基于EWB的電子技術(shù)課程教學(xué)方法的探討分析研究 教育教學(xué)專業(yè)

基于EWB的電子技術(shù)課程教學(xué)方法的探討摘要：隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，“粉筆+黑板”的傳統(tǒng)教學(xué)模式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代教學(xué)的需要，再加上電子技術(shù)課程本身枯燥難懂的特點(diǎn)，迫切需要在課堂中引入行之有效的計算機(jī)仿真技術(shù)來充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，提高教學(xué)質(zhì)量，增加教學(xué)效果。而采用EWB仿真軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，則顯示出其具有傳統(tǒng)教學(xué)所不能比擬的優(yōu)越性。本文對基于EWB的電子技術(shù)課堂教學(xué)方法進(jìn)行了初步探討。關(guān)鍵詞：EWB；電子技術(shù)；教學(xué)方法《電子技術(shù)》課程包括模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)兩部分，是電類專業(yè)（含電氣自動化技術(shù)、數(shù)控維護(hù)、計算機(jī)、應(yīng)用電子技術(shù)等專業(yè)）必修的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程具有概念多、公式多、定量計算多、圖形多、宏觀現(xiàn)象的微觀分析多、分析抽象、教學(xué)內(nèi)容多和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，專業(yè)性強(qiáng)，使教師的教和學(xué)生的學(xué)都存在一定的難度，特別是在實(shí)驗(yàn)條件差、學(xué)生基礎(chǔ)差的學(xué)校更是如此。許多教師深感“粉筆+黑板”傳統(tǒng)教學(xué)模式的艱辛，即使教師想盡辦法，學(xué)生總是感到困惑和不理解，教學(xué)質(zhì)量難以提高。因此，如何根據(jù)課程的特點(diǎn)將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成果應(yīng)用于電子技術(shù)課堂教學(xué)，改進(jìn)、完善、發(fā)展和創(chuàng)新教學(xué)方法，為教師、學(xué)生建立發(fā)揮創(chuàng)造潛力的教與學(xué)的環(huán)境，不斷提高教學(xué)質(zhì)量和效率，是廣大教師一直探索的問題。而把電子工作臺（EWB）仿真軟件引進(jìn)電子技術(shù)課堂教學(xué)，可以看到明顯的效果。一、EWB簡介EWB(ElectronicsWorkbench,電子工作平臺)是加拿大InteractiveImageTechnologies公司推出的一個專門用于電子電路仿真和設(shè)計的EDA（ElectronicsDesignAutoimmunization，電子設(shè)計自動化）工具軟件，是計算機(jī)仿真技術(shù)在電子技術(shù)中的應(yīng)用。EWB軟件提供了上萬種真實(shí)精度的電子元器件模型，標(biāo)準(zhǔn)的電子元器件符號、外形和操作方法與實(shí)際電子儀器十分相似的虛擬儀器（萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、示波器、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯分析儀等）以及靜態(tài)分析、瞬態(tài)分析、噪聲分析和失真分析等十多種對電路進(jìn)行仿真分析的手段，易學(xué)易用。此外,EWB對電路參數(shù)的設(shè)置，數(shù)據(jù)、圖形的分析和處理，結(jié)果的輸出和存儲等都只須鼠標(biāo)點(diǎn)幾下即可完成。它是電子電路課堂教學(xué)的理想平臺。二、基于EWB輔助教學(xué)的優(yōu)越性電子電路是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。長期以來在其課堂教學(xué)中，盡管采用了實(shí)物演示，幻燈、投影、電影、錄象、VCD以及CAI課件等多種教學(xué)方法來加強(qiáng)教學(xué)的直觀性、形象性、生動性，試圖做到理論教學(xué)與實(shí)踐的緊密結(jié)合，提高課堂教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。然而它們都存在這樣那樣的不足。教師只能按預(yù)先課件設(shè)計的程式去教，學(xué)生按固定程式去學(xué)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足交互教學(xué)的需要。然而基于EWB的電子電路課堂教學(xué)，是在EWB虛擬的電子電路環(huán)境（在計算機(jī)上的電子實(shí)驗(yàn)室）中，可方便地設(shè)計電路，并進(jìn)行仿真。通過改變電路參數(shù)，可以觀察不同電路參數(shù)對電路性能的影響，用虛擬儀器可以觀察各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的波形及整個電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，一個方案不成功可刷新重來，反復(fù)多次后選擇出最佳的設(shè)計方案。由于該軟件具有豐富的元件庫和儀器庫，可以充分發(fā)揮每個設(shè)計者的想象力和創(chuàng)造力，大膽進(jìn)行設(shè)計嘗試，不必?fù)?dān)心元器件會損壞，這樣的設(shè)計可以隨心所欲、花樣疊出。若電路設(shè)計有誤，通過仿真，軟件會做出警告或提示，當(dāng)設(shè)計方案正確無誤后，再按此方案搭接實(shí)際電路，使學(xué)生產(chǎn)生親臨真實(shí)電子電路環(huán)境的感受和體驗(yàn)。同時EWB軟件提供了上萬種真實(shí)精度的電子元器件模型和準(zhǔn)確的虛擬儀器，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室中實(shí)驗(yàn)儀器、元件少的不足，避免了實(shí)驗(yàn)儀器、元器件的損壞。由于把電子電路理論教學(xué)放在了虛擬的電子實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，使電子技術(shù)課堂教學(xué)情境化，增強(qiáng)了教學(xué)的直觀性、形象性、生動性和時效性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)了課堂理論教學(xué)與實(shí)踐的緊密結(jié)合，提高了課堂教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。三、EWB在課堂教學(xué)中的應(yīng)用長期以來，《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)是以理論課教學(xué)、課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計等教學(xué)環(huán)節(jié)構(gòu)成。我們在教學(xué)實(shí)踐的過程中，結(jié)合理論教學(xué)的進(jìn)程，利用EWB軟件在計算機(jī)上進(jìn)行基礎(chǔ)驗(yàn)證模擬實(shí)驗(yàn)，作為教學(xué)的補(bǔ)充，使學(xué)生增強(qiáng)對電路的感性認(rèn)識，掌握各種儀器的基本使用、電路參數(shù)的測試方法。實(shí)驗(yàn)可由教師結(jié)合教學(xué)內(nèi)容通過多媒體教學(xué)平臺演示完成，也可由學(xué)生在課外參照有關(guān)習(xí)題完成。通過人機(jī)對話的方式，能使每個人都能親自動手接觸電路,進(jìn)行元件接線,參數(shù)設(shè)定。邊連線，邊測試，邊修改，邊分析，并與理論計算結(jié)果進(jìn)行對照。通過EWB軟件的“componentproperties”(組成部件屬性)可隨時調(diào)整和修改元器件參數(shù),分析各元件參數(shù)對電路的作用與影響。在這樣的實(shí)驗(yàn)中,把實(shí)驗(yàn)與理論有機(jī)地結(jié)合起來，加深了學(xué)生對理論的認(rèn)識。方法與內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)方法如圖１所示，結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容，在理論教學(xué)過程中穿插進(jìn)行。根據(jù)所學(xué)電路的原理圖，用ＥＷＢ模擬連接電路，確定電路中的各元器件參數(shù)，使用EWB虛擬儀器進(jìn)行在線測量。對照電路設(shè)計要求更改相關(guān)元件參數(shù)，觀察所得的變化，最后與理論計算進(jìn)行對照比較。例如在單級放大電路的教學(xué)中，我們可以依據(jù)學(xué)生已有的知識背景（學(xué)生已具備PN結(jié)、放大、晶體三極管導(dǎo)通的外部條件等基本知識，會用EWB，能正確使用數(shù)字電表、示波器、信號發(fā)生器等虛擬儀器等），對單管放大電路進(jìn)行靜態(tài)測量、動態(tài)測量以及元件參數(shù)的改變對放大倍數(shù)的影響的驗(yàn)證，具體如下：(1)單管共射放大電路靜態(tài)值的測量測量不同R時的I、I和U的值并與理論值進(jìn)行比較，根據(jù)實(shí)驗(yàn)電原理圖，用EWB軟件進(jìn)行模擬連線，在基極和集電極串接一電流表，在集電極和發(fā)射極并聯(lián)一電壓表。實(shí)際測試的EWB計算機(jī)模擬界面如圖2所示：圖2靜態(tài)值測量連接圖依次改變R的值將測試結(jié)果和理論計算值填入表1中。表1不同時Q點(diǎn)各值比較參數(shù)名稱300K400K500K600K750K800K900K理論值（цA）3123.2518.615.512.411.62510.33測量值（цA）31.0223.2718.6315.5312.4311.6610.37理論值（mA）4.9254.7663.8133.1782.5422.3832.117測量值（mA）4.9294.5863.7333.1482.5482.3962.140理論值（V）0.150.4682.3743.6444.9165.2345.766測量值（V）0.1430.8272.5343.70484.9045.20845.7198可以看出，測試結(jié)果與理論計算具有很好的一致性。(2)放大電路電壓放大倍數(shù)的測量以R＝750kΩ，輸入信號的頻率為1KHz、幅度為2mV。測量放大器的電壓放大倍數(shù)并與理論值進(jìn)行比較。根據(jù)實(shí)驗(yàn)電原理圖，用EWB軟件進(jìn)行模擬連線后的測量電路及結(jié)果如圖3所示：圖3電壓放大倍數(shù)的測量交流毫伏表測得輸出電壓U，與輸入電壓比較可以算得電壓放大倍數(shù)。Au=300/2=150倍。而電壓放大倍數(shù)的理論值由公式計算可得：R=750kΩ，I=12.4цA，I=2.542mA,r=2.4Ω,Au=170倍，理論計算與模擬實(shí)驗(yàn)具有很好的一致性。通過雙蹤示波器可觀察放大器的輸入與輸出波形，其中紅色線條為輸入波形，黑色線條為輸出波形，二者有一相位差π。圖2電路還可用來考察放大電路參數(shù)的變化對放大倍數(shù)的影響，現(xiàn)討論之。（3）集電極電流變化的影響。在其它參數(shù)不變條件下，通過改變R分別獲得不同的I，測出放大倍數(shù)與集電極電流之間的關(guān)系如表2。從表2中可反映兩點(diǎn)：當(dāng)集電極電流大于某值，即三極管處于飽和時，電路的電壓放大倍數(shù)小于1；當(dāng)管子處于正常放大狀態(tài)時，隨著Ic的減小，電路的電壓放大倍數(shù)隨之減小。表2變化對的影響R（KΩ）8K400K500K600K750K800K900K測量值（mA）4．9874.5863.7333.1482.5482.3962.140(放大倍數(shù))0．96250208183150143129四.結(jié)束語基于EWB的電子技術(shù)課堂教學(xué)不僅實(shí)現(xiàn)了理論教學(xué)與實(shí)踐的緊密結(jié)合，同時可以把許多抽象和難以理解的內(nèi)容變得生動有趣，動態(tài)地演示一些現(xiàn)象,化難為易,使教學(xué)中的難點(diǎn)、重點(diǎn)變得一目了然,便于學(xué)習(xí)者觀察與思維,從而更好地理解和掌握所學(xué)知識，有效地實(shí)現(xiàn)精講，突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，豐富了電子電路課堂教學(xué)方法，拓展了教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度。使學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)由被動變?yōu)橹鲃?，學(xué)習(xí)積極性大大提高。同時用EWB軟件設(shè)計電子電路改變了傳統(tǒng)的基于電路板的設(shè)計方法，從而可以大大縮短設(shè)計時間，節(jié)約開發(fā)費(fèi)用，提高效率。參考文獻(xiàn)：1.鐘文耀、段玉生、何麗靜，EWB電路設(shè)計入門與應(yīng)用，北京清華大學(xué)出版社，2002。2.李克慶、張俊燕，計算機(jī)輔助教學(xué)體系初探[J]，中國冶金教育,20013.路而紅，虛擬電子實(shí)驗(yàn)室，人民郵電出版社。4.周常森，電子電路計算機(jī)仿真技術(shù)，山東科學(xué)技術(shù)出版社。5.于楓等，電子系統(tǒng)仿真分析教程，科學(xué)出版社。DiscussionabouttheTeachingmethodsofelectronictechnologycoursesbasedonEWBAbstract:Withthedevelopmentoftheelectronictechnology,thetraditionaleducationalmodeof”chalk+blackboard”isfarfrommeetingtheneedsofmoderneducation.Inaddition,,thecourseofelectronictechnologyhasthecharacteristicsofbaldnessandabstruseness,soit’seagertoapplythecomputertechniqueofemulating.inclasstoexertthestudents’activeness,toimproveeducionalqualityandgetbetterresultsinteaching.ButadoptingthesimulationsoftwareofEWBtoComputer-AidedInstru