電機與電氣控制課程中，可以利用Proteus軟件對直流電機和步進電機控制電路進行仿真設計和運行，使學生更容易理解電機的啟動方法和控制方法。

在單片機應用技術課程中，Proteus軟件相對于其他EDA軟件來說對課程的促進作用更加明顯。應用Proteus軟件后，可以突破課程硬件教學條件的限制。有大量的控制芯片和單片機外圍元器件在現(xiàn)實教學條件中是不具備的，但是在Proteus軟件仿真器件庫中卻可以找到。有了Proteus軟件幫助后，學生學習單片機就像插上了騰飛的翅膀，除了設計仿真簡單的單片機控制電路外，還可以設計仿真自己感興趣的、更加復雜的、綜合的應用項目，有效地促進高職學生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

Proteus軟件在高職電類專業(yè)PCB設計技術、ARM嵌入式系統(tǒng)、畢業(yè)設計等課程中也有著廣泛的應用空間，在節(jié)省教學設備投入、增強教學效果方面成效顯著。

5 結束語

在信息化環(huán)境下，高職院校都在不斷探索新的教學模式、教學方法和教學手段，項目導向、任務驅動、翻轉課堂、混合式教學、教學做一體化、理實一體、云課堂、微課、慕課等詞語不斷沖擊著高職教師的思想。在高職教學改革大潮中，高職教師應保持清醒的頭腦、積極的態(tài)度，要根據(jù)所在學校和所擔任課程的實際，不求趕時髦，只求探索實施切實有效的措施，真正提高教學質量。Proteus軟件應用在高職電類專業(yè)課程教學中，看似只是一個小小的舉措，但是在實際應用中起到事半功倍的效果。在應用好Proteus軟件的基礎上，高職電類專業(yè)課程教師還要進一步探索更有效、更靈活的教學模式，才能真正實現(xiàn)高職高素質技術技能型人才培養(yǎng)的目標?！?/p>

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