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摘 要：利用虚拟实践平台，将课堂理论教学、实验室硬件电路实验和软件电路仿真实验三者结合起来，激发学生的学习热情，提高学生的知识应用能力及工程实践能力，改进教学效果。
关键词：虚拟实践平台；数字电子技术；教学改革
“数字电子技术”是华南理工大学(以下简称“我校”)精品课程，它是一门面向全校电类专业的专业基础课，课程网站建设完善，课程教师拥有丰富的教学经验，理论课讲得深入浅出，学生反映良好。
但正如传统的高等工程教育，由于实验室资源有限，“数字电子技术”课程的教学主要是课堂理论讲授加上适量的硬件电路实验，学生对理论知识的掌握较为全面，但实践环节较少，知识应用能力及工程实践能力较弱，应用理论知识去解决实际问题的能力显得不足。
提高学生的知识应用能力及工程实践能力，是高等工程教育的发展方向，也是本门课程教学改革的重点。随着CAD技术的发展、网络的普及，为解决上述问题提供了另一种可能性。
一、教学改革思路
我校“数字电子技术”课程拥有专门面向全校设课的数字电子技术实验室，占地150m2，设有70多个实验台，配置了电源、数字示波器、虚拟仪器、信号发生器、数字电路实验箱等设备，可开设本门课程所有的相关实验。
但因为学生人数较多，受实验场地、设备、耗材等资源条件的限制，除适量的课程硬件电路实验外，无法让学生充分发挥自己的能力，利用实验室的设备进行一些自己感兴趣的实验，以加强对课程知识的理解，进一步加强课程知识的综合应用能力与动手实践能力。
现代教育理念告诉我们，将学生置于主体地位，让他们积极参与，并动手实践，才是有效的教育方法。正如一位教育学家总结的：“你告诉我，我会忘记；你给我示范，我会记住；你让我自己做，我会明白，而且一辈子都不会忘记。”因此，如何提供条件，激发学生的学习热情，让学生积极主动地思考并动手实践，是我们面临的问题。
网络及CAD技术的发展为我们解决这一问题提供了另一种途径。学院与企业共建了PROTUES联合实验室，提供了虚拟教学实践平台，这为“数字电子技术”课程教学改革的开展提供了条件，为推进课程知识与实践运用的结合提供了另一种可能性。
我们利用这个虚拟教学实践平台开展教学改革，要求学生在课外时间配合理论教学的进展，完成一定的电路设计与仿真验证实验，积极提高学生应用所学的理论知识去解决实际问题的能力，激发学生的学习兴趣与热情，改进教学效果。
基于虚拟教学实践平台进行的课程电路设计与仿真验证实验，学生不受场地与耗材限制，在宿合即可实现一个数字电路相关系统的设计与仿真，有效实现理论与实践的结合，同时学生主动投入电子设计实践，达到加强知识交叉应用与拓展学生实践创新能力的目的，极大地激发了学生的学习热情。
二、具体实施过程
“数字电子技术”课程的教学内容主要由以下单元组成：数制和码制，逻辑代数基础，门电路，组合逻辑电路，触发器，时序逻辑电路，脉冲波形的产生和整形电路，半导体存储器，ADC、DAC。
在门电路这部分内容讲完后，我们会安排一次硬件电路实验，主要内容是让学生通过测试波形的各种参数来熟悉实验仪器的使用。与此同时，我们会给学生介绍PROTUES软件，并在课堂上演示这个软件的使用，同时给学生布置一些简单的练习，让他们在课后完成，以达到让学生熟悉这个软件的目的。
此后，根据理论教学内容的进展，除了正常的硬件电路实验外，我们给学生布置以下单元作为课外用PROTUES软件来仿真的数字电路仿真实验。
1.抢答器电路
利用PROTUES软件设计一个抢答器，8个输入，驱动一个数码管显示。
教师讲解电路的逻辑原理，电路设计流程，电路的功能特点。
学生可以在课下利用网上的PROTUES软件按照教师的设计思路自己设计类似的抢答器电路，完成仿真和验证。
2.万年历电路
利用仿真软件或者硬件电路实现一个万年历电路，完成一般时钟的功能外，需要完成天、月、年、星期的计数，并且时间可调。
教师利用PROTUES软件讲解该数字电路的工作过程，讲解时序图，功能实现过程。
课下学生利用仿真软件设计一个类似的万年历电路，完成理论设计和电路功能的验证。
3.555电路构成的充电器
利用555电路连接成一个多谐振荡器，利用振荡器的特点设计一个脉冲充电器，同时在电池电量充满后自动停止。
教师需要讲解555的内部电路结构以及555电路的各种连接，给出一个555充电器的仿真电路；讲解555的工作原理以及充电器工作原理，讲解电池充电的工作过程以及电池充满电后的工作状态。
课下学生利用仿真软件设计一个类似的555电路构成的充电电路。
4.ADC和DAC
利用PROTUES仿真设计一个模拟温度采集电路，利用模拟电压温度传感器LM35，采用ADC0809电路制作一个温度显示电路，将ADC0809模数变换后的电压信号利用组合逻辑电路转换为BCD码驱动七段LED显示温度值。
5.半导体存储器
利用PROTUES仿真设计一个正弦函数发生电路，利用EEPROM存取波形点，计数器循环产生地址，将存储器地址上的数据接入到DAC0832产生一个波形，要求频率可调。
电路仿真实验要分层次进行。前期，学生刚刚学完相关单元的理论内容，对知识点的掌握还不是很熟练，这时教师就要在课堂上演示一些简单的例子，让学生熟悉仿真软件及课程内容。教师在布置课后练习的时候也要把这个练习的设计思路提示给学生，这样学生做起来比较顺利，成就感较强，学习积极性也会提高。到后期，学生对软件及课程内容都比较熟悉了，就可以少讲解，放手让他们自己设计电路并完成整个仿真过程。
三、实施过程中要注意的问题
在利用虚拟实践教学平台进行教学改革的实施过程中，要注意以下几方面的问题。
(1)课程开始后，首先要教会学生使用PROTUES电路仿真软件。“数字电子技术”课程是一门专业基础课，学生在此之前基本没接触过电路仿真软件，因此在课程开始后，就要在课堂上给学生演示这个软件，并对软件做一个比较详尽的介绍，同时布置一些简单的练习，让学生熟悉这个软件。只有这样，后面的电路仿真才能顺利展开。
(2)在理论教学过程中，在讲解例题时，可以适当插入一些与课后的电路仿真实验相关或类似的数字电路，达到启发思路的目的。因为学生的经验较少，难度大了反而会让他们耗费很多时间，不利于学习兴趣的培养。
(3)学生也可以做一些自己感兴趣的电路仿真实验，教师提供相应的协助。
(4)对于学有余力的学生，鼓励他们做一些难度较大的综合性电路仿真实验。
四、结论
虚拟实践教学平台的建立使学生可以不受场地与耗材限制，在宿舍即可实现一个数字电路相关系统的设计与仿真，有效实现理论与实践的结合。从而达到把课堂理论教学、实验室硬件电路实验和软件电路仿真三者结合的目的，极大地激发了学生的学习热情，加深了学生对课程内容的理解，提高了学生的知识应用能力及工程实践能力，改善了教学效果。
关键词：虚拟实践平台；数字电子技术；教学改革
“数字电子技术”是华南理工大学(以下简称“我校”)精品课程，它是一门面向全校电类专业的专业基础课，课程网站建设完善，课程教师拥有丰富的教学经验，理论课讲得深入浅出，学生反映良好。
但正如传统的高等工程教育，由于实验室资源有限，“数字电子技术”课程的教学主要是课堂理论讲授加上适量的硬件电路实验，学生对理论知识的掌握较为全面，但实践环节较少，知识应用能力及工程实践能力较弱，应用理论知识去解决实际问题的能力显得不足。
提高学生的知识应用能力及工程实践能力，是高等工程教育的发展方向，也是本门课程教学改革的重点。随着CAD技术的发展、网络的普及，为解决上述问题提供了另一种可能性。
一、教学改革思路
我校“数字电子技术”课程拥有专门面向全校设课的数字电子技术实验室，占地150m2，设有70多个实验台，配置了电源、数字示波器、虚拟仪器、信号发生器、数字电路实验箱等设备，可开设本门课程所有的相关实验。
但因为学生人数较多，受实验场地、设备、耗材等资源条件的限制，除适量的课程硬件电路实验外，无法让学生充分发挥自己的能力，利用实验室的设备进行一些自己感兴趣的实验，以加强对课程知识的理解，进一步加强课程知识的综合应用能力与动手实践能力。
现代教育理念告诉我们，将学生置于主体地位，让他们积极参与，并动手实践，才是有效的教育方法。正如一位教育学家总结的：“你告诉我，我会忘记；你给我示范，我会记住；你让我自己做，我会明白，而且一辈子都不会忘记。”因此，如何提供条件，激发学生的学习热情，让学生积极主动地思考并动手实践，是我们面临的问题。
网络及CAD技术的发展为我们解决这一问题提供了另一种途径。学院与企业共建了PROTUES联合实验室，提供了虚拟教学实践平台，这为“数字电子技术”课程教学改革的开展提供了条件，为推进课程知识与实践运用的结合提供了另一种可能性。
我们利用这个虚拟教学实践平台开展教学改革，要求学生在课外时间配合理论教学的进展，完成一定的电路设计与仿真验证实验，积极提高学生应用所学的理论知识去解决实际问题的能力，激发学生的学习兴趣与热情，改进教学效果。
基于虚拟教学实践平台进行的课程电路设计与仿真验证实验，学生不受场地与耗材限制，在宿合即可实现一个数字电路相关系统的设计与仿真，有效实现理论与实践的结合，同时学生主动投入电子设计实践，达到加强知识交叉应用与拓展学生实践创新能力的目的，极大地激发了学生的学习热情。
二、具体实施过程
“数字电子技术”课程的教学内容主要由以下单元组成：数制和码制，逻辑代数基础，门电路，组合逻辑电路，触发器，时序逻辑电路，脉冲波形的产生和整形电路，半导体存储器，ADC、DAC。
在门电路这部分内容讲完后，我们会安排一次硬件电路实验，主要内容是让学生通过测试波形的各种参数来熟悉实验仪器的使用。与此同时，我们会给学生介绍PROTUES软件，并在课堂上演示这个软件的使用，同时给学生布置一些简单的练习，让他们在课后完成，以达到让学生熟悉这个软件的目的。
此后，根据理论教学内容的进展，除了正常的硬件电路实验外，我们给学生布置以下单元作为课外用PROTUES软件来仿真的数字电路仿真实验。
1.抢答器电路
利用PROTUES软件设计一个抢答器，8个输入，驱动一个数码管显示。
教师讲解电路的逻辑原理，电路设计流程，电路的功能特点。
学生可以在课下利用网上的PROTUES软件按照教师的设计思路自己设计类似的抢答器电路，完成仿真和验证。
2.万年历电路
利用仿真软件或者硬件电路实现一个万年历电路，完成一般时钟的功能外，需要完成天、月、年、星期的计数，并且时间可调。
教师利用PROTUES软件讲解该数字电路的工作过程，讲解时序图，功能实现过程。
课下学生利用仿真软件设计一个类似的万年历电路，完成理论设计和电路功能的验证。
3.555电路构成的充电器
利用555电路连接成一个多谐振荡器，利用振荡器的特点设计一个脉冲充电器，同时在电池电量充满后自动停止。
教师需要讲解555的内部电路结构以及555电路的各种连接，给出一个555充电器的仿真电路；讲解555的工作原理以及充电器工作原理，讲解电池充电的工作过程以及电池充满电后的工作状态。
课下学生利用仿真软件设计一个类似的555电路构成的充电电路。
4.ADC和DAC
利用PROTUES仿真设计一个模拟温度采集电路，利用模拟电压温度传感器LM35，采用ADC0809电路制作一个温度显示电路，将ADC0809模数变换后的电压信号利用组合逻辑电路转换为BCD码驱动七段LED显示温度值。
5.半导体存储器
利用PROTUES仿真设计一个正弦函数发生电路，利用EEPROM存取波形点，计数器循环产生地址，将存储器地址上的数据接入到DAC0832产生一个波形，要求频率可调。
电路仿真实验要分层次进行。前期，学生刚刚学完相关单元的理论内容，对知识点的掌握还不是很熟练，这时教师就要在课堂上演示一些简单的例子，让学生熟悉仿真软件及课程内容。教师在布置课后练习的时候也要把这个练习的设计思路提示给学生，这样学生做起来比较顺利，成就感较强，学习积极性也会提高。到后期，学生对软件及课程内容都比较熟悉了，就可以少讲解，放手让他们自己设计电路并完成整个仿真过程。
三、实施过程中要注意的问题
在利用虚拟实践教学平台进行教学改革的实施过程中，要注意以下几方面的问题。
(1)课程开始后，首先要教会学生使用PROTUES电路仿真软件。“数字电子技术”课程是一门专业基础课，学生在此之前基本没接触过电路仿真软件，因此在课程开始后，就要在课堂上给学生演示这个软件，并对软件做一个比较详尽的介绍，同时布置一些简单的练习，让学生熟悉这个软件。只有这样，后面的电路仿真才能顺利展开。
(2)在理论教学过程中，在讲解例题时，可以适当插入一些与课后的电路仿真实验相关或类似的数字电路，达到启发思路的目的。因为学生的经验较少，难度大了反而会让他们耗费很多时间，不利于学习兴趣的培养。
(3)学生也可以做一些自己感兴趣的电路仿真实验，教师提供相应的协助。
(4)对于学有余力的学生，鼓励他们做一些难度较大的综合性电路仿真实验。
四、结论
虚拟实践教学平台的建立使学生可以不受场地与耗材限制，在宿舍即可实现一个数字电路相关系统的设计与仿真，有效实现理论与实践的结合。从而达到把课堂理论教学、实验室硬件电路实验和软件电路仿真三者结合的目的，极大地激发了学生的学习热情，加深了学生对课程内容的理解，提高了学生的知识应用能力及工程实践能力，改善了教学效果。