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關(guān)鍵詞:數(shù)字電路;交通燈控制器;電路仿真
前言:數(shù)字電路早在上世紀(jì)中后期就已經(jīng)形成,其主要由組合邏輯電路以及時(shí)序邏輯電路所組成。就當(dāng)前的實(shí)際情況來看,交通燈控制器的顯示設(shè)計(jì)均采用單片機(jī)的原理,為了能夠?qū)で笠环N更加簡便的方法,設(shè)計(jì)者利用數(shù)字集成電路來完成交通燈控制器,并以此來實(shí)現(xiàn)十字路通信號(hào)燈的控制。通過一系列的仿真與修改,能夠得知,和傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相比,利用數(shù)字電路的技術(shù),具有靈活性強(qiáng)、效率高以及成本低等特點(diǎn)。
1 交通燈控制器的設(shè)計(jì)要求
本次設(shè)計(jì)的交通燈控制器所工作的條件是由甲、乙兩個(gè)交叉路口所構(gòu)成,通過對(duì)交通燈控制器的設(shè)計(jì),要求其控制的任務(wù)是:在甲路口綠燈亮的同時(shí),要求乙路口紅燈亮,這樣的狀態(tài)保持3s。在3s之后,甲路口綠燈停,黃燈亮,保持1s,1s之后甲路口的黃燈以及乙路口的紅燈同時(shí)停止,甲路口紅燈亮,乙路口綠燈亮,保持3s。3s之后乙路口的綠燈停,黃燈亮,保持1s,1s之后乙路口的黃燈滅,亮起紅燈,同時(shí)甲路口綠燈亮起,并以此循環(huán)。
而這時(shí)的交通燈控制系統(tǒng)被分為控制器和受控電路兩個(gè)部分,根據(jù)對(duì)交通燈控制器的具體設(shè)計(jì)要求,本次研究中需要設(shè)計(jì)出一個(gè)循環(huán)控制系統(tǒng),并觀察其控制的狀態(tài)。在下文中,將重點(diǎn)介紹設(shè)計(jì)的具體方案。
2 交通燈控制器的具體設(shè)計(jì)方案
2.1主控制器的設(shè)計(jì)
根據(jù)實(shí)際情況來看,在十字路口,車輛通行主要有兩種情況:一種是在交通事故條件下要求車輛禁行。在這種情況下,十字路口的兩端均不通行,這是交通燈需要紅燈亮,倒計(jì)時(shí)功能停止,并保持閃爍的狀態(tài);另一種就是無特殊情況的通行,主要包含四種情況:第一,最開始的時(shí)候,東西道路為通行狀態(tài),綠燈亮,南北道路為禁行狀態(tài),紅燈亮;第二,十字路口的道路全部禁行東西道路黃燈亮,南北道路紅燈閃爍;第三,東西道路禁行,紅燈亮,南北道路通行,綠燈亮;最后,十字路口全部禁行,南北道路黃燈亮,且東西道路紅燈閃爍。根據(jù)這種情況,主控制器要實(shí)現(xiàn)4種狀態(tài),并分別定義為S0、S1、S2、S3。要想實(shí)現(xiàn)這4種電路,可以應(yīng)用到數(shù)字電路技術(shù)[1]。設(shè)計(jì)如下圖所示:
在這個(gè)設(shè)計(jì)圖當(dāng)中,我們利用的是兩塊74LS192芯片,K0表示清零,由位置1切換到2,K1和K2是交通道路特殊狀態(tài)的控制鍵,如果有特殊狀態(tài)按K1,特殊狀態(tài)處理后,再按K2,表示恢復(fù)了正常的通車控制。A、B、C三種信號(hào)均用于對(duì)信號(hào)燈的控制,同時(shí)C還兼做停止計(jì)時(shí)時(shí)的閃爍效果控制。
2.2狀態(tài)譯碼器的設(shè)計(jì)
上文中提到,主控制器在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生四種狀態(tài),而狀態(tài)譯碼器則要求分別控制十字路口上紅、綠、黃燈的狀態(tài),而這3種燈的狀態(tài)和主控制器的輸出可以用R1來表示。與此同時(shí),利用信號(hào)真值表能夠設(shè)計(jì)出交通燈控制器狀態(tài)譯碼器的電路。
在本次設(shè)計(jì)中的數(shù)字電路技術(shù),共分為8個(gè)雙向3態(tài)緩沖電路,在其輸入和輸出均為高阻態(tài)的狀態(tài)。高阻態(tài)就是指在應(yīng)用過程中相當(dāng)于沒有這個(gè)數(shù)字芯片。在本次研究的電路中,主要是實(shí)現(xiàn)紅燈的閃爍,無論是在十字路口的主干道和支干道,都能夠利用這個(gè)狀態(tài)譯碼器來進(jìn)行控制[2]。
2.3倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)
在這次的研究中,交通燈控制器的倒計(jì)時(shí)電路主要是利用數(shù)字芯片74LS192來進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)如下圖所示:
在倒計(jì)時(shí)電路的脈沖信號(hào)和交通道路特殊情況控制信號(hào)C經(jīng)過與非門U5:A后,被送入到個(gè)位片U2的DN端口,而十位片則被連接到另外的Q3端口當(dāng)中。通過預(yù)置數(shù)的方式來實(shí)現(xiàn)任意進(jìn)制下倒計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì),并且十位和個(gè)位片U1和U2的預(yù)置數(shù)據(jù)要按照下表來進(jìn)行設(shè)計(jì):
通過上表能夠得知所預(yù)置的具體數(shù)值,由于U1和U2的預(yù)置時(shí)間是倒計(jì)時(shí)電路到0s時(shí)根據(jù)U1和U2的TCD信號(hào)經(jīng)過或門U6:A之后才形成的,考慮到數(shù)字芯片的延遲特點(diǎn),因此選擇03s時(shí)就對(duì)主控制器當(dāng)中的U11產(chǎn)生出驅(qū)動(dòng)脈沖,以此來實(shí)現(xiàn)U1和U2的預(yù)置數(shù)據(jù)最終能順利送達(dá)。
3 交通燈控制器的仿真結(jié)果
在本次研究設(shè)計(jì)完成之后,需要利用到Proteus的軟件來進(jìn)行仿真檢測(cè),這個(gè)軟件是英國一家公司專門的EDA的工具軟件。本次設(shè)計(jì)當(dāng)中的所有數(shù)字集成芯片都可以在這個(gè)軟件的元件庫里找到[3]。在仿真檢測(cè)中,設(shè)計(jì)人員畫好仿真電路并修訂出元件的具體參數(shù)就能夠?qū)崿F(xiàn)仿真。通過仿真,數(shù)字電路對(duì)于交通的燈的基本控制功能就能實(shí)現(xiàn),同時(shí)還具有倒計(jì)時(shí)及時(shí)間設(shè)置功能,能夠被廣泛運(yùn)用。
結(jié)論:本次研究設(shè)計(jì)是通過將數(shù)字電路的分析設(shè)計(jì)和電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化相互結(jié)合,能夠完成交通燈控制器中各個(gè)單元電路以及整體信號(hào)電路的設(shè)計(jì)。為了能夠進(jìn)一步驗(yàn)證該設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性,本次研究還通過Proteus軟件來進(jìn)行仿真觀察,通過仿真檢測(cè),可以看出仿真的結(jié)果符合設(shè)計(jì)的具體要求,并達(dá)到了所預(yù)期的目的。本次設(shè)計(jì)的交通燈控制器是在數(shù)字電路的基礎(chǔ)上完成的,相比于傳統(tǒng)的單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈控制器,這種設(shè)計(jì)方法更加簡單便捷,不需要再次進(jìn)行軟件的編程和調(diào)試,并且成本低廉,適合在實(shí)際應(yīng)用中廣泛推廣。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞 Proteus仿真軟件;電工技術(shù);中職
中圖分類號(hào):G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
文章編號(hào):1671-489X(2017)01-0032-02
1 引言
電工技術(shù)基礎(chǔ)課程是中職院校中電氣、機(jī)電類專業(yè)尤為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程,該課程可為后續(xù)深入學(xué)習(xí)電子技術(shù)等課程打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。由于電工技術(shù)基礎(chǔ)課程具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性,但中職學(xué)生通常素質(zhì)較差,因此,該課程教學(xué)效果欠佳,不僅教師教得費(fèi)勁,學(xué)生也不能良好地吸收知識(shí),嚴(yán)重影響了后續(xù)課程的學(xué)習(xí)效果。中職院校教師需深入探究該課程,以提高教學(xué)質(zhì)量[1]。為了使學(xué)生能更好地掌握電工技術(shù)基礎(chǔ)課程的知識(shí),增強(qiáng)教學(xué)效果,本文主要探討Proteus仿真軟件的課堂教學(xué)效果,以促使學(xué)生能更直觀地進(jìn)行仿真訓(xùn)練,從而有效理解難懂的理論教學(xué),并融會(huì)貫通,以增強(qiáng)電工技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)效果。
2 中職院校學(xué)生、就業(yè)現(xiàn)狀分析
學(xué)生現(xiàn)狀 電工技術(shù)基礎(chǔ)課程涉及的知識(shí)面較廣且難度較高,教學(xué)內(nèi)容通常抽象、難懂,要求學(xué)生具有較高的邏輯思維以及抽象思維能力,因此,學(xué)生學(xué)習(xí)該課程較為困難,不易掌握,如何讓中職學(xué)生更輕松地理解這門課程就成為現(xiàn)在教學(xué)的難題。傳統(tǒng)的教學(xué)方法通常是以“教師主講,學(xué)生聽”的方式進(jìn)行,讓學(xué)生被動(dòng)接受晦澀難懂的知識(shí),學(xué)生在不能理解該課程時(shí),僅學(xué)習(xí)皮毛,如定義、名稱之類,不能將該課程在實(shí)踐中運(yùn)用自如。
就業(yè)現(xiàn)狀 由于社會(huì)快速向信息化、科技化發(fā)展,因此大量需求各方面的高技能人才,這要求學(xué)生不僅具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ),還需具備較強(qiáng)的創(chuàng)新、動(dòng)手能力。電工技術(shù)基礎(chǔ)同樣是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程,學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時(shí),不僅可以提高動(dòng)手能力,也能培養(yǎng)創(chuàng)新能力,是一門尤為重要的基礎(chǔ)課程。
3 Proteus仿真軟件在中職電工技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值
目前常用的電路仿真軟件較多,如早期的EWB系列、Multisim系列以及Proteus系列等。EWB系列具有占用系統(tǒng)資源較小、簡單方便的優(yōu)點(diǎn),在此基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)后就是Multisim系列。EWB系列、Multisim系列在目前的電路、電工技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用較廣,但也存在一些缺點(diǎn),如仿真功能弱、互動(dòng)性差等。Proteus系列在教學(xué)中通常用以實(shí)現(xiàn)微控制器系統(tǒng)軟件及硬件仿真,雖然功能更強(qiáng)大,但初學(xué)者較難上手,不過在初學(xué)者加強(qiáng)對(duì)Proteus的練習(xí)后,自然可以得到解決。
Proteus系列具有實(shí)現(xiàn)電子電路交互式仿真的巨大優(yōu)點(diǎn),且交互性更強(qiáng),電路的運(yùn)行也可更直觀、形象地展示于學(xué)生面前[2]。在教學(xué)時(shí),教師可帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入Proteus實(shí)驗(yàn)室,每位學(xué)生平均分配一臺(tái)電腦。教師可在課堂上對(duì)學(xué)生使用Proteus仿真軟件的連接、調(diào)試等進(jìn)行指導(dǎo),并激發(fā)學(xué)生利用該軟件學(xué)習(xí)電工技術(shù)基礎(chǔ)課程的興趣,加深對(duì)課程的理解。
4 Proteus仿真軟件概述
Proteus仿真軟件是一個(gè)將實(shí)物仿真與電路分析相結(jié)合的平臺(tái),具有強(qiáng)大的仿真、分析功能,將多種功能集于一身。該軟件具有較多的性能特點(diǎn),主要有:
1)具備>27 000個(gè)仿真元器件;
2)不僅具備多樣激勵(lì)源,還支持信號(hào)以文件形式輸入其中;
3)具備多種虛擬儀器,且軟件的面板操作更加逼真;
4)具備更加生動(dòng)的仿真顯示;
5)具備高級(jí)圖形仿真功能;
6)具備單片機(jī)協(xié)同仿真功能。
5 Proteus仿真軟件在中職電工技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用
在對(duì)學(xué)生進(jìn)行電工技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)過程中會(huì)用到較多基礎(chǔ)元器件知識(shí),如電阻器、電容器、電感器等,也會(huì)用到較多基礎(chǔ)理論知識(shí),如直流電路、單相交流電路、三相交流電路等。僅靠教師進(jìn)行枯燥乏味的講解,學(xué)生很難對(duì)這些知識(shí)進(jìn)行深刻理解,但通過使用Proteus仿真軟件則可較好地解決這些問題[3]。下面將舉部分實(shí)例來說明在中職電工技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中應(yīng)用Proteus仿真軟件的情況。
在基爾霍夫定律教學(xué)中的應(yīng)用 上課時(shí)先指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)Proteus仿真軟件的基本操作,然后讓學(xué)生根據(jù)教材上的電路圖開始操作:將基爾霍夫定律的驗(yàn)證電路繪制于Proteus仿真軟件的原理圖編輯窗口上,并顯示出各支路中的電流值,通過在Proteus仿真軟件電路圖中三個(gè)支路上的電流,使每個(gè)元器件上的電壓能一目了然地呈現(xiàn)于學(xué)生面前,再指導(dǎo)學(xué)生對(duì)電路圖進(jìn)行分析。
首先計(jì)算電流,可根據(jù)電流流入為正、流出為負(fù)來計(jì)算,也可以電流流入為負(fù)、流出為正計(jì)算,得出電流的代數(shù)和為0;然后對(duì)右回路各元器件的電壓代數(shù)進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果顯示其和依然為0。因此,通過運(yùn)用Proteus仿真軟件可得出結(jié)論:流入流出一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流代數(shù)和在任意時(shí)刻均等于0,將回路內(nèi)各段電壓閉合的代數(shù)和也恒等于0。
為鞏固該結(jié)果的可信度,可讓學(xué)生再次使用Proteus仿真軟件對(duì)電阻、電壓源的數(shù)值進(jìn)行改變,并再次觀察,得出同樣的結(jié)果。當(dāng)學(xué)生基本理解定理后,可在電路圖上人為設(shè)置障礙,如阻值增大、短路、開路等,并讓學(xué)生采用Proteus仿真軟件對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算,自行找出故障原因,以對(duì)該課程進(jìn)一步理解。
電容的充放電及電感的電磁效應(yīng)電路仿真
1)電容的充放電電路仿真。與課本上的電容充放電仿真電路圖像對(duì)照,運(yùn)行Proteus仿真軟件,閉合課本圖中的SW2,保持?jǐn)嚅_SW1,可看到正在對(duì)電容充電的電池,AM1上出現(xiàn)逐漸減小的電流讀數(shù),而VM1上則出現(xiàn)逐漸增大的電壓讀數(shù),同時(shí)可于C1上查看到正負(fù)端電荷累積。將SW2斷開,并閉合SW1,可觀察到電容的放電情況,發(fā)現(xiàn)AM2上流過的電流以及被點(diǎn)亮的燈泡,且AM2的x數(shù)在逐步減小,燈泡也逐漸變暗,直至放完電荷,燈泡完全熄滅。通過在Proteus仿真軟件中觀察這一充放電過程,可更靈活、深刻地理解該知識(shí)點(diǎn)。
2)電感的電磁效應(yīng)電路仿真。與課本上的電感的電磁效應(yīng)仿真電路圖相對(duì)應(yīng),并運(yùn)行Proteus仿真軟件,可發(fā)現(xiàn)電流變的讀數(shù)快速增加,增加至某一值后點(diǎn)亮燈泡,同時(shí)電流表的讀數(shù)繼續(xù)增加。隨后讀數(shù)的增加幅度逐漸變緩,直至穩(wěn)定下來,燈泡則被持續(xù)點(diǎn)亮。如電感值為1000 H時(shí),則可長時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定值,且穩(wěn)定值與燈泡的電池內(nèi)阻、電阻均存在一定關(guān)聯(lián)。Proteus仿真軟件可幫助學(xué)生更好地理解電感器的特性。
作業(yè)鞏固 當(dāng)學(xué)生對(duì)課堂上所學(xué)的電工技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)有初步理解后,則可給予他們作業(yè)習(xí)題對(duì)其基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行鞏固。但既往學(xué)生完成習(xí)題后,不能自行檢查對(duì)錯(cuò),僅能在交給教師后由教師來檢查。有Proteus仿真軟件后,學(xué)生可將題目在Proteus仿真軟件中進(jìn)行檢測(cè),自行檢查,這種方法比讓教師來檢查更能鞏固知識(shí),并進(jìn)一步提高動(dòng)手能力。
教學(xué)效果評(píng)價(jià) 教師可在學(xué)生進(jìn)行仿真操作時(shí)觀察其熟練度以及對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解度,根據(jù)學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)進(jìn)行量化評(píng)分。同時(shí),教師可根據(jù)學(xué)生對(duì)Proteus仿真軟件的\用熟練程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。Proteus仿真軟件使抽象的概念、理論知識(shí)變得形象、具體,學(xué)生也更易接受,理解難點(diǎn)。當(dāng)學(xué)生能夠順利理解難點(diǎn)后,會(huì)更愿意去主動(dòng)學(xué)習(xí),把學(xué)習(xí)過程當(dāng)作有趣的游戲,從而顯著提高教學(xué)質(zhì)量。另外,學(xué)生通過Proteus仿真軟件獲得更加扎實(shí)的理論基礎(chǔ)與動(dòng)手能力,也進(jìn)一步提高了自身創(chuàng)新能力,成長為符合社會(huì)發(fā)展需求的技術(shù)型人才。
6 結(jié)語
Proteus仿真軟件能對(duì)電工技術(shù)基礎(chǔ)的理論環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真,將難以理解的知識(shí)通過實(shí)踐變得更易吸收,同時(shí)也縮短了從理論到實(shí)踐的過程,有效提高了教學(xué)質(zhì)量以及學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生能從學(xué)習(xí)實(shí)踐中體驗(yàn)到學(xué)習(xí)的樂趣,增強(qiáng)學(xué)習(xí)自信心。另外,在電工技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中應(yīng)用Proteus仿真軟件時(shí)需注意以下幾點(diǎn)。
1)教師需在進(jìn)行演示教學(xué)前就畫好相關(guān)電路,并進(jìn)行完整演示,使學(xué)生在課堂中能看到教師熟練講解、操作,并以教師為榜樣進(jìn)行實(shí)踐操作,避免讓學(xué)生看到不完美的操作效果,打擊其學(xué)習(xí)積極性。
2)在Proteus仿真軟件的電路仿真實(shí)驗(yàn)中,需注意指導(dǎo)學(xué)生首先學(xué)會(huì)如何在軟件中快速查找實(shí)驗(yàn)電路圖所需元器件,以加快學(xué)生繪制實(shí)驗(yàn)電路圖的速度,節(jié)省學(xué)習(xí)時(shí)間,并快速連接虛擬儀器,進(jìn)入仿真實(shí)驗(yàn),體會(huì)由仿真實(shí)驗(yàn)帶給學(xué)生的成就感、自信心,從而進(jìn)一步激發(fā)學(xué)習(xí)積極性。
綜上所述,在中職電工技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中應(yīng)用Proteus仿真軟件,具有較大的教學(xué)意義,其教學(xué)效果較傳統(tǒng)教學(xué)方法更好,并能克服傳統(tǒng)教學(xué)帶來的課堂枯燥無味、難于理解的弊端,讓學(xué)生親自實(shí)踐,激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣,開拓思路,提高學(xué)習(xí)分析能力及動(dòng)手能力。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】模擬電子技術(shù);Proteus; 靜態(tài)工作點(diǎn);交越失真
1、引言
模擬電子技術(shù)課程是電子、通信、電氣相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,該課程與實(shí)踐結(jié)合緊密,是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐創(chuàng)新教育的一門重要課程,在教學(xué)中,學(xué)生普遍反映模擬電子技術(shù)這門課程難度大,掌握困難,學(xué)習(xí)起來很吃力。究其原因有多方面的,其中一下幾點(diǎn)尤為主要:第一,該課程涉及面廣、概念多,模型多,內(nèi)容雜、課程中無清晰的脈絡(luò)主線,學(xué)生學(xué)習(xí)過程中很難從系統(tǒng)的思想把握每個(gè)單元知識(shí);第二,該課程理論與工程實(shí)踐聯(lián)系緊密,有很多工程近似計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)性內(nèi)容,如二極管模型,理想模型、恒壓降模型、折現(xiàn)模型,三極管小信號(hào)模型等,這些近似對(duì)與初學(xué)者來說很難把握在什么情況下使用何種模型,往往還容易用錯(cuò)模型;第三,課程理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)少,如果學(xué)生的理論知識(shí)不夠扎實(shí),勢(shì)必會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)效果,實(shí)驗(yàn)做不好也會(huì)影響理論掌握;第四,模擬電子技術(shù)研究的是具體分立原件,是集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu),理論復(fù)雜,現(xiàn)在教材內(nèi)容刪減多,很多問題沒有交代清楚,內(nèi)容銜接不連貫,僅僅拿來結(jié)論直接應(yīng)用,學(xué)生難以融會(huì)貫通;第五,模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)調(diào)試?yán)щy,針對(duì)學(xué)生人數(shù)多,指導(dǎo)老師很難照顧到每一個(gè)學(xué)生,實(shí)驗(yàn)多是非線性,前后級(jí)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)等特點(diǎn),學(xué)生很難在短時(shí)間內(nèi)掌握,從而使實(shí)驗(yàn)效果不理想。
2、Proteus相關(guān)設(shè)計(jì)實(shí)例
本文從EDA輔助教學(xué)出發(fā),討論如何利用EDA技術(shù)提高模擬電子技術(shù)課堂教學(xué)的效果。通過Proteus軟件構(gòu)建一些形象、直觀的電子電路,演示仿真實(shí)例,“虛實(shí)”結(jié)合,讓學(xué)生在有限的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi),對(duì)理論知識(shí)建立一個(gè)直觀、初步的印象,看到有關(guān)知識(shí)點(diǎn)的仿真,這樣能使得學(xué)生在很短的時(shí)間內(nèi)掌握理論知識(shí),同事激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情,實(shí)踐動(dòng)手能力等。
2.1射極跟隨器的演示
三極管放大電路有三種基本組態(tài)方式,即共發(fā)射極、共集電極、共基極。這里以共集電極即射極跟隨器為例,經(jīng)過學(xué)習(xí)知道,射極跟隨器的發(fā)射極輸出電壓與輸入電壓相位相同,電壓大小基本等于輸入電壓,略小于輸入電壓。故而稱為跟隨器。在Proteus中建立輸入文件,設(shè)計(jì)電路,選取器件,連接電路。運(yùn)行仿真即可看到相應(yīng)波形如圖1。通過波形可以很直觀的理解電壓跟隨器,激發(fā)學(xué)生探索建立共射極,和共基極的電路模型并進(jìn)行仿真分析,從而更好的理解放大電路三種基本組態(tài)方式。
2.2運(yùn)算放大器演示
集成運(yùn)算放大器是模擬集成電路中應(yīng)用極為廣泛的一種器件,它不僅可以用于信號(hào)的運(yùn)算、處理、變換、還可以用于開關(guān)電路中。運(yùn)算放大器作為基本的電子器件,很容易用來設(shè)計(jì)各種應(yīng)用電路。因此對(duì)運(yùn)放的掌握尤為重要。這里以反向放大電路為例,建立仿真文件,觀察輸出波形如圖2。通過輸出波形可以很直觀看出,經(jīng)過運(yùn)放LM324使輸入波形反向得到放大,激發(fā)學(xué)生探索建立同向運(yùn)算放大電路,積分、微分運(yùn)算放大路電路模型并進(jìn)行仿真分析,從而更好的各種類型的運(yùn)放電路。
遼寧建筑職業(yè)學(xué)院遼寧遼陽111000
摘要院近年來,虛擬仿真技術(shù)在高職實(shí)踐教學(xué)中發(fā)揮著非常重要的作用。隨著虛擬仿真技術(shù)的迅速發(fā)展,高職實(shí)踐教學(xué)正向著校內(nèi)虛擬仿真實(shí)踐和校外頂崗實(shí)習(xí)相結(jié)合的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變,必將通過推動(dòng)高職實(shí)踐教學(xué)的改革發(fā)展來促進(jìn)職業(yè)教育的發(fā)展。本文介紹了高職實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的原則及應(yīng)注意問題。
關(guān)鍵詞 院虛擬仿真技術(shù);高職實(shí)踐教學(xué);原則;問題
高職院校的實(shí)踐教學(xué)是實(shí)現(xiàn)其培養(yǎng)目標(biāo)的重要途徑,對(duì)提高畢業(yè)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力非常重要,也反應(yīng)出院校的辦學(xué)特色。近幾年,全國高職院校正在進(jìn)行著一場(chǎng)如火如荼的實(shí)踐教學(xué)改革,虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展又推動(dòng)了將仿真技術(shù)應(yīng)用到高職實(shí)踐教學(xué)的發(fā)展進(jìn)程。但是其發(fā)展的速度不是很快,由于虛擬仿真軟件的有效性及先進(jìn)程度嚴(yán)重制約著其發(fā)展的速度。怎樣才能將虛擬仿真技術(shù)科學(xué)地、有效地應(yīng)用到高職實(shí)踐教學(xué)中去,充分發(fā)揮并優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)在高職人才培養(yǎng)工作中的重要作用,全面提升高職畢業(yè)生的職業(yè)能力、就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力及創(chuàng)新能力是擺在所有高職院校面前的新挑戰(zhàn)。
1 實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的原則
虛擬仿真技術(shù)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬出逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景,使用者通過應(yīng)用設(shè)備與虛擬環(huán)境進(jìn)行相互作用及影響來體驗(yàn)到一種身臨其境的感覺。虛擬仿真技術(shù)能使人不受時(shí)間和空間的限制去接觸非現(xiàn)實(shí)的環(huán)境,這樣在不受條件和環(huán)境的限制下去探索和發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象的本質(zhì)。虛擬仿真技術(shù)給高職實(shí)踐教學(xué)的改革提供了更廣闊的空間,將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到高職實(shí)踐教學(xué)中還要注意以下幾個(gè)方面。
1.1 高職實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)是提高學(xué)生的崗位職業(yè)能力,這就要求學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)的過程中要深入到實(shí)際崗位,在一線進(jìn)行實(shí)踐操作學(xué)習(xí)。從而,實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的第一步就是要認(rèn)真分析和調(diào)查學(xué)生的實(shí)踐崗位的職業(yè)特點(diǎn)和要求,以實(shí)際工作過程和真實(shí)的工作任務(wù)為基礎(chǔ)去設(shè)計(jì)和整合實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及任務(wù),做到充分利用虛擬仿真技術(shù)去構(gòu)造不受時(shí)間及空間限制的符合教學(xué)目標(biāo)要求的立體化實(shí)踐教學(xué)環(huán)境,實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)職業(yè)場(chǎng)景的模擬再現(xiàn),使學(xué)生在具體的場(chǎng)景中完成學(xué)習(xí)任務(wù),做到傳授、學(xué)習(xí)、操作融為一體,能夠在不同的場(chǎng)景中學(xué)習(xí)自如,做到職業(yè)性與場(chǎng)景性相結(jié)合。
1.2 當(dāng)今隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步,高職院校越來越重視培養(yǎng)畢業(yè)生的職業(yè)崗位技能,高職院校不斷進(jìn)行教育教學(xué)方面的改革,更加注重提升畢業(yè)生的就業(yè)能力和適應(yīng)整個(gè)職業(yè)生涯發(fā)展的要求。所以,高職院校設(shè)計(jì)的實(shí)踐教學(xué)任務(wù)就要和企業(yè)生產(chǎn)一線的實(shí)際工作和學(xué)生參加工作后的實(shí)際崗位相適應(yīng),培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)崗位能力。在設(shè)計(jì)虛擬仿真的實(shí)踐教學(xué)體系的過程里,要挑選具有代表性的,技術(shù)先進(jìn)的設(shè)備及工藝技術(shù)等,應(yīng)該注重體現(xiàn)與情境相關(guān)的基于工作過程的知識(shí)與技能的學(xué)習(xí),使學(xué)生在完成一個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)之后能夠?qū)ν暾墓ぷ髁鞒?、操作模式和崗位具體情況得以學(xué)習(xí)和掌握,從而能夠與相關(guān)的職業(yè)實(shí)踐活動(dòng)聯(lián)系起來,掌握完成工作任務(wù)的方法及解決相對(duì)復(fù)雜的綜合問題的技巧,能夠適應(yīng)未來崗位對(duì)高職畢業(yè)生提出更高的職業(yè)能力要求。除此之外,應(yīng)該重點(diǎn)開發(fā)設(shè)計(jì)那些以培養(yǎng)核心與關(guān)鍵技能為目標(biāo)的實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目,做到先進(jìn)性與典型性相結(jié)合。
1.3 把虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到高職實(shí)踐教學(xué)的過程中,要充分抓住虛擬仿真技術(shù)構(gòu)想性的特點(diǎn),按照學(xué)生心理和認(rèn)知方面的水平,根據(jù)教學(xué)內(nèi)容來設(shè)計(jì)構(gòu)思實(shí)踐的教學(xué)場(chǎng)景,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,拓展學(xué)生的想象空間,使學(xué)生學(xué)習(xí)到知識(shí),充分理解概念的含義,領(lǐng)會(huì)實(shí)踐教學(xué)所傳授的知識(shí)點(diǎn),提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力。運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)選擇適量的教學(xué)內(nèi)容,把抽象的內(nèi)容具體化,復(fù)雜的問題簡單化,微觀的內(nèi)容宏觀化,這樣能夠有助于學(xué)生理解和掌握操作方法,并達(dá)到熟練操作的程度,使得實(shí)踐教學(xué)的效果達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。
1.4 利用虛擬仿真技術(shù)來進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中,應(yīng)該抓住仿真技術(shù)交互性強(qiáng)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)出互動(dòng)性強(qiáng)、協(xié)作性高的實(shí)踐教學(xué)任務(wù),使學(xué)生在虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)踐場(chǎng)景中完成自己的實(shí)踐操作工作,在整個(gè)過程中要注重培訓(xùn)學(xué)生們共同解決實(shí)際問題的能力。并且,利用虛擬仿真技術(shù)設(shè)計(jì)的實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)要突出其智能性的特點(diǎn),該系統(tǒng)能夠?qū)W(xué)生的實(shí)踐操作成果進(jìn)行及時(shí)的跟蹤與反饋,并且可以依據(jù)學(xué)生的操作情況給予合理的評(píng)價(jià),還能夠及時(shí)給予有針對(duì)性、個(gè)別化的指導(dǎo),做到交互性與智能性相結(jié)合。
2 虛擬仿真技術(shù)在應(yīng)用中應(yīng)該注意的問題
2.1 虛擬實(shí)訓(xùn)不能替代實(shí)操實(shí)訓(xùn)。高職實(shí)踐教學(xué)中利用虛擬仿真技術(shù),實(shí)現(xiàn)了實(shí)訓(xùn)環(huán)境的改善,教學(xué)過程的優(yōu)化,還解決了很多實(shí)訓(xùn)教學(xué)方面的難題。不過利用虛擬仿真技術(shù)來設(shè)計(jì)高職實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容,不代表虛擬實(shí)訓(xùn)可以完全替代實(shí)操實(shí)訓(xùn),兩者存在著本質(zhì)的區(qū)別。虛擬仿真技術(shù)只是通過去模仿一些實(shí)際的生產(chǎn)和工作實(shí)踐過程,讓學(xué)生在過程中學(xué)到一種間接的經(jīng)驗(yàn),而不能完全替代真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)操作。所以,在應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的實(shí)踐過程中,必須認(rèn)清虛擬實(shí)訓(xùn)和實(shí)操實(shí)訓(xùn)的本質(zhì)區(qū)別。設(shè)計(jì)虛擬實(shí)訓(xùn)的思路是:首先是把實(shí)操實(shí)訓(xùn)無法實(shí)現(xiàn)任務(wù)利用虛擬仿真技術(shù)來設(shè)計(jì)虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)來實(shí)現(xiàn);其次是要依據(jù)現(xiàn)代教育理論來設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)任務(wù),把虛擬仿真技術(shù)設(shè)計(jì)的虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容放在前面進(jìn)行,而把實(shí)操實(shí)訓(xùn)安排在后面,并將二者完美的結(jié)合在一起,獲得最好的教學(xué)效果。
1.1充分利用仿真技術(shù),合理組織教學(xué)內(nèi)容
教學(xué)內(nèi)容的組織充分考慮到安全技術(shù)管理專業(yè)的崗位要求和高職高專學(xué)生的特點(diǎn)。在對(duì)水建、民建、路橋等多家施工企業(yè)和施工現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)目部走訪,調(diào)研的基礎(chǔ)上,根據(jù)安全技術(shù)管理專業(yè)的崗位要求組織編排土木工程施工技術(shù)課程內(nèi)容,課程內(nèi)容分為基礎(chǔ)知識(shí)(包括地基處理、爆破工程等工種施工)、水利水電工程典型建筑物施工(包括土石壩施工、混凝土重力壩施工等)、民建典型建筑物施工、路橋典型建筑物施工四大部分,故本專業(yè)土木工程施工技術(shù)課程的內(nèi)容呈現(xiàn)出面大、量廣,獨(dú)立性很強(qiáng)。在學(xué)習(xí)中高職學(xué)生呈現(xiàn)出的基本特點(diǎn)是性格開朗,但自信心不足;動(dòng)手能力強(qiáng),但主動(dòng)性不足;求知欲強(qiáng),但底子薄,學(xué)習(xí)方法不當(dāng)?;诟呗殞W(xué)生的這一特點(diǎn),利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖形圖像技術(shù)等仿真技術(shù)收集、整理、組織課程教學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)過程中,通過動(dòng)畫、施工視頻等仿真技術(shù)進(jìn)行施工工藝流程、施工機(jī)械等的演示,如講到隧洞鉆爆施工時(shí),采用動(dòng)畫模擬了隧洞光面爆破實(shí)施的整個(gè)過程;講到土石壩反濾層部位施工時(shí),采用現(xiàn)場(chǎng)施工視頻和動(dòng)畫模擬相結(jié)合;講到塔機(jī)時(shí),采用動(dòng)畫模擬了塔機(jī)安裝,自升的整個(gè)過程。學(xué)生在對(duì)實(shí)物缺乏認(rèn)識(shí)的情況下,仿真技術(shù)使的土木工程施工技術(shù)課程的教學(xué)更加形象、生動(dòng)、直觀、簡單,使學(xué)生對(duì)于施工技術(shù)更容易理解、掌握。課程教學(xué)
1.2充分利用仿真模型,加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)
教育部、財(cái)政部聯(lián)合的《關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見》指出:“加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)基地建設(shè)是高等職業(yè)院校改善辦學(xué)條件、彰顯辦學(xué)特色、提高教學(xué)質(zhì)量的重點(diǎn)?!痹谶@一思想指導(dǎo)下,我校非常重視實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)基地建設(shè),已經(jīng)建成并使用的有水工大廳(如水利樞紐工程模型等)、施工工種實(shí)訓(xùn)中心(如粘土心墻土石壩、面板堆石壩、混凝土重力壩、隧洞半實(shí)物仿真模型、民建房屋半實(shí)物仿真模型等)和土木工程施工中常用的各種類型的施工機(jī)械(如混凝土攪拌機(jī)、灌漿機(jī)、塔機(jī)、自卸汽車等)。根據(jù)土木工程施工技術(shù)課程教學(xué)特點(diǎn)和需要,將仿真技術(shù)與工程實(shí)際問題相結(jié)合,充分利用實(shí)訓(xùn)基地的半實(shí)物仿真模型,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)并積極開發(fā)課程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,模擬工程實(shí)際情況,要求學(xué)生能夠自己根據(jù)所給出的工程資料,整理編寫施工方案并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬操作。如樓梯模板的安裝與拆除,手腳架工程、鋼筋配料單的編制、鋼筋加工、砌筑工程、大壩、隧洞等典型建筑物施工方案的編制等。
1.3利用仿真技術(shù)教學(xué),激發(fā)、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
心理學(xué)家認(rèn)為:動(dòng)態(tài)刺激遠(yuǎn)大于靜態(tài)刺激,給人留下的印象也最深刻。教學(xué)中,以靜態(tài)方式存在的教學(xué)材料,通過仿真技術(shù)可恢復(fù)其鮮活的面目,使之變得有聲有色。仿真技術(shù)為學(xué)生提供生動(dòng)逼真的教學(xué)情境、豐富多彩的教學(xué)資源、為學(xué)生營造一個(gè)色彩繽紛、聲像同步、能動(dòng)能靜的教學(xué)情景,從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)土木工程施工技術(shù)的好奇心、興趣點(diǎn)?!芭d趣是最好的老師”,興趣對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生的影響,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過教師的督促和簡單的說教。仿真技術(shù)教學(xué)能使學(xué)生的注意力很快集中到課堂教學(xué)的內(nèi)容上去,達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的。
2仿真技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用中的體會(huì)
2.1授課內(nèi)容須進(jìn)一步完善
在土木工程施工中不斷有新技術(shù)、新工藝、新材料、新機(jī)械等的出現(xiàn),為了實(shí)現(xiàn)學(xué)生零距離上崗,在教學(xué)中,教師要隨時(shí)關(guān)注學(xué)科發(fā)展新動(dòng)向,積極收集、整理資料,根據(jù)社會(huì)、工作崗位及學(xué)生學(xué)習(xí)需求進(jìn)一步完善授課內(nèi)容,并用適合授課內(nèi)容特點(diǎn)的仿真技術(shù)教學(xué)輔助工具進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容編排。
2.2掌握仿真技術(shù)教學(xué)方法的使用技巧
仿真教學(xué)方法的最大特點(diǎn)就是在教師的引導(dǎo)下提供逼真的教學(xué)情境,讓學(xué)生在接近真實(shí)的環(huán)境中完成課程的學(xué)習(xí),從而實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生知識(shí)、技能和能力的目的。仿真技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形圖像技術(shù)、多媒體技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的融合,但不是所有的技術(shù)都要在同一時(shí)段一起使用,也不是每一種技術(shù)和所有的內(nèi)容都適合。這就要求教師必須根據(jù)每一種技術(shù)的特點(diǎn)和適用要求,再根據(jù)不同的課程內(nèi)容、不同的授課對(duì)象、不同的施教場(chǎng)所等進(jìn)行優(yōu)化組合才能達(dá)到良好的教學(xué)效果。
2.3注重學(xué)生學(xué)習(xí)效果的反饋
教與學(xué)不是一對(duì)矛盾體,而是一對(duì)有機(jī)的契合體。教的目的是為了更好的學(xué),因此教學(xué)的效果如何要及時(shí)聽取學(xué)生的意見,通過走訪,座談,問卷調(diào)查等方式清楚地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài),及時(shí)調(diào)整授課內(nèi)容和仿真教學(xué)方法,調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性,從而順利實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的。
3結(jié)束語