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摘要:应用EWB软件辅助《数字逻辑电路》教学,可以收到较好的效果。本文结合课堂教学实际,在充分发掘EWB仿真模拟功能基础上,阐述了选取贴近生活的实例、精心准备典型模拟电路、着重电路分析推导的教学方法,并就这些方法对激发学生学习兴趣、突破教学难点、培养学生逻辑推理能力及提高课堂教学效率等方面的作用进行了分析。
关键词:EWB软件;数字逻辑电路;仿真;传统模式;创新
中图分类号:G712文献标识码:A文章编号:1672-5727(2010)11-0083-02
《数字逻辑电路》是技校电工电子专业一门非常重要的专业基础课,在现代电子工程中,信号的产生、传送及处理愈来愈多地以数字信号的形式出现,因此,该专业技校生应学习脉冲数字电路的基本理论,掌握数字电路分析的一般方法。近年来,技工学校所招的学生初中阶段成绩大都不理想,他们学习动力不足,而该课程的理论部分较抽象,需要学生有一定的分析能力,学生学习兴趣不高,畏难情绪严重,导致教学效果不理想。如何化“抽象”为“直观”,激发学生学习兴趣,改善教学,这是需要一线教师经常思考和积极探索的课题。
EWB是Electronics Workbench的缩写,称为电工工作平台,是电子技术界广为应用的优秀计算机仿真软件。该软件提供了示波器、函数发生器、万用表、频谱仪和逻辑分析仪等虚拟电子设备,还提供了多种分析工具和众多元器件模型,使用户可以方便地进行电路原理图的输入和仿真测试,观察电路的工作状态、稳定性、灵敏度,还可以观察条件、参数变化时电路的变化情况。因其有完善的仿真功能而被誉为“计算机里的电子实验室”。笔者在多年教学中,通过学习应用EWB仿真软件,辅助《数字逻辑电路》教学,逐步提升教学效果,以下就笔者应用EWB软件辅助《数字逻辑电路》教学谈几点体会,与同行探讨交流。
仿生活实例,激发学习兴趣
在平常生活中,很多学生都有亲身经历与体会到的生活实例,如果教学中善于选取恰当的例子,激发学生学习兴趣,就会收到意想不到的教学效果。如果将学生的学习兴趣充分调动起来,将会增加学生学习知识的动力。将抽象的问题具体化、生活化,更容易促进学生思维空间的拓展,更利于学生对知识的掌握。以往,教师难以把生活实例搬上讲台,而学会应用EWB仿真软件后,我们就可较方便地仿真生活实例辅助教学,激发学生兴趣。例如,学生在学习555定时器时,可以先问学生会眨眼的玩具是如何工作的,学生的注意力与兴趣就马上高涨起来,都渴望知道结果,教师可以先吊起学生的胃口,然后再认真分析555定时器的工作原理,最后结合EWB仿真软件进行分析验证,整堂课的教学效果就会有很大的提高。用555定时器组成交替眨眼玩具电路进行仿真,理论与实际结合,加强学生的思维。如图1所示:当3端输出为高电平时,VL1亮,VL2熄灭;当3端输出为低电平时,VL1熄灭,VL2亮,VL1和VL2轮流交替闪亮。如果调整电容C或电阻R1、R2的大小,就可以改变VL1、VL2闪亮和熄灭时间。
以上是VL1、VL2交替闪亮,此时可进一步激发学生的联想:怎样连接可以使VL1、VL2同时闪亮、同时熄灭?这样学生兴趣上来了,就可以提高学生探究知识的积极性,达到事半功倍的教学效果。
仿典型电路,突破教学难点
在传统的《数字逻辑电路》教学中,很多教师在阐述分析电路参数的变化如何引起逻辑输出的变化时总是感到非常棘手,学生也是感到一头雾水,难于理解,甚至根本就不懂。由于学生难以理解具体结果,有的学生只能被动地死记硬背,整个教学效果就大打折扣。教学中,教师如果能利用多媒体与EWB仿真软件,选择有代表性的电路,将逻辑变化的结果转成直观的视觉结果输出,学生对逻辑状态的变化就不会感到茫然,教学难点也将迎刃而解。例如,在教学微分电路时,为了讲解“当输入为矩形波时,输出波形随电容容量、电阻阻值的乘积改变而改变”这一知识点,教师可先设置以下三种情境:第一种,电容C的值不变,改变电阻R;第二种,电容C值改变,电阻R不变;第三种,电容C与电阻R的值同时改变。接着,教师让学生充分思考或分组讨论可能产生的输出波形。然后,教师再利用EWB仿真软件演示三种状态结果的输出,让学生将自己的讨论结果与仿真结果进行比照,加深理解,突破难点。
如图2(以电容C值改变,电阻R不变来说明):输入信号的周期T=1S时(矩形波的脉宽)
上图中的电容值发生变化时,输出波形的变化如图3所示。
最后,教师再利用EWB仿真软件对另外两种情况进行演示,通过三种状态的仿真结果,可以进一步说明微分电路的特点是输出脉冲为尖脉冲,产生的条件是:时间常数小于0.1倍的输入脉宽,即利用EWB仿真软件,教师就可以轻易地对本节课的重点、难点进行突破,同时,加深了学生对知识的理解和掌握。
仿电路分析,培养推理能力
《数字逻辑电路》中有很多逻辑性思考的东西,需要学生有较强的逻辑推理和分析问题的能力,而学生这些能力的获得,需要自身持之以恒地训练,也需要教师给予开发和培养,因此,教师在平时的授课过程中,应积极鼓励学生认真分析电路,大胆推导结果,并应用EWB软件查验结果的正确性。EWB仿真软件的一个较为突出的特点就是可以通过模拟电路适时检查、验证学生分析结果的正确与否。在分析和推理过程中,教师要不断启发学生参与到思维活动中去,让学生在潜移默化中逐步加强逻辑思维能力。同时教师要尽可能地将书本中思维层面上的知识通过EWB电路分析转成学生感官上能感受到的声、光、电或具体的波形等。EWB仿真教学能将逻辑思维结果形象化、具体化,能使學生的设想得到很好的验证,加强了学生对问题的理解和掌握。例如,在学习到二极管限幅时,不少学生片面地理解为二极管的单向导电能力,如果教师用EWB仿真软件进行辅助教学,如图4所示,整个结果就简单明了,直观易懂。教师在授课过程中做到了教与学的完美结合,提高了教师的教学效果。
仿仪器仪表,提高课堂效率
从知识和技能传授的角度讲,《数字逻辑电路》教学中要尽量多地应用教师实验演示和学生分组实验。但实际上,由于分配给该课程的课时有限,学校实验、实训设备短缺,部分学生实验时不守纪律、不按规程导致仪器仪表损坏,而且,实验前后教师应做大量的工作,这些原因都导致传统的实验演示和学生实验难以开展或效率不高。而EWB仿真平台能在一定程度上解决这些问题,它具有形象直观的人机交互界面,提供齐全的虚拟仪器,比如,万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器等,这些虚拟仪器仪表面板和操作几乎与实际仪器仪表一样。另外,EWB器件库中还包含大量的晶体管元器件、集成电路和数字门电路芯片等元件,就如同真实的实验室一样。EWB能仿真出真实电路的结果,许多电路若想更换元器件或改变元器件参数,只需点点鼠标即可,无需耗费大量的精力去动用电烙铁或其他仪器对电路进行重新焊接,教师更无需为学生损坏仪器、仪表而发愁,这无形中节省了大量的实验器材、经费。教师还可以将花费在板书上的时间节省下来,充实教学内容,引导学生学习。虽然EWB仿真教学节省了大量的人力、物力、财力和精力,但它并不能完全替代实验教学,学生通过实验获得技能,仿真软件并不能完全做到,因此,教师在条件允许的情况下还应组织学生做实验,这一点,教师在应用EWB软件进行辅助教学时要加以重视。
参考文献:
[1]谢克明.电子电路EDA[M].北京:兵器工业出版社,2001.
[2]王正谋,朱力恒.Protel99 se电路设计与仿真技术[M].福州:福建科学技术出版社,2004.
[3]技工学校电子类专业教材编审委员会.数字逻辑电路(第2版)[M].北京:中国劳动出版社,1994.
作者简介:
贺俊红(1972—),女,河南偃师人,福州市第二高级技工学校讲师,研究方向为电气技术教育,主要从事电工电子专业课教学。
关键词:EWB软件;数字逻辑电路;仿真;传统模式;创新
中图分类号:G712文献标识码:A文章编号:1672-5727(2010)11-0083-02
《数字逻辑电路》是技校电工电子专业一门非常重要的专业基础课,在现代电子工程中,信号的产生、传送及处理愈来愈多地以数字信号的形式出现,因此,该专业技校生应学习脉冲数字电路的基本理论,掌握数字电路分析的一般方法。近年来,技工学校所招的学生初中阶段成绩大都不理想,他们学习动力不足,而该课程的理论部分较抽象,需要学生有一定的分析能力,学生学习兴趣不高,畏难情绪严重,导致教学效果不理想。如何化“抽象”为“直观”,激发学生学习兴趣,改善教学,这是需要一线教师经常思考和积极探索的课题。
EWB是Electronics Workbench的缩写,称为电工工作平台,是电子技术界广为应用的优秀计算机仿真软件。该软件提供了示波器、函数发生器、万用表、频谱仪和逻辑分析仪等虚拟电子设备,还提供了多种分析工具和众多元器件模型,使用户可以方便地进行电路原理图的输入和仿真测试,观察电路的工作状态、稳定性、灵敏度,还可以观察条件、参数变化时电路的变化情况。因其有完善的仿真功能而被誉为“计算机里的电子实验室”。笔者在多年教学中,通过学习应用EWB仿真软件,辅助《数字逻辑电路》教学,逐步提升教学效果,以下就笔者应用EWB软件辅助《数字逻辑电路》教学谈几点体会,与同行探讨交流。
仿生活实例,激发学习兴趣
在平常生活中,很多学生都有亲身经历与体会到的生活实例,如果教学中善于选取恰当的例子,激发学生学习兴趣,就会收到意想不到的教学效果。如果将学生的学习兴趣充分调动起来,将会增加学生学习知识的动力。将抽象的问题具体化、生活化,更容易促进学生思维空间的拓展,更利于学生对知识的掌握。以往,教师难以把生活实例搬上讲台,而学会应用EWB仿真软件后,我们就可较方便地仿真生活实例辅助教学,激发学生兴趣。例如,学生在学习555定时器时,可以先问学生会眨眼的玩具是如何工作的,学生的注意力与兴趣就马上高涨起来,都渴望知道结果,教师可以先吊起学生的胃口,然后再认真分析555定时器的工作原理,最后结合EWB仿真软件进行分析验证,整堂课的教学效果就会有很大的提高。用555定时器组成交替眨眼玩具电路进行仿真,理论与实际结合,加强学生的思维。如图1所示:当3端输出为高电平时,VL1亮,VL2熄灭;当3端输出为低电平时,VL1熄灭,VL2亮,VL1和VL2轮流交替闪亮。如果调整电容C或电阻R1、R2的大小,就可以改变VL1、VL2闪亮和熄灭时间。
以上是VL1、VL2交替闪亮,此时可进一步激发学生的联想:怎样连接可以使VL1、VL2同时闪亮、同时熄灭?这样学生兴趣上来了,就可以提高学生探究知识的积极性,达到事半功倍的教学效果。
仿典型电路,突破教学难点
在传统的《数字逻辑电路》教学中,很多教师在阐述分析电路参数的变化如何引起逻辑输出的变化时总是感到非常棘手,学生也是感到一头雾水,难于理解,甚至根本就不懂。由于学生难以理解具体结果,有的学生只能被动地死记硬背,整个教学效果就大打折扣。教学中,教师如果能利用多媒体与EWB仿真软件,选择有代表性的电路,将逻辑变化的结果转成直观的视觉结果输出,学生对逻辑状态的变化就不会感到茫然,教学难点也将迎刃而解。例如,在教学微分电路时,为了讲解“当输入为矩形波时,输出波形随电容容量、电阻阻值的乘积改变而改变”这一知识点,教师可先设置以下三种情境:第一种,电容C的值不变,改变电阻R;第二种,电容C值改变,电阻R不变;第三种,电容C与电阻R的值同时改变。接着,教师让学生充分思考或分组讨论可能产生的输出波形。然后,教师再利用EWB仿真软件演示三种状态结果的输出,让学生将自己的讨论结果与仿真结果进行比照,加深理解,突破难点。
如图2(以电容C值改变,电阻R不变来说明):输入信号的周期T=1S时(矩形波的脉宽)
上图中的电容值发生变化时,输出波形的变化如图3所示。
最后,教师再利用EWB仿真软件对另外两种情况进行演示,通过三种状态的仿真结果,可以进一步说明微分电路的特点是输出脉冲为尖脉冲,产生的条件是:时间常数小于0.1倍的输入脉宽,即利用EWB仿真软件,教师就可以轻易地对本节课的重点、难点进行突破,同时,加深了学生对知识的理解和掌握。
仿电路分析,培养推理能力
《数字逻辑电路》中有很多逻辑性思考的东西,需要学生有较强的逻辑推理和分析问题的能力,而学生这些能力的获得,需要自身持之以恒地训练,也需要教师给予开发和培养,因此,教师在平时的授课过程中,应积极鼓励学生认真分析电路,大胆推导结果,并应用EWB软件查验结果的正确性。EWB仿真软件的一个较为突出的特点就是可以通过模拟电路适时检查、验证学生分析结果的正确与否。在分析和推理过程中,教师要不断启发学生参与到思维活动中去,让学生在潜移默化中逐步加强逻辑思维能力。同时教师要尽可能地将书本中思维层面上的知识通过EWB电路分析转成学生感官上能感受到的声、光、电或具体的波形等。EWB仿真教学能将逻辑思维结果形象化、具体化,能使學生的设想得到很好的验证,加强了学生对问题的理解和掌握。例如,在学习到二极管限幅时,不少学生片面地理解为二极管的单向导电能力,如果教师用EWB仿真软件进行辅助教学,如图4所示,整个结果就简单明了,直观易懂。教师在授课过程中做到了教与学的完美结合,提高了教师的教学效果。
仿仪器仪表,提高课堂效率
从知识和技能传授的角度讲,《数字逻辑电路》教学中要尽量多地应用教师实验演示和学生分组实验。但实际上,由于分配给该课程的课时有限,学校实验、实训设备短缺,部分学生实验时不守纪律、不按规程导致仪器仪表损坏,而且,实验前后教师应做大量的工作,这些原因都导致传统的实验演示和学生实验难以开展或效率不高。而EWB仿真平台能在一定程度上解决这些问题,它具有形象直观的人机交互界面,提供齐全的虚拟仪器,比如,万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器等,这些虚拟仪器仪表面板和操作几乎与实际仪器仪表一样。另外,EWB器件库中还包含大量的晶体管元器件、集成电路和数字门电路芯片等元件,就如同真实的实验室一样。EWB能仿真出真实电路的结果,许多电路若想更换元器件或改变元器件参数,只需点点鼠标即可,无需耗费大量的精力去动用电烙铁或其他仪器对电路进行重新焊接,教师更无需为学生损坏仪器、仪表而发愁,这无形中节省了大量的实验器材、经费。教师还可以将花费在板书上的时间节省下来,充实教学内容,引导学生学习。虽然EWB仿真教学节省了大量的人力、物力、财力和精力,但它并不能完全替代实验教学,学生通过实验获得技能,仿真软件并不能完全做到,因此,教师在条件允许的情况下还应组织学生做实验,这一点,教师在应用EWB软件进行辅助教学时要加以重视。
参考文献:
[1]谢克明.电子电路EDA[M].北京:兵器工业出版社,2001.
[2]王正谋,朱力恒.Protel99 se电路设计与仿真技术[M].福州:福建科学技术出版社,2004.
[3]技工学校电子类专业教材编审委员会.数字逻辑电路(第2版)[M].北京:中国劳动出版社,1994.
作者简介:
贺俊红(1972—),女,河南偃师人,福州市第二高级技工学校讲师,研究方向为电气技术教育,主要从事电工电子专业课教学。