“實(shí)作”設(shè)計(jì)研究
——以制作簡易報(bào)警器為例

李廣志，張明芹

（黑龍江職業(yè)學(xué)院，哈爾濱150080）

“實(shí)作”設(shè)計(jì)研究
——以制作簡易報(bào)警器為例

李廣志，張明芹

（黑龍江職業(yè)學(xué)院，哈爾濱150080）

以制作簡易報(bào)警器教學(xué)設(shè)計(jì)為例，可以看出在高職《電子技術(shù)》課程教學(xué)中，運(yùn)用“成果導(dǎo)向教育理念+行動(dòng)學(xué)習(xí)”教學(xué)模式，采用項(xiàng)目教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、行動(dòng)學(xué)習(xí)法，引導(dǎo)學(xué)生制作簡易實(shí)用的電子作品，有助于激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生動(dòng)手解決實(shí)際問題的能力，也為學(xué)生參加各級各類競賽打下良好的基礎(chǔ)，并從中培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)，提升專業(yè)技能。

電子技術(shù)；簡易報(bào)警器；電子作品；成果導(dǎo)向

在高職《電子技術(shù)》制作電子作品（簡稱“實(shí)作”）教學(xué)中，運(yùn)用“成果導(dǎo)向”教育理念（成果導(dǎo)向教育Outcome based education，簡稱OBE，亦稱能力導(dǎo)向教育、目標(biāo)導(dǎo)向教育或需求導(dǎo)向教育）。實(shí)施開放式“教學(xué)做”一體化，讓學(xué)生真正參與，動(dòng)手去感受所學(xué)的知識，達(dá)到學(xué)以致用，真正做到以學(xué)生為中心，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性與積極性，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

在“實(shí)作”選題時(shí)，以“內(nèi)容生活化、教學(xué)過程情境化、手段情景化”為原則，依據(jù)《電子技術(shù)》課程成果導(dǎo)向大綱、評量標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)情境、學(xué)習(xí)策略、學(xué)習(xí)引導(dǎo)文、任務(wù)單、課業(yè)單，準(zhǔn)備所用器材、課件PPT、微課、仿真演示電路等學(xué)習(xí)資料，熟悉學(xué)情合理分好活動(dòng)學(xué)習(xí)小組。

在實(shí)施“實(shí)作”時(shí)，通過下發(fā)學(xué)習(xí)任務(wù)單、設(shè)計(jì)問題與操作方案、實(shí)驗(yàn)探究、制作作品、作品展示等環(huán)節(jié)來完成學(xué)習(xí)任務(wù)，各小組通過資訊、計(jì)劃、決策、實(shí)施、檢查、評估完成作品（項(xiàng)目）的制作。下面以制作簡易報(bào)警器教學(xué)設(shè)計(jì)為例加以說明。

一、制作帶有記憶功能的斷線防盜報(bào)警器

（一）引導(dǎo)問題

1.認(rèn)識D觸發(fā)器，知道復(fù)位、置位的作用；2.觀看Multisim仿真，熟記D觸發(fā)器邏輯功能；3.善用三極管知識區(qū)分飽和導(dǎo)通、截止?fàn)顟B(tài)；4.分析描述R1、R2、R3、二極管在電路中作用；5.說出電磁繼電器、蜂鳴器的工作過程；6.展示作品分享體會(huì)。

（二）實(shí)施過程

本電路制作、調(diào)試簡單，靈敏度高，電路如圖1所示，通過兩根短接的引出線連接某一物品，當(dāng)物品被移動(dòng)時(shí)，導(dǎo)線的短接處被扯斷，電路立即發(fā)出報(bào)警音響。記憶功能是產(chǎn)生報(bào)警后，如再將兩根導(dǎo)線連接上，報(bào)警聲音不能被中斷。

圖1 斷線防盜報(bào)警器

圖1（a）為報(bào)警信號處理電路，電源電壓為5V，CD4013為雙D觸發(fā)器，高電平有效，本電路只用“直接置0端”和“直接置1端”，設(shè)初態(tài)為Q=0，Q=1為報(bào)警狀態(tài)。初態(tài)Q=0通過上電復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)，電容C為0.1微法，電阻R1為1kΩ，R2為10kΩ，電容C和電阻R1構(gòu)成上電復(fù)位電路，按鍵K為手動(dòng)復(fù)位，用于報(bào)警后的復(fù)位。

觸發(fā)器S端接收傳感器送來的信號，當(dāng)1導(dǎo)線和2導(dǎo)線連接構(gòu)成通路時(shí)，S端接地，只要1導(dǎo)線和2導(dǎo)線被分開，處于開路，S端則由于上拉電阻R2的作用變?yōu)楦唠娖剑藭r(shí)觸發(fā)器就由原來的0態(tài)變?yōu)?態(tài)，產(chǎn)生觸發(fā)上升沿，驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路工作，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。

圖1(b)為報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路，KA為5V電磁繼電器的線圈，VT為三極管（9013、9014），HA為3V蜂鳴器，電源電壓為5V，VD為二極管（IN4001），保護(hù)繼電器線圈，觸發(fā)器輸出端Q通過電阻R3（10kΩ）接入三極管基極。電路工作時(shí)，K處于斷開狀態(tài)。當(dāng)1導(dǎo)線和2導(dǎo)線被扯斷時(shí)，S置1，觸發(fā)器Q端輸出1，三極管飽和導(dǎo)通，線圈KA得電，J常開觸點(diǎn)動(dòng)作閉合，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，此時(shí)盜賊將導(dǎo)線接上，仍然報(bào)警，因S端只能“置1”不能“置0”，直到將按鈕K按下，R=1，S=0時(shí)復(fù)位，觸發(fā)器Q端輸出低電平，三極管截止，繼電器線圈失電，常開觸點(diǎn)復(fù)位斷開，報(bào)警聲停止。

二、制作光控報(bào)警器

（一）引導(dǎo)問題

1.測試光敏電阻阻值，定性描述光照度和阻值關(guān)系；2.分析電阻在電路中所起的作用；3.測試分析靜態(tài)工作點(diǎn)；4.調(diào)試電路使蜂鳴器發(fā)聲；5.說明電路工作過程；6.作品展示交流體會(huì)。

（二）實(shí)施過程

1.在白天時(shí)，光強(qiáng)變暗，報(bào)警

在白天光強(qiáng)不變化時(shí)，不報(bào)警，當(dāng)有外人闖入，接近光敏電阻時(shí)，導(dǎo)致光強(qiáng)稍微變暗，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，提醒主人注意。參考電路如圖2所示，R1為10kΩ的定值電阻，R2為光敏電阻，三極管可用9014、9013等，放大倍數(shù)為100～200倍，電源電壓為4.5～6V，電流為10～15mA，電路不用調(diào)試，靈敏度高，當(dāng)有人在光敏電阻附近來回走動(dòng)時(shí)，稍微擋下光，光敏電阻感受到光強(qiáng)的變化，蜂鳴器就發(fā)出報(bào)警聲，人若離開，報(bào)警聲馬上停止。

工作過程分析：光敏電阻R2與電阻R1構(gòu)成了一個(gè)分壓器，當(dāng)光線強(qiáng)時(shí)，光敏電阻R2的阻值相對電阻R1較?。ㄈ?kΩ），則A點(diǎn)電位小于0.7V，從而偏置電壓UBE也小于0.7V，三極管截止，蜂鳴器（B）不發(fā)聲。當(dāng)光線漸暗，光敏電阻R2的阻值相對R1變大，則A點(diǎn)電位升高，當(dāng)偏置電壓UBE大于0.7V時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。

2.在夜晚時(shí)，有光報(bào)警

圖2 光控報(bào)警器

工作電路在圖2的基礎(chǔ)上，將電阻R1和光敏電阻R2互換位置，其他所有參數(shù)都不變，當(dāng)有外人到來時(shí)，用打火機(jī)、或手機(jī)的光接近光敏電阻時(shí)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，提醒主人注意，只要在光控報(bào)警器所在的空間內(nèi)，打開白熾燈或日光燈，有光時(shí)，蜂鳴器就發(fā)出報(bào)警聲。

三、制作溫度報(bào)警器

本電路制作、調(diào)試簡單，靈敏度高，如發(fā)生火災(zāi)時(shí)，環(huán)境溫度升高到50℃以上時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警，參考電路如圖3所示，74LS04非門，Rp為10kΩ電位器或電阻箱，Rt負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，標(biāo)稱值為4kΩ。首先按圖將元件插接在面包板上，接上5V電壓，常溫下，調(diào)試電位器Rp，蜂鳴器不發(fā)聲，將Rt置入50℃溫控加熱爐中，調(diào)試電位器Rp，當(dāng)阻值在6～7 kΩ時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警，再將元件焊接在萬能板上，熱敏電阻用導(dǎo)線固定在萬能板上。熱敏電阻可放在廚房或老年人的房間內(nèi)。其工作過程：當(dāng)溫度升高，Rt阻值減小，非門輸入端A電勢升高達(dá)到高電平，Y輸出端為低電平，蜂鳴器通電發(fā)出報(bào)警聲，Rp阻值不同報(bào)警溫度不同。如果在環(huán)境溫度越高時(shí)報(bào)警，應(yīng)將電位器Rp阻值調(diào)小，因非門輸入端A達(dá)到高電平，熱敏電阻端電壓越小，其阻值就越小，環(huán)境溫度就越高；如果變成了低溫報(bào)警，是熱敏電阻Rt和電位器Rp互換了，因?yàn)闇囟冉档蜁r(shí)，Rt阻值增大，非門輸入端A達(dá)到高電平，Y輸出端為低電平，蜂鳴器通電發(fā)出報(bào)警聲。

圖3 溫度報(bào)警器

通過設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案，引導(dǎo)學(xué)生制作，作品展示，反饋評價(jià)，培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手操作能力，創(chuàng)新思維能力。學(xué)生在實(shí)施項(xiàng)目制作過程中，主動(dòng)積極、參與度高，學(xué)生將作品用于家中，作為家用報(bào)警器，通過“實(shí)作”，學(xué)生能用所學(xué)的理論知識分析、解決實(shí)際問題，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，形成初步的操作技能，收到良好的效果。

[1] 湯光華，宋 濤.電子技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：14.

[2] 楊 欣，王玉鳳，劉湘黔.電子設(shè)計(jì)從零開始[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010：42-44.

[3] 劉佳魯.電子產(chǎn)品原理安裝與調(diào)試[M].北京：中國水利水電出版社，2014：45.

［責(zé)任編輯：馬 欣］

G712

A

1005-913X（2016）11-0158-02

2016-09-18

李廣志(1966-)，男，哈爾濱人，副教授，研究方向：電子電路、電氣控制；張明芹(1968-)，女，哈爾濱人，副教授，研究方向：自動(dòng)控制。