Proteus虚拟仿真在“电工电子技术”理实一体化课程教学中的运用

湖北交通职业技术学院 冯雪姣 刘 杰 陈茂林

近年来，针对学生普遍在电工电子领域成绩不理想，兴趣一般的问题，在《电工电子技术》基础课程上下足了功夫，将传统的理论课改为理实一体化，现在又引入Proteus虚拟仿真还原电路实际模型，这一系列举措，为学生专业知识的学习奠定了基础，教学质量也到了明显提升。

“电工电子技术”是一门非常重要的基础学科，不论是汽车制造技术类专业、机电智能制造类专业，以及航空飞行制造类专业，“电工电子技术”都是其核心专业基础课程。一个学生能不能很好地掌握电工电子技术知识，决定了学生在与之相关专业能走多远。目前大多数高职类院校电工电子理实一体化课程教学普遍采用理论教学加实操，大部分实操主要是通过固定的试验台接线完成，但对于电路模型比较抽象的分析还是无法值观展现，如果能在“电工电子技术”理实一体化教学过程中对Proteus虚拟仿真加以运用，就将给学生的学习带来不一样的学感体验。

1 什么是Proteus虚拟仿真

Proteus虚拟仿真是一种模拟技术，用一个系统模仿另一个真实系统的技术，该软件不仅具有EDA工具软件的仿真，还能够仿真部分复杂电路的外围器件。它可以从电路原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，还能一键切换到PCB设计，可以实现概论到产品的完整设计，是目前唯一能将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟仿真软件三合一的设计平台。其极强大的功能能够帮助电气类初学者打通认知需求，也可以为有创造能力的同学们提供一个良好的软件平台，帮助他们更进一步完成他们的需求。则将Proteus虚拟仿真引入我们的《电工电子技术》课程教学十分有必要，它可以让学生能够较清晰的认清电路间各个电路元器件的关系以及电流电压分配关系等，让学生通过自主学习和创新，模拟和弄懂多种电路模型。

2 “电工电子技术”理实一体化教学的现状

电工电子技术的基本知识包含很多知识点，主要有直流电路、正弦交流电路、二极管电路、三极管电路、直流稳压电源、门电路和组合逻辑电路等。该课程作为专业基础课主要目的是培养学生掌握电路的分析方法，使学生能够利用所学知识解决实际问题，最终将知识升华到可以自主设计电路进行创新实践。但是，在理实一体化教学过程中却碰到了很多问题。

2.1 课程偏理论，学生被动学习

该课程在进行理实一体化教学之前，传统教学方式都是用PPT“填鸭式”教学。因为电工电子课程中很多的定律、法则和公式，伴随着大量的计算分析，过程中的电流、电压等参数变量又看不见摸不着，整个学习偏理论，导致学生学习兴趣低，主动学习积极性差，课堂上又缺乏独立思考，导致创新能力无法提升。

2.2 理实一体化教学设备不足

由于电工电子为专业基础课，现有的大部分电工电子实训室都需要满足全校该实训课程需求，在教学安排上困难重重。特别是理实一体化会挤占大量设备仪器，这严重制约了电工电子技术的课堂转型。

2.3 实验验证难度大

根据理论知识讲解情况，安排学生进行实验课程，学生在特定的试验台，按照老师要求结合电路图进行接线，完成相关电压、电流、电阻、功率等参数的测定。因实验设备使用学生过多且不规范导致很多接线口损坏或接触不良，这样数据结果不准确，导致验证实验效果差。

3 Proteus在“电工电子技术”理实一体化教学中运用的优势

在“电工电子技术”中引入Proteus进行仿真，将进一步增加学生课堂的趣味性，增强学生的感性认识，能解决之前碰到的一系列问题。

（1）解决课程偏理论，学生被动学习的问题

Proteus仿真软件是一款较为完整的嵌入式系统设计仿真平台，能够实现基础电路、数字电路和模拟电路的设计与实时仿真。书本中例题都可以采用模拟仿真的方式在电脑上再现，根据书本答案与仿真结果进行对比，从而加深理论学习的记忆，变填鸭式学习为主动验证型学习。

（2）解决一体化教学设备不足的问题

由于人均设备比不足，学生进行理实一体化课程时，不可避免地有人动手、有人旁观。如果让学生自带笔记本安装Proteus进行仿真，也就变相增加了操作台，可以分流部分学生进行模拟仿真操作，然后再彼此交换，完美解决设备不足的问题。

（3）解决实验验证难度大的问题

目前大部分学生的理论研究是弱项，但只要利用好了工具，就能很好地解决这一问题。利用Proteus虚拟仿真验证实验数据和电路模型分析，帮助学生对比实验数据和结果比对，加强理论知识的验证和自主创新设计能力的培养，为后续课程学习的学习奠定基础。

4 Proteus虚拟仿真在“电工电子技术”理实一体化课程教学中运用的案例分析

Proteus仿真软件操作简单，对初学者特别适用，可以在没有硬件支持的基础上进行电路的设计和开发。Proteus在“电工电子技术”的有效应用，使得学生高效掌握所学知识，提高学习效率，促进理实一体化课程学习和教学改革，增强学生的自主学习兴趣和创新能力。

在学习过程中，学生可灵活采用Proteus所提供的元器件仿真模型自主设计电路，同时进行仿真调试，并及时看到运行结果。这样的教学方法让学生既能及时了解和分析电路结构，又能锻炼学生发现和解决问题的能力。

（1）下面对直流电路分析过程中的叠加原理为例，做出了仿真图如图1所示。分析线性电路叠加定理中各个支路中电流或电压的分配情况。

（2）下面对数字电路中的组合逻辑电路的分析与设计为例，用与非门设计一个常用的三人表决器：

①根据输入输出分析，画出逻辑电路图如图2所示；根据逻辑电路图，绘制出电路原理图如图3所示。

②根据实际电路图，利用Proteus虚拟仿真画出事物接线图，如图4所示，通过演示实现三人表决器的功能。

以上实例清晰的通过理论讲解到实物接线，最后再运用Proteus虚拟仿真还原真实的三人表决器这样的真实功能，如果有兴趣的同学甚至可以根据实物接线图焊接出一个完整的实物装置，这样的教学过程不仅能调动学生主动学习的兴趣，更能够激发他们自主创作的创新能力。

图2 逻辑电路图

图1 叠加定理的仿真实物接线图

图3 电路原理图

（3）模拟电路中三极管的放大状态的虚拟仿真，选NPN性三极管实验如图5所示，虚拟仿真结果可以清晰看出IB=0.02mA，IC=0.16mA，IE=0.18mA，验证三极管具有电路放大作用：IB+IC=IE，不仅复习了电路接线还将验证了实验结果。

采用Proteus虚拟仿真搭建电路模型后，杜绝了元器件间连线的接触不良及元件损坏的干扰，成功率大幅提高。并且Proteus虚拟仿真清晰直观，测量和调试、过程和结果都十分统一，有助于学生的理解和接受，增强了学习的信心，将学生曾经的难点转换成为兴趣的点。在教学中引入Proteus虚拟仿真，不仅可以拓展开放性的教学，还可以在原来学习的基础上，提升学生自主学习和创新设计能力。

5 Proteus在“电工电子技术”理实一体化教学中运用的效果分析

5.1 学生课堂情况

没有应用Proteus前，学生普遍反映定律都枯燥乏味，计算过程难度大，引入Proteus进行仿真教学后，学生更易接受理论知识学习，它将抽象的学习内容形象化，通过虚拟软件真实的动态演示，激发了学生的学习兴趣和积极性，使教学质量提高明显。学生的独立操作能力、学习的主动性和创造力都得到了充分发挥。

5.2 学生成绩情况

以往“电工电子技术”考核为理论占较大比重，且实操课程一般滞后与理论课程，很多学生还未学习到后面的知识就放弃学习，卷面成绩十分不理想。但引入Proteus虚拟仿真后，将课程分为实操、理论和仿真实操三部组成，比例一致，理论知识不理解的可以即时通过仿真消化理解，再结合实操接线真正掌握所学知识，通过这样的考核学生最终成绩都有大幅提升，大部分学生对电工电子技术这门课程兴趣更浓，十分期待电工电子技术相关的后续课程的开发和学习。

图4 Proteus实物仿真接线图

图5 三极管放大电路仿真

结语：事实证明，学生对课程的学习效果与教师采取的教学方法有很大关系。笔者发现，在教学方式改变后，学生的学习情况明显好了很多，整个课堂氛围也活跃了，不再死气沉沉，教师在课堂的幸福指数也上升了不少。Proteus确实是一个非常不错的学习工具，下一步，笔者正在考虑，如何利用学生学习的热情，组建社团，进一步提高学生在“电工电子技术”基础学科上的整体水平。