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任务驱动和软件仿真的教学设计
——以“可调直流稳压电源电路”为例

2021-11-03江苏商贸职业学院陆柳延蔡广飞

电子世界 2021年18期
关键词:稳压电源稳压滤波

江苏商贸职业学院 陆柳延 陈 峰 蔡广飞 陆 建

模拟电子技术是电子类专业的一门必修课程,物理概念抽象,专业性强。传统的教学方法,将教、学、用脱离开来,学生很难掌握枯燥的知识点。本文主要探讨在教学过程中,采用任务驱动的教学方法和现代信息化教学仿真软件Multisim,将课程知识点有机的融入到项目中,提高学生的学习兴趣,培养学生的思考能力,从而取得较好的教学效果。同时,采用过程性评价的改革方式,从多个角度对学生的理论水平和实践能力进行考核。

《教育部2017年工作要点》明确指出,要推动实施应用型高校建设项目。因此,针对应用型人才的培养机制,以电子技术基础课程为切入点进行教学改革的研究和探讨,立足于高校教学改革目标。模拟电子技术课程,是高校电子电气信息类专业的一门专业基础课,尽管属于电子技术方面的入门课程,但该课程具有较强的理论性、专业性和实用性。要求学生学完课程后不仅掌握专业的理论知识,同时也要学会电子电路的分析、应用和设计等。

以教师“教”为中心的传统教学模式中,老师主要通过理论教学授课,根据课程的章节排布,按部就班的对模拟电子技术的知识点进行逐一讲解。该教学方式需要学生有足够的热情、耐心来学习基础知识,学生亦通过循序渐进的学习能够打牢知识基础。然而本课程的知识点概念极其抽象,学生在学习阶段,对理论知识点的理解能力相对欠缺,学生普遍反应对该课程学习有点力不从心,从而很容易对课程产生畏难情绪,学习效果也就一落千丈。此外,传统的卷考考核方式,只注重学生对理论知识点的理解,学生逐渐对课程学习失去兴趣和信心。

为激发学习兴趣,基于教、学、用一体化的理念,本文采用以任务驱动为基础的教学方法,再结合选用模拟仿真、模拟工作环境等教学手段,突出课程的实用性。通过过程性评价的考核模式,对每一个任务进行评价,突出了实践能力的考核。

1 “任务驱动”教学方法的具体实施

教师对本课程的教学内容先序化后重构,设计成多个独立项目。每个项目再划分成一个或多个具体的任务,将知识点有机的融入在具体的任务中。课堂中基于任务驱动的教学模式,以某个具体实例为载体,引导并启发学生积极思考,并通过边学边做的学习方法,不仅让学生掌握课程内容,更培养了学生分析问题和解决问题的能力。具体实施如下:

(1)提出任务

“任务”是任务驱动教学法的主线,必须涵盖教学中所需掌握的知识点。任务的设计应该注重典型性、实用性、趣味性,难易程度遵循循序渐进的原则,确保学生的学习兴趣和课堂教学效果。以教学设计中“设计一个可调直流稳压电源系统”项目为例,首先明确系统框图如图1所示,提炼出项目中所需完成的子任务,分别为整流、滤波和稳压(变压属前导课程中的相关知识点,在本课程中不再作为子任务分布)。

图1 直流稳压电路系统框图

在“整流”环节中,重点让学生掌握二极管的使用,提出任务1——利用二极管设计全波整流电路,实现从交流电到直流电的转换。在“滤波”环节中,重点让学生掌握电容的使用,提出任务2——利用电容滤波实现直流电中交流成分的剔除、过滤。最后是“稳压”环节,重点让学生掌握稳压管的应用,提出任务3——利用稳压管实现直流电压的稳定输出。

最后,教师指出学生可通过自己设计的电路进行实物焊接、调试、比较、分析。如此,学生了解了学习任务,明确了学习目标,充分调动起学生的学习兴趣,为良好的教学效果打下基础。

(2)分析任务

针对细化后的任务,在课程实施过程中,教师根据授课内容,对每一个知识点进行细致的讲授,为任务的实施做好知识准备。并借助仿真软件Multisim,搭建典型的电路,演示出每一个子任务应实现的效果,让学生直观的理解电路原理,从而使学生理解掌握课程的重难点。

任务一:整流电路。通过搭建图2所示的桥式整流电路,讲授二极管的重要特性,二极管在整流电路的应用及设计思路、元器件的选用、及电路工作原理。学生通过绘制电路图,加深对电路的设计理念。同时,通过软件仿真结果得出图3和图4,学生非常容易比较出波形的区别,进一步理解掌握了整流电路的作用。至此,通过信息化的教学手段,学生掌握了重难点——二极管单向导电的特性。

图2 桥式整流电路

图3 整流前的交流输出波形

图4 整流后的直流全波输出波形

任务二:滤波电路。在学生掌握整流电路的基础上,教师进一步讲解滤波电路的知识点。掌握电容器在电路中具有滤波作用,得出桥式整流滤波电路如图5所示。通过对仿真结果的比较、分析,引导学生掌握电容器的特性及特殊应用。

图5 桥式整流滤波电路

图6 桥式整流滤波前、后的输出波形

任务三:稳压电路。在学生掌握整流滤波电路的基础上,最后由教师提出稳压的概念。引导学生思考通过电路的设计,实现稳定的电压输出,提出课程中重难点——稳压管、集成稳压器的应用。通过搭建电路图7,重点讲述集成稳压器LM317K的作用及电路工作原理。并通过对仿真结果的比较、分析,强化稳压的相关知识点。

图7 桥式整流滤波稳压电路

(3)任务实施

图8 稳压前、后的输出波形

通过以上子任务的分析掌握,提出最终的实施项目——可调稳压电源电路的设计。教师为了结合授课内容,提出了对应的电路设计方案,学生在教师的引导下已经完成相应知识点的掌握。学完课程后,学生可以结合自己的理解完善电路设计或提出不同的解决方案。这时教师要肯定学生的想法,引导学生通过信息化资源查阅资料、设计电路,指导带领学生对方案进行比较、论证,最后共同完成方案设计。同时,学生通过仿真软件在电路设计过程中,对出现的各种问题,进行自主分析、小组讨论、提出解决方案。如图9所示是学生自主设计的稳压电源可调电路。学生通过软件搭建电路,反复修改并仿真调试,最终得出较好的理论输出值如图10所示。实现通过改变滑动变阻器R3的阻值,得出了连续可调的稳定输出电压值。

图9 可调输出稳压电源电路

图10 可调输出稳压电源电路输出波形

(4)焊接调试

学生将设计、调测好的电路,进行焊接。再放入系统中多次测量,观察一些技术指标的变化,教师引导学生发现问题、思考问题,最终给出解决措施。学生通过子任务的一一实现,最终实现了一个完整的项目,设计出了一个电压可调的直流稳压电源系统。

2 考核方式的改革

为突出职业能力的培养,全面的考核学生的理论知识水平以及实际动手能力。教学考核不再以试卷考试作为唯一方式,考核形式应多样化。本课程,基于任务驱动的教学模式,采用了过程性评价的方式,对课程中每一个任务的实施过程,都按照相应的评分标准给出成绩,且都纳入期末考试成绩。实践证明,过程性评价制度适合于应用型人才目标培养下的教学。

通过任务驱动的教学模式,学生能够明确学习目标,对枯燥的电路有了新的认识,达到了高职教育中学以致用的目的,也提高了学生的成就感。结合使用的Multisim仿真软件,学生可以通过电路设计,把抽象的电路工作原理转换为直观的仿真图形,强化对知识点的理解。综上所述,新的教学模式满足了学生从课堂到课外的综合学习,增加了学生的操作机会,提高了学生的学习兴趣,达到了较好的教学效果。

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