面包板電子制作實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)設(shè)計(jì)

(天津市河?xùn)|區(qū)職工大學(xué)，天津 300162)

面包板電子制作實(shí)訓(xùn)課程是學(xué)習(xí)電子技術(shù)的必要環(huán)節(jié)，很多高職院校把該課程做為電子、電氣技術(shù)專業(yè)常規(guī)實(shí)訓(xùn)課程，該課程的開設(shè)有利于學(xué)生掌握電子制作的操作技能、強(qiáng)化學(xué)生動(dòng)手能力、并能夠幫助學(xué)生積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。高等職業(yè)教育的教學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)技能為出發(fā)點(diǎn)，以如何圍繞“以能力為中心”開展，使學(xué)生既具有一定的基礎(chǔ)理論知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，又能重點(diǎn)掌握從事本專業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H工作所需的基本能力和基本技能。該課程的設(shè)計(jì)就運(yùn)用了職業(yè)教育教學(xué)中這一“手腦并用”的教學(xué)思想，將教師講與學(xué)生練有效的結(jié)合，通過(guò)豐富的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、直觀的電路工作狀態(tài)展示、制作成功后的成就感來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，在動(dòng)手實(shí)踐中逐步提高學(xué)生自身的技能水平。下面主要從總體課程設(shè)計(jì)、具體教學(xué)設(shè)計(jì)方案和課程考核標(biāo)準(zhǔn)三個(gè)方面闡述面包板電子制作實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)。

一、總體課程設(shè)計(jì)

該課程共安排16學(xué)時(shí)，平均每2個(gè)學(xué)時(shí)安排一個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，每個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目都經(jīng)過(guò)精心的挑選，主要涉及門鈴、開關(guān)兩種常用類型；制作難度遵循循序漸進(jìn)的原則，隨著教學(xué)進(jìn)度的開展，不斷提高制作的難度，如在制作聲控開關(guān)和光控開關(guān)后，安排制作聲光雙控開關(guān)，其是前兩個(gè)制作的綜合，制作難度明顯提高；采取先分立元器件，再數(shù)字集成電路制作；每個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目都會(huì)引入一個(gè)新的電子元器件，整個(gè)課程基本覆蓋所有常用電子元器件。

表1 總體課程設(shè)計(jì)

二、具體教學(xué)設(shè)計(jì)方案

(一)教學(xué)環(huán)境分析

1.實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)訓(xùn)在電工電子實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行，學(xué)校為每位學(xué)生配置了面包板實(shí)訓(xùn)套件，包括書、面包板、實(shí)訓(xùn)所需電子元器件[四色環(huán)電阻、電解電容、三極管(9012、9013型號(hào))等]、各種顏色導(dǎo)線、儀表(數(shù)字萬(wàn)用表)和工具(剝線鉗、鑷子、一字改錐)。實(shí)訓(xùn)室配備有示波器、信號(hào)發(fā)生器。電路供電可選擇直流穩(wěn)壓電源或4節(jié)五號(hào)電池(學(xué)生自備)，從安全角度考慮，建議選擇電池為電路供電。

2.學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀

我校高職學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較差，對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)熱情不濃，實(shí)訓(xùn)課主動(dòng)性不高，但有個(gè)別學(xué)生動(dòng)手能力較強(qiáng)，在實(shí)訓(xùn)課上能夠積極配合老師，參與到實(shí)際操作中，并較好的完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)。上課紀(jì)律較好，實(shí)訓(xùn)報(bào)告有部分學(xué)生不能按時(shí)上交。因此，鑒于以上這種情況，教師就需要對(duì)學(xué)生做好積極地引導(dǎo)，可以讓操作能力強(qiáng)的學(xué)生在完成自己的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目后，協(xié)助教師指導(dǎo)其他學(xué)生完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)。

(二)教學(xué)目標(biāo)

1.識(shí)圖

讀懂原理圖是進(jìn)行面包板制作的先決條件，只有在了解整個(gè)電路所具備的功能和在裝調(diào)過(guò)程中可能出現(xiàn)的情況后，才能有的放矢的進(jìn)行電子電路的制作與調(diào)試。要讀懂、讀通電路圖需要具備一定的常用電子元器件的基本知識(shí)，如電阻器、電容器、電感器、二極管、三極管等元器件的性能；此外，還需要熟悉掌握常用電子單元電路的基本知識(shí)，如整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路、放大電路、振蕩電路等。在此基礎(chǔ)上，對(duì)于復(fù)雜的電路分析，應(yīng)首先將整個(gè)電路進(jìn)行分解，按照功能和信號(hào)處理順序把電路劃分成若干單元電路，然后明確每個(gè)單元電路所實(shí)現(xiàn)功能及主要元器件的作用。

識(shí)圖的一般規(guī)律與方法：(1)規(guī)律：從左到右、從上到下；從整體結(jié)構(gòu)到局部結(jié)構(gòu)；從核心器件到外圍電路。(2)方法：先找出單元電路的輸入端和輸出端，再分析各單元電路之間的連接情況；先看單元電路的類型，再分析各元器件的作用；先看直流供電電路，再分析交流信號(hào)流程。

2.識(shí)別電子元器件及對(duì)其引腳進(jìn)行相應(yīng)處理

在讀懂電路原理圖后，下一步就是根據(jù)元器件清單找到電路中所用到的各種元器件，并對(duì)其引腳進(jìn)行相應(yīng)處理，以便于插接在面包板上。所需識(shí)別的常用電子元器件主要包括：電阻器(固定電阻器、可變電阻器、光敏電阻器)、電容器(瓷介電容器、電解電容器)、二極管(普通二極管、發(fā)光二極管)、三極管(NPN型、PNP型)、CMOS數(shù)字集成電路(門電路4069、4011；觸發(fā)器4013；計(jì)數(shù)器4017)、其他器件(四位撥碼開關(guān)、揚(yáng)聲器、駐極話筒、繼電器、電池盒)。

3.插接線的制作

在選擇完電路所需的元器件并對(duì)其引腳進(jìn)行相應(yīng)處理后，接下來(lái)就是用導(dǎo)線將這些元器件按照電路圖連接起來(lái)。面包板上元器件之間的連接，除了靠面包板自身的金屬插孔實(shí)現(xiàn)單組垂直方向的連通外，還需要用導(dǎo)線將水平方向的金屬孔位和垂直方向的不同組連接起來(lái)。實(shí)訓(xùn)室提供多種顏色的導(dǎo)線，需要學(xué)生用剝線鉗將導(dǎo)線處理成3cm、5cm、8cm的長(zhǎng)度，其中3cm適用于短距離連接，使用數(shù)量最多，可剪得多些，其他兩種長(zhǎng)度可根據(jù)實(shí)際電路情況進(jìn)行數(shù)量的確定。將剪下來(lái)的導(dǎo)線彎成圓弧形，以方便于單手操作插拔。

4.儀表和工具的使用

在線路連接完成后，下面的工作就是對(duì)電路進(jìn)行功能的調(diào)試，這里會(huì)用到數(shù)字萬(wàn)用表。萬(wàn)用表是在電子制作裝配過(guò)程中必不可少的基本工具，其主要用于元件的檢測(cè)和線路的測(cè)試，所以，熟悉萬(wàn)用表的各項(xiàng)功能并掌握其使用方法對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是十分重要的。除了萬(wàn)用表之外，在電子制作過(guò)程中用到的儀表和工具主要還包括剝線鉗[主要用于剪剝導(dǎo)線，前已談及]、鑷子和一字改錐。

5.學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題能力的培養(yǎng)

若學(xué)生在制作過(guò)程中遇到問(wèn)題，會(huì)給與其一些建議，鼓勵(lì)他們自己動(dòng)腦動(dòng)手去解決，或幾個(gè)人討論去解決，而不是直接告訴他們解決問(wèn)題的方法。這樣不僅可以提高學(xué)生自我解決、分析問(wèn)題的能力，還能夠培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神和團(tuán)隊(duì)意識(shí)，更好的提升學(xué)生學(xué)習(xí)的能力。

下面以用面包板制作觸摸延時(shí)開關(guān)電路(電路圖如圖1所示)為例，介紹課程的開展情況，課程分四部分進(jìn)行：

圖1 觸摸延時(shí)開關(guān)電路原理圖

1.原理講解

(1)電路原理介紹，以表格形式給出，便于分析與比較，如表2所示

表2 電路關(guān)鍵點(diǎn)及器件工作狀態(tài)

演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，可將第1腳和第2腳的引出線相互接觸(相當(dāng)于人體電阻觸摸電極)，即可看到紅色發(fā)光二極管點(diǎn)亮，過(guò)了一段時(shí)間，二極管會(huì)自動(dòng)熄滅，延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短取決于R2和C1的乘積，取值越大，延時(shí)時(shí)間越長(zhǎng)。

(2)新接觸的元器件4011介紹

主要介紹4011引腳排列示意圖，如下圖2所示。

圖2 4011引腳功能排列示意圖

(3)給出元器件清單，如表3所示

表3 元器件清單

2.電路連接演示(學(xué)生參與)

建筑施工普遍存在的特點(diǎn)是規(guī)模大、范圍廣，以至于現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)塵污染的治理難度也相對(duì)較大，同時(shí)，建筑施工還會(huì)涉及到多方面的問(wèn)題不能有效的融合，例如有環(huán)保問(wèn)題、政府規(guī)劃問(wèn)題等等，所以導(dǎo)致施工環(huán)境監(jiān)督帶來(lái)了一定的的困難。同時(shí)，由于缺乏法治化和制度化的監(jiān)督，企業(yè)在施工過(guò)程中并未嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)范、相關(guān)要求，導(dǎo)致了環(huán)境污染問(wèn)題的加速。

一步步演示整個(gè)電路的連接過(guò)程，其間會(huì)提出問(wèn)題，讓學(xué)生分析出最佳連接方案，如VD1和R2電阻的連接，如果這兩個(gè)元件的連接線路設(shè)計(jì)不好，就會(huì)出現(xiàn)第5腳跨過(guò)芯片連接的情況。

介紹元器件連接技巧：(1)從核心元器件入手(此電路首先確定4011的位置)，然后按照信號(hào)的傳輸方向，從左到右連接線路(此電路從第1腳開始連接)。(2)不同單元電路選擇不同顏色的導(dǎo)線[在前期實(shí)訓(xùn)中已經(jīng)強(qiáng)調(diào)過(guò)]。此電路可以從第4腳可以改變連接導(dǎo)線的顏色，這樣做的目的是便于后期錯(cuò)誤的排查。

提示容易出現(xiàn)的問(wèn)題：(1)第7、14腳處理。(2)未用到與非門的處理。

3.學(xué)生自己動(dòng)手連接

在老師的引領(lǐng)下，讓學(xué)生先找到電路所需元器件，然后制作插接線(如果前面實(shí)訓(xùn)中導(dǎo)線夠用，可以省略此步驟或在制作中進(jìn)行)，最后再次提示需要注意的問(wèn)題，如前所述。在學(xué)生制作的整個(gè)過(guò)程中，對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)與答疑。

4.寫實(shí)訓(xùn)報(bào)告

具體內(nèi)容見(jiàn)下面期末考試試卷樣例。

三、課程考核標(biāo)準(zhǔn)

本課程考核采用平時(shí)成績(jī)與期末成績(jī)相結(jié)合的方式，其中平時(shí)成績(jī)占最后學(xué)期總評(píng)成績(jī)的40%，期末成績(jī)占60%。平時(shí)成績(jī)按照每次課完成的實(shí)訓(xùn)情況及實(shí)訓(xùn)報(bào)告情況給予分?jǐn)?shù)，期末成績(jī)也參照這兩部分給予分?jǐn)?shù)，即采取實(shí)際操作與筆試相結(jié)合的方式，具體期末考試試卷內(nèi)容及各部分分值分布情況如下所示，試卷樣例：

用面包板連接如下所示電路，并寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

聲控LED閃爍燈原理圖

元器件清單：

名稱編號(hào)參考數(shù)值名稱編號(hào)參考數(shù)值電阻R12k電解電容C11uF電阻R21M三極管VT19013電阻R310K三極管VT29013電阻R4100發(fā)光二極管LED1紅色駐極話筒MIC—電源BT 3V2節(jié)5號(hào)電池

具體要求如下：

(一)面包板連接要求(共50分)

1.元器件選擇準(zhǔn)確，引腳進(jìn)行相應(yīng)處理，連線規(guī)整，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象正確。(35分)

2.通電前做最終檢查，通電后如果發(fā)現(xiàn)電路工作不正確，出現(xiàn)電池、元器件發(fā)熱等情形應(yīng)立即斷電，對(duì)連接的電路進(jìn)行重新檢查，并檢測(cè)元件是否存在損壞。(10分)

3.實(shí)驗(yàn)完畢后，清理桌面。將所有元器件及工具放進(jìn)實(shí)驗(yàn)盒內(nèi)，只將連接好的面包板放在實(shí)驗(yàn)盒上。(5分)

(二)實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求(共50分)

寫出電路的工作原理。(20分)

寫出實(shí)驗(yàn)過(guò)程及現(xiàn)象。(20分)

寫出裝調(diào)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法。(10分)

綜上所述，本門課程在教學(xué)設(shè)計(jì)上以職業(yè)技能一定要在具體工作實(shí)踐中或模擬條件下的實(shí)際操作中進(jìn)行訓(xùn)練和培養(yǎng)這一特點(diǎn)為原則，讓學(xué)生的主體作用在教學(xué)中得以充分發(fā)揮。按照由易到難、由淺入深、理論與實(shí)踐相結(jié)合、集中與分散教學(xué)相結(jié)合的原則設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，收到一定的效果，學(xué)生反映良好。但也存在一些問(wèn)題有待改進(jìn)，如對(duì)不同接受能力水平學(xué)生的培養(yǎng)、教學(xué)內(nèi)容與模式的改進(jìn)、教師對(duì)實(shí)訓(xùn)過(guò)程的把控、授課學(xué)時(shí)的安排等，這些還需要在今后的教學(xué)中進(jìn)一步加以完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]王曉鵬.面包板電子制作68例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

[2]孫余凱等.電子產(chǎn)品制作技術(shù)與技能實(shí)訓(xùn)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.