摘要：中学信息技术课程中计算机电路部分内容较为抽象、复杂，学生在缺乏实验的情况下理解困难，教学效果欠佳。针对上述问题，引入Edison仿真软件并采用任务驱动教学法展开教学实践，结合实际案例阐述了应用的方法步骤，初步验证了其在提高学生的感性认知，激发学习兴趣方面起的积极作用。
关键词：信息技术课程；计算机电路；Edison软件；任务驱动
中图分类号：G434文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012) 03-0741-02
The Edison Software in the Information Techology Course in Middle School
LIAO Rong-ping
(Peiying School of Longchuan, Heyang 517300, China)
Abstract: The computer circuits part of middle information technology course is abstruse and complicaty.It’s hard to understand without experiments for students.The teaching effect is also discontented.This paper introduces a new teaching method which combine Edison soft? ware with task-based teaching method.This paper also introduces the steps of the application based on case study.It can enhance students’sensibility cognition and stimulate students’interest on information technology course.
Key words: information technology course; computer circuit; Edison software; task-based teaching method
中学信息技术课程是一门主要以培养学生对信息技术的兴趣和意识，让学生了解和掌握信息技术基本知识和技能，了解信息技术的发展及其应用对人类日常生活和科学技术的深刻影响的必修课程。根据中小学信息技术课程指导纲要，课程必须在中学阶段要求学生理解并掌握计算机硬件及其基本工作原理。该部分的教学内容涉及到计算机电路、计算机组成原理等内容，其中计算机电路是学习整个计算机硬件的基础内容，涉及初等模拟电路、简单电路分析、组合逻辑电路、时序逻辑电路和数字电路系统等内容。该部分的内容相对于中学生来说较为抽象，在缺乏实验的情况下，学生理解较为困难。实验教学可帮助学生理解抽象的科学原理，培养学生的动手能力和解决问题的能力，但由于我国的中学于经费、场地、安全等原因的限制，真实实验难以全面开放。国内有学者提出采用EWB、multisum、Proteus、Protel等电路仿真软件来开展仿真实验教学，增加学生的感性认识，弥补不足。但是上述软件均较为复杂，设置项目繁多，且结果不够形象直观，并不适用于中学信息技术课程的计算机硬件电路部分教学。针对上述问题，本文提出了引入Edison电路仿真软件，并采用任务驱动教学法，在中学信息技术课程中开展仿真实验教学。该方法能将理论形象化、直观化，提高认知能力，帮助学生有效地掌握知识、理解原理和探求规律，培养学生的学习兴趣，激发学生自主学习动机[1]。
1 Edison软件对中学信息技术课程的适用性
Edison是匈牙利Designsoft Inc.设计推出的专门适用于电子学、计算机科学初学者的仿真分析、设计软件。将Edison软件应用于中学信息技术课程主要是因为其具有以下特点[2-4]：
1）有极其逼真的仿真效果
Edison软件仿真具有双操作视窗，左边的视窗是立体声、光实验室，右面视窗是电路图分析器，能使学生同时把实物接线图和电路原理图进行对比。Edison软件的仿真元器件外形接近实物，且呈现三维造型，其仿真过程更具有十分逼真的声、光多媒体效果，能使学生有如亲临实验室操作的感受。例如，在电路中有会发光的灯泡，通过电路参数的调整可以清楚地看到灯泡发光强弱的变化；再如，启动电动机可以看到其转动的快慢及运转方向，并可听到电动机运转的声音，具有逼真的现场感。
2）设计了自动修复损坏电路的功能
对于初涉实验室的中学学生，在实验过程中消学生有意或无意的损坏实验设备是常有的事情，对破坏进行感性认知，也是培养学生严谨、客观的科学精神的必由之路。但由于教学实验经费、场地、安全等的因素，通常在中学信息技术课程实验教学中总是采取各种手段避免学生破坏实验设备，而展示破坏性的演示实验也通常不予安排，这就使得学生对特殊的具有破坏性的实验情况难以观察与学习。为此，Edison软件专门安排了自动修复损坏电路的功能，学生可通过维修菜单栏对受损电路进行自动修复。如，加大电源电压，当负载电压超过其额定值时，负载会烧毁并发出异常的响声及冒烟，此时可通过维修菜单栏的工具对其维修，使负载恢复正常。该功能，弥补中学实验仪器、元件少的不足，避免了由于学生操作不慎所造成的元器件烧毁或仪器、仪表损坏所带来的损失，节约实验经费，提高了实验效率。
3）提供了大量的演示样例
在Edison中提供了逻辑门电路实验、晶体三极管实验、发光二极管实验、定时器（555）实验、电机实验、运算放大器实验、示波器实验、电阻器实验、电容器充电实验等13个实例演示，实验内容基本涵盖了中学信息技术课程中计算机电路部分教学的需求，同时也为学生快速掌握Edison软件的使用和各种元器件的调用方法及参数设置提供了有力的帮助。
4）具有完备的电路分析功能
Edison提供了直流分析、交流分析、瞬时分析、数字步进、数字计时分析等功能，并能产生相关的模拟波形，使实验结果可以以图表的形式输出，十分直观。Edison软件除了电路分析外，还能提供一般电路模拟软件所不具备的方程式，自动给出测试数据的理论推导公式。这些也是计算机电路分析的基本需求，便于学生根据实验得出定量的结果。
2结合任务驱动教学法的教学案例
为了收到较为理想的效果，在中学信息技术课堂中采用Edison软件进行仿真实验，宜结合任务驱动式的教学法展开教学。
任务驱动教学法是一种建立在建构主义教学理论基础上的教学法[5]，以探索问题来引导学习者的学习动机和维持学习兴趣，将所要学习的新知识隐含在一个或几个任务中，学生通过对任务进行分析、讨论，明确它大体涉及哪些知识，并找出其中的新知识，然后在教师的指导、帮助下找出解决问题的方法。在学生带着具体的任务学习，完成“任务”的过程中，培养学生分析问题、解决问题的能力[6]。中学信息技术课堂里的计算机电路实验为相对而言较为艰深、抽象、实践性强，教师宜将教学内容中的关键知识点分解成若干个小模块，针对学生实际水平和仿真平台环境，设计出一个个任务，让学生来逐个完成，就能让学生在具有明确目标的任务驱动下，自发地学习计算机电路知识，分析问题，体验学习的乐趣，在任务的完成过程中其小组合作学习意识、实验探究能力等信息素养将会得到很好的锻炼和提升。
任务驱动教学法通常由“分析－查阅－实施－评价－修改”五个教学过程来完成。本文以“逻辑门电路的探究”实验为例，阐述这种利用Edison仿真软件并结合任务驱动教学法展开教学的实施过程。
“逻辑门电路的探究”主要教学目的是令学生了解并掌握计算机电路中最基本的三种逻辑门电路，即与门、或门、非门。为此，教师可将整个教学内容细化，分解为下列具体任务：三种逻辑门电路的符号是什么？它们的基本功能是什么？对应的中规模集成芯片有哪些？测试三种逻辑门的电路图是如何的？如何在Edison仿真软件上构建测试电路？理论上的实验结果是什么？在Edison仿真软件上观察到的实验现象是什么？是否与理论上的实验结果一致？若不一致的话，是为什么？该怎么办？
1）分析。教师布置具体任务后，应积极引导学生对任务进行具体分析，找准任务的重点和难点，鼓励他们积极思考，充分发挥发散性思维能力，提出解决任务的大致步骤及方案。本案例的重点和难点是如何构建测试逻辑门电路的电路图，其主要任务也在于此。
2）查阅。分析清楚主要任务后，学生可分头去查阅图书资料、也可借助互联网在网上发掘相关内容，借鉴他人的思路、想法和经验。本案例学生主要查阅的内容是测试逻辑门的电路图、了解电路的原理、列出所需元件的清单、了解构成该电路的芯片、发光二极管等元件。经过该过程后，学生可进一步明晰自己的任务。
3）实施。学生画出自己设计好的电路图，经过小组成员和任课教师初步检查后，在Edison仿真实验平台上搭建实验电路，展开实验仿真，观察并记录实验结果。图1为在Edison软件中仿真与门的测试电路与仿真实物图。该电路由一片2输入四与门芯片74LS08构成。电路中，用开关来控制输入端的逻辑电平，用一个串联了220欧姆限流电阻的发光二极管来展示输出电平，电源由电池组提供。Edison仿真软件可以三维的逼真实物模拟实际电路，学生可以用鼠标直接点击开关控制其通断，并通过观察发光二极管的发光情况获知逻辑门电路的输出。实验要求学生记录仿真结果并与理论结果做对比，判断是两者是否一致。
4）评价。学生将在Edison上完成仿真电路展示给教师，教师针对学生的成果认真给予评判，指出可取之处，也指出需待改进之处，同时提出合理的建议。例如，本案例中，学生在初步的仿真方案中没有将发光二极管的限流电阻加入，教师可进一步提示：发光二极管的正常工作电流是多大？通过Edison中提供的虚拟仪器直接测量得到的仿真电路中通过发光二极管的电流大小？比较二者的差异，探讨可能发生的破坏性结果，提示学生思考解决方案。
5）修改。学生对发光二极管电流超过额定值的提出解决方案，并进一步进行仿真，最终得到如图1的仿真结果。学生在总结修改过程中感性认识和理性认识都得到了强化和提高。
（a）仿真实物图（b）逻辑电路图与接线图
图1 Edison仿真的逻辑门电路实验
3结束语
Edison软件由于其在仿真过程中体现出来的真实性、易用性、趣味性，为学生提供了一个自主学习和探究的虚拟空间，非常适合我国的中学信息技术课程的教学。利用该仿真软件并结合任务驱动教学法能有效地提高学生的感性认知，激发学习兴趣，取得较为理想的教学效果。当然，仿真实验并不能完全替代实物实验，如何将两者进行有机地融合，是下一步研究和探讨的关键问题。
参考文献：
[1]王惟信,莫志衡.Edison立体声光实验室[M].北京:人民邮电出版社,2002:1-24.
[2]王琦.Edison软件在电子技术课程教学中的应用[J].电气电子教学学报,2002,24(5):88-89.
[3]赵玉安,叶征莲.EDISON爱迪生—电学和电子学多媒体实验室介绍[J].电子制作,2002(11):57,60-62.
[4]刘立新,胡刚.Edison仿真分析在电学实验中的应用[J].中国教育技术装备,2004(5):7-9.
[5]何克抗.建构主义——革新传统教学的理论基础,学校教育现代化建设[M].北京:中央广播电视大学出版社,1998:26-85.
[6]于复生,张芃,范文利.任务驱动教学法在机电一体化系统设计教学中的实践与探索[J].电气电子教学学报,2004,26(1):51-53.