首页 -> 2007年第2期
应用ＥＷＢ软件促进教学方法创新
作者：周 玲
关键词：EWB软件；教学方法创新；仿真教学法；再实践教学法
EWB（Electronics Workbench，电子工作平台）软件是加拿大Interactive Image Technologies公司于上世纪90年代初推出的电子工程师仿真工作室，又被称为电子电路仿真的虚拟电子工作台软件。EWB软件具有这样一些特点：（1）可采用直观的图形界面创建电路。在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，组成电路图所需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。（2）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。（3）EWB软件带有丰富的电路器件库，它提供了示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器、万用表等仪器、仪表工具。它的器件库中还包含了许多晶体管元器件，集成电路和数字门电路芯片。提供多种电路分析方法。（4）作为教学工具，EWB还是一个优秀的电子技术学习训练工具。它的仿真功能十分强大，能仿真出真实电路的结果。利用它提供的虚拟的元器件和仪器可以实验室中更灵活地进行多媒体教学和电路实验，仿真电路的实际运行情况，分析电路的工作原理，熟悉常用电子仪器测量方法。
高职教学方法必须创新
高职毕业生的知识技能必须与就业实现零距离接轨。要实现毕业和就业零距离接轨，高职教学必须创新，它包括教学计划、教学大纲、教材、教学方法的创新，关键是提高毕业生的就业素质，而学生就业素质的关键问题是如何能使知识和技能成为学生的第二本能。这里所说的第二本能不是指先天性本能，而是后天形成的具有稳定性的条件反射式的技能。根据素质教育专家周荫昌教授的理论，要形成第二本能，必须经过从培养认知层面素质发展到认识层面素质，再发展到自觉实践层面素质后才能形成第二本能。高职教学创新正是面向高职学生实施大量的自觉再实践，促使学生不但主动学习知识和技能，并且通过自身的自觉再实践，使这种知识和技能成为自身的第二本能，也就是高职学生的就业素质。
教学方法是指为了完成一定的教学任务，师生在教学活动中采取的教学方式和手段的总称。它既包括教师教的方法，也包括学生学的方法，是教授方法和学习方法的统一。现行的教学方法主要有讲授法、谈话法、讨论法、读书指导法、演示法、参观法、练习法、实验法、实习作业法、复习法、发现法、程序法等。职业教育的特点是强化理论联系实际，它要求教学方法必须多样化。在以往的教学中，由于传递信息的媒体单一和传递方法单调，教师不能集多种教学方法于一身或任意切换教学方法进行教学。演示法、参观法、实习作业法等虽然能够大大增强学生的感性认识，在很大程度上弥补了讲授法的缺陷，但是它们仍受时空、教学组织形式、安全性等多种客观条件的制约。因此，许多教师不得不把许多应“做”的学习变成“抽象”的学习，并采取讲授法或图示弥补的方法，但这很难收到理想的教学效果。随着社会发展引起的教学内容、教学价值观、教学技术手段的变化以及教学工作对效率和质量的追求，教学方法的改革成为必然。当前的教学方法改革要求重视发展学生的智能，培养自学能力和创造能力；重视发挥教师的主导作用，提高学生的主体地位；重视研究教法和学法的有机结合，突出情感在教学中的作用。特别在高职教学中突出学生的自觉再实践，形成学生的第二本能。
应用EWB软件实现教学方法的创新
EWB由于具有强大的仿真功能，它为教师教学方法的创新提供了广阔的工作平台。笔者根据几年来使用EWB的实践，总结出教学方法的几种创新做法。
“抽象”逆转教学法如前所述，在传统教学中，由于受时空、教学手段、教学组织形式等多方面的限制，教师不得已将许多应“做”的知识变成“抽象”的内容，不少教学内容成了“看不见、摸不着”的神秘知识。如交流电路中，纯电感电路中电压uL导前电流i90°，纯电容电路中电压uC滞后电流i90°，它们的这种客观存在的相位关系，教师只能利用正弦交流电量对时间的微分d/dt（UmSinωt）或d/dt（ImSinωt）的推导、分析得出。这种教学模式存在以下弊端：（1）当课程设置安排不当时，《电工》或《电路基础》课教授到“交流电路”时，《高等数学》课教学若滞后，教师将无法用微分方法推导、分析不同参数交流电路中电压电流的相位关系。（2）即使学生学过了微分，用此方法讲授，学生仍然难以理解，造成接受知识的障碍。因此，该内容是教师教和学生学的共同难点。那么，如何将抽象内容变为生动形象的内容呢？我们可以借助EWB的仿真功能。通过图1、图2，学生能从示波器看到电压、电流相位差的客观存在，通过图2中各电压表显示的电压值，能观察到RLC串联电路中各电压间的关系。在让学生充分观看、比较的基础上，教师辅以必需的分析讲解，教学目的也就达到了。
多角度仿真教学法以往在《数字电路》课讲授“计数器”工作原理和应用时，都是通过分析状态方程、列出状态转换表、画出波形图来讲授。学生被动地接受，不能多角度地观察到“计数器”工作原理“显像”。利用EWB构成图3所示的同步四位二进制（即一位十六进制）加法计数器，通过图中的彩灯、数码显示器、逻辑分析仪，多角度、多种形式显示出“计数器”的工作原理：（1）计数器工作特点，低位的各触发器输出全为“1”时，高位的触发器才加“1”；（2）4位触发器输出状态变换规则是：0000—0001—0010—0011—0100……1111—0000；（3）计数器具有分频作用，高位触发器输出信号频率fi是相邻低位触发器输出信号频率fi-1的1/2，即fi=1/2fi-1；（4）计数器的作用是累计输入信号CP个数。应用EWB讲授《数字电路》可使各元件、器件的工作原理变为多角度、多方式可视，使学生学得轻松、愉快，激发了学生的兴趣，加深了他们的印象。
仿真探究式学习教学法探究式学习是一种积极的学习过程，主要是指让学生在学习过程中自己去探索问题的学习方式，就是让学生自己思考怎样做？做什么？而不是让学生被动地接受教师给出的现成结论。在运用探究式学习教学法时，首先必须向学生提供进行观察、实验、分析、交流、争论、研讨、归纳等活动空间。以往的教学法中，受时空、设备、环境等多种条件限制，难以实现真正意义上的“探究式学习”。EWB软件的应用，可为学生提供进行探究式学习所需的仿真虚拟时空、设备环境诸多条件。以往在讲授运算放大器构成的各种运算电路的工作原理时，都是从“虚断”I+=I-=0和“虚短”V+=V-来进行分析。而学生往往对“虚断”、“虚短”不理解，对教师应用“虚断”、“虚短”分析运算电路工作原理感到乏味，对分析的结果表示怀疑和困惑。因此，教师往往感到事倍功半。将EWB应用于运算放大器教学中，可使教师和学生冲出以往的困境，让学生进行探究式学习。通过图4的仿真实验，学生自己观察到运算放大器“虚断”、“虚短”的存在。进行图5的仿真实验，从三个电压表观察到当改变Ui1、Ui2和Rf的大小时输出电压U0的变化，再分析、比较三个电压表的读数，就比较容易地得出“当R1=R2=R时，U0=-Rf/R（Ui1+Ui2）”，并得出图5所示的电路是一个“反相加法运算电路”。
仿真再实践教学法如前所述，要使高职院校学生实现毕业和就业零距离接轨，高职院校必须创造条件让学生进行再实践，使他们的知识和技能形成自身的第二本能。再实践的方法、途径多种多样，应用EWB让学生再实践就是一种好的方法，它比一个真实的实验室更具优越性：（1）它提供的元器件、仪器、仪表足够多，而且它们的性能参数可根据需要设置；（2）应用EWB实验不怕电路出错，不怕仪器、仪表使用出错，错了只是电路不能正常工作或不能测试，绝不会损坏设备和仪器；（3）应用EWB可让学生自己设计电路并进行试验：（4）一次未完成的试验、实验，可将电路“保存”，下次“打开”再进行，不受时空的限制。以往教学中，在实验室做实验受时空、安全、经费的限制，教师在实验前给学生提出很多约束条件。学生只能在教师指定的框框内完成实验。如做图6所示“整流电路”实验时，学生为了避免烧坏整流二极管、整流变压器等元器件时，只能被动地依葫芦画瓢去完成。应用EWB做实验可让学生放手去做，而且还可让学生模拟现实去再实践。
通过几年来应用EWB软件的教学实践，笔者深刻体会到，应用EWB软件，不仅增强了学生的学习兴趣，提高了他们的素质，而且促进了教学方法的创新和课程教学质量的全面提高。