基于應(yīng)用的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程改革與實(shí)踐

鄧文婷

(廣州大學(xué) 實(shí)驗(yàn)中心，廣東 廣州 510006)

電子技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展迅速，傳統(tǒng)的電子實(shí)驗(yàn)課程在內(nèi)容安排和實(shí)驗(yàn)設(shè)置上存在與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)的情況，各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間相對(duì)獨(dú)立，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)。通過實(shí)踐教學(xué)，本文發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)明顯附屬于理論教學(xué)，主要是通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證和加強(qiáng)對(duì)部分理論知識(shí)點(diǎn)的理解，在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生往往是遵照指導(dǎo)老師講授的實(shí)驗(yàn)步驟機(jī)械地完成實(shí)驗(yàn)，屬于被動(dòng)地接受知識(shí)，不利于學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題；學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束之后，對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如何與工程實(shí)際應(yīng)用接口基本不清楚，更無從去談創(chuàng)新[1]。針對(duì)此種現(xiàn)狀，本文從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)手段和設(shè)備以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法三個(gè)方面進(jìn)行研究，并通過對(duì)一個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行改良作為案例進(jìn)行了分析。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

如果實(shí)驗(yàn)內(nèi)容只是對(duì)理論的驗(yàn)證，那么學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣和積極性將大大減少，這就提出了電子產(chǎn)品上講臺(tái)的教學(xué)理念。電子產(chǎn)品上講臺(tái)就是將科研中制作的電子系統(tǒng)和生活生產(chǎn)中所接觸到的電子產(chǎn)品搬上講臺(tái)，結(jié)合課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解[2－3]。

如何將復(fù)雜的電子產(chǎn)品電路進(jìn)行改良，以便實(shí)現(xiàn)教學(xué)的目的，是對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整時(shí)的關(guān)鍵。智力競賽搶答器是廣州大學(xué)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程中的一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，作為綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，它是將學(xué)生從知識(shí)點(diǎn)引入到深度理解及應(yīng)用的一個(gè)階段。該實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)實(shí)生活有了很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，學(xué)生對(duì)其結(jié)構(gòu)和功能實(shí)現(xiàn)是比較感興趣的。

目前市面上的搶答器種類豐富，價(jià)格從一百多元到幾千元不等，在功能上也從普通的搶答提示延展到了無線遙控、大型液晶顯示屏等高端配置。但是不管配置如何高端，搶答器的最基本功能和實(shí)現(xiàn)原理基本還是一致的，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鎖存、顯示、復(fù)位，聲音提示、倒計(jì)時(shí)等功能。廣州大學(xué)原有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在進(jìn)行內(nèi)容設(shè)置時(shí)僅從實(shí)驗(yàn)的角度出發(fā)，將一些功能電路進(jìn)行組合和搭建，湊成集多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)，而忽略了實(shí)驗(yàn)電路作為實(shí)際應(yīng)用的可行性要求，例如:原智力競賽搶答裝置項(xiàng)目中設(shè)置的搶答按鈕為撥動(dòng)開關(guān)，每次搶答完畢需要自行將撥動(dòng)開關(guān)復(fù)位，而實(shí)際應(yīng)用中，搶答人員是無須進(jìn)行此類操作的，因此，電路中必須添加鎖存部分電路，才能與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合[4－5]。

基于此種情況，為了使原有電路與實(shí)際應(yīng)用更緊密地結(jié)合起來，本文對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了修訂，對(duì)電路進(jìn)行了改動(dòng)，具體電路如圖1和圖2所示，考慮到課內(nèi)學(xué)時(shí)數(shù)的限制，倒計(jì)時(shí)部分沒有在實(shí)驗(yàn)中涉及。智力競賽搶答器實(shí)驗(yàn)電路由多個(gè)模塊組成，如圖3所示。經(jīng)過改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容既能實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)教學(xué)又能兼顧能力培養(yǎng)，通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)之前學(xué)習(xí)過的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了復(fù)習(xí)，對(duì)已學(xué)知識(shí)有了系統(tǒng)性的把握，明白了一個(gè)完整的應(yīng)用電路是由多個(gè)分立的功能電路搭建而成，對(duì)每個(gè)功能電路的應(yīng)用范圍有了更清晰的認(rèn)識(shí)，也對(duì)功能電路之間的接口如何進(jìn)行連接有了更深的理解，激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣[6]。

圖1 智力競賽搶答器實(shí)驗(yàn)控制電路

圖2 智力競賽搶答器實(shí)驗(yàn)脈沖電路

圖3 智力競賽搶答器實(shí)驗(yàn)電路單元模塊

2 實(shí)驗(yàn)手段和設(shè)備

現(xiàn)今大部分高校使用的都是教學(xué)設(shè)備廠家提供的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。為了減輕實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的負(fù)擔(dān)，大部分的元器件都是焊接固定好的，電路搭建的靈活性較差；此外，普通實(shí)驗(yàn)設(shè)備中采用的往往是傳統(tǒng)的電子器件，對(duì)新器件、新標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用不夠及時(shí)[7]。電子產(chǎn)品如果搬上了講臺(tái)，這就要求實(shí)驗(yàn)設(shè)備具有更好的獨(dú)立性和功能擴(kuò)展性，自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備可以較好地解決這一問題[8]。

智力競賽搶答器原實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采取的是面包板加分立元件的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在實(shí)踐教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，由于該項(xiàng)目用到的芯片較多，面包板上插線非常亂，一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤，往往造成全盤皆錯(cuò)的情況；另外，由于是4個(gè)課時(shí)的實(shí)驗(yàn)，面包板可讓學(xué)生帶回宿舍連線，而學(xué)生在上下課途中，經(jīng)常會(huì)不小心掉了一兩根線，這種情況下學(xué)生完全無從查起，因此耗費(fèi)了太多的時(shí)間在連線上面，而不是實(shí)驗(yàn)本身。鑒于此種情況，本文自行開發(fā)設(shè)計(jì)了 “智力競賽搶答器實(shí)驗(yàn)板”，如圖4所示。該實(shí)驗(yàn)板體積較小，適合攜帶，設(shè)置有電源接口、多個(gè)芯片接口、LED燈接口、數(shù)碼管接口、輕觸開關(guān)接口等，同時(shí)，為了保證學(xué)生對(duì)分立元器件的認(rèn)識(shí)和使用，還設(shè)有面包板以供學(xué)生搭建電路；為了方便學(xué)生在課后也能進(jìn)行調(diào)試，該實(shí)驗(yàn)板還設(shè)置了電池盒接口和穩(wěn)壓電路，學(xué)生只需連上電池盒，即可在宿舍進(jìn)行調(diào)試。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備如何做到開放化、模塊化和實(shí)用化，是自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備時(shí)需要考慮的問題，自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)一定要以學(xué)生的 “能力培養(yǎng)”為主線，這樣才能有助于提高學(xué)生的動(dòng)手和創(chuàng)新能力，有助于實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

翻轉(zhuǎn)課堂模式發(fā)起于美國，所謂翻轉(zhuǎn)課堂，即對(duì)傳統(tǒng)課堂的教學(xué)結(jié)構(gòu)和流程進(jìn)行重組。傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，主要是教師在課堂上講解和傳授知識(shí)，而學(xué)生在課外去練習(xí)和消化學(xué)習(xí)內(nèi)容；在翻轉(zhuǎn)課堂的形式下，兩個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生的地點(diǎn)剛好相反，學(xué)生主要在課外對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，而在課內(nèi)通過教師指導(dǎo)和學(xué)生溝通來完成知識(shí)的內(nèi)化[9－10]。

實(shí)驗(yàn)前，指導(dǎo)老師將 “蒙版實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書”發(fā)給學(xué)生，所謂 “蒙版實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書”與普通實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的區(qū)別在于，指導(dǎo)書中會(huì)介紹各個(gè)功能電路的功能，給出大部分功能電路的詳細(xì)電路圖，而有一二個(gè)功能電路的詳細(xì)電路則被隱藏，需要學(xué)生自行思考和設(shè)計(jì)。

例如，智力競賽搶答器要求當(dāng)按下?lián)尨鸢粹o時(shí)，數(shù)碼管即顯示對(duì)應(yīng)的按鈕編號(hào)。由于顯示部分采用的是BCD碼譯碼顯示電路，所以，在此之前，需要將控制部分D觸發(fā)器的4個(gè)輸出端Q1、Q2、Q3、Q4的狀態(tài)譯成BCD碼，以作為BCD譯碼顯示電路的輸入。這里考核的是學(xué)生對(duì)組合邏輯電路的掌握程度，該譯碼功能電路要求學(xué)生自行設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中只對(duì)功能提出要求，具體電路做蒙版處理，如圖5所示。

圖5 智力競賽搶答器譯碼 “蒙版”電路

回到實(shí)驗(yàn)課堂上，以學(xué)生為主體，對(duì)隱藏的功能電路進(jìn)行討論，給出一二種解決方案，教師對(duì)電路進(jìn)行點(diǎn)評(píng)后，學(xué)生在課堂上對(duì)電路進(jìn)行搭建和調(diào)試，遇到問題和教師進(jìn)行及時(shí)溝通，以對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整。課后，學(xué)生可將實(shí)驗(yàn)板帶回宿舍繼續(xù)進(jìn)行調(diào)試，在下堂課時(shí)再繼續(xù)完成實(shí)驗(yàn)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生一直處于探索的狀態(tài)，對(duì)解決問題充滿了興趣，而實(shí)驗(yàn)也不局限于課堂上，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、動(dòng)手能力和在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力[11－12]。

4 結(jié)束語

電子產(chǎn)品上講臺(tái)是電工電子實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革的一個(gè)重要方向，將現(xiàn)實(shí)中的電子產(chǎn)品與課程的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)合的教學(xué)形式有利于提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，使之進(jìn)一步體會(huì)到知識(shí)的關(guān)聯(lián)性和系統(tǒng)性。在實(shí)施的過程中，由于關(guān)系到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)手段，以及教學(xué)方法多方面的改良，還需要充分調(diào)動(dòng)教師的積極性，鼓勵(lì)教師參與到實(shí)驗(yàn)課程改革中來。

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