影響數(shù)字電子技術(shù)課程實(shí)訓(xùn)效果的相關(guān)因素探析

田 逸

（蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，江蘇蘇州，215009）

影響數(shù)字電子技術(shù)課程實(shí)訓(xùn)效果的相關(guān)因素探析

田 逸

（蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，江蘇蘇州，215009）

本文通過列舉四個(gè)班級(jí)在不同條件下開展同一個(gè)數(shù)字電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目所產(chǎn)生的有關(guān)數(shù)據(jù)，比較分析了影響實(shí)訓(xùn)效果的相關(guān)因素及作用大小，揭示了這些相關(guān)因素與實(shí)訓(xùn)效果的內(nèi)在聯(lián)系，為實(shí)訓(xùn)課的有效開展提供了有價(jià)值的參考。

數(shù)字電子技術(shù)；實(shí)訓(xùn)效果；影響因素

0 引言

數(shù)字電子技術(shù)（以下簡稱數(shù)電）及其實(shí)訓(xùn)課是應(yīng)用電子技術(shù)、電子信息技術(shù)等專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課與重點(diǎn)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，它的開展效果直接關(guān)系到專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量，其重要作用和顯著的地位已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)同。

如何才能有效地開展好數(shù)電實(shí)訓(xùn)課程？數(shù)電實(shí)訓(xùn)的開展效果與那些因素相關(guān)？相關(guān)程度是多少？搞清上述問題可以幫助教師或教學(xué)管理者更好的組織安排好這一關(guān)鍵教學(xué)環(huán)節(jié)，因此對(duì)上述問題的回答具有重要的實(shí)際意義。

表1. 數(shù)電實(shí)訓(xùn)相關(guān)數(shù)據(jù)記錄表

本文根據(jù)多年的數(shù)電實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)踐，選取、綜合與規(guī)納了A、B、C、D四個(gè)班級(jí)在不同的條件下開展同一實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目所產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。這些不同的條件也就是可能對(duì)實(shí)訓(xùn)效果產(chǎn)生影響的因素包括：班級(jí)文理科生的比率，實(shí)訓(xùn)周的時(shí)間安排，相關(guān)實(shí)訓(xùn)的開展，理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容與形式，元器件使用年數(shù)等。通過比較上述因素對(duì)實(shí)訓(xùn)作品成功率的影響，來分析它們與實(shí)訓(xùn)效果關(guān)聯(lián)程度的強(qiáng)弱，從而揭示出它們內(nèi)在的聯(lián)系與影響，為數(shù)電實(shí)訓(xùn)課的安排與開展提供參考。

1 典型的數(shù)電實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目與操作模式

表1所記錄的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目是由CMOS電路所構(gòu)成的簡易數(shù)字鐘，圖1顯示了其原理框圖。它具有秒分時(shí)的計(jì)數(shù)與顯示功能，振蕩電路生成2Hz的脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)二分頻電路產(chǎn)生秒脈沖。校時(shí)校分電路由三個(gè)雙聯(lián)帶自鎖的開關(guān)與連線組成，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的校準(zhǔn)時(shí)間的功能。該項(xiàng)目覆蓋了數(shù)電理論中多個(gè)高價(jià)值的知識(shí)點(diǎn)，工作量的大小適合一周（24學(xué)時(shí)）的實(shí)訓(xùn)，且難度適中而被廣泛采用。因此可以說它是一個(gè)具有代表性的典型實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

圖1. 由CMOS集成電路組成的簡易數(shù)字鐘框圖

數(shù)電實(shí)訓(xùn)的操作模式通常有以下幾種：一是在標(biāo)準(zhǔn)面包板上搭建設(shè)計(jì)成熟的電路，然后通過調(diào)試排除各種故障，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。二是在萬能板上手工焊接設(shè)計(jì)成熟的電路，然后進(jìn)行調(diào)試與排故實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。三是在做好線路的PCB板上手工焊上元器件。這三種方式各有特點(diǎn)，第一種方式的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)，因?yàn)槔碚撋险f面包板和電子元器件都是可以回收并反復(fù)使用的，因此可以最大限度的節(jié)約實(shí)訓(xùn)成本，但這種方法難度大，它要求學(xué)生在正確理解電路工作原理的前題下正確連接所有線路，當(dāng)元器件或電路連接有問題時(shí)學(xué)生應(yīng)能根據(jù)現(xiàn)象分析原因并排除故障。第二種方式的難度與第一種相當(dāng)，且萬用板和元器件只能一次性使用，成本較高。第三種方式較易調(diào)試成功，因?yàn)檎_的線路已經(jīng)做在PCB板上了，學(xué)生只需將好的元器件焊上簡單調(diào)試即可。這種方式由于一次性使用的PCB板和元器件而成本較高，且無法考查學(xué)生正確搭建電路的能力。因此綜合考慮上述各方式的優(yōu)缺點(diǎn)，通常數(shù)電實(shí)訓(xùn)采用第一種方式。這種方式要求學(xué)生在一周時(shí)間內(nèi)，在面包板上完成數(shù)字鐘主體電路的安裝、調(diào)試與排故，指導(dǎo)教師則根據(jù)學(xué)生完成的質(zhì)量，如完整功能的實(shí)現(xiàn)、元器件布局是否合理、連線是否規(guī)范等指標(biāo)進(jìn)行考核打分。圖1和2為學(xué)生在面包板上手工搭建的數(shù)字鐘主體電路。

2 數(shù)電課程基本教學(xué)環(huán)節(jié)的影響

高職課程的基本教學(xué)環(huán)節(jié)大致分為三個(gè)：理論講授與作業(yè)練習(xí)，實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)。簡單地說，理論講解在先，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)則是對(duì)理論的深入理解和鞏固，課程實(shí)訓(xùn)則是以作品或項(xiàng)目的形式整合本課程多個(gè)知識(shí)點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)某個(gè)或某些特定的功能，當(dāng)然作品或項(xiàng)目都是讓學(xué)生在指定的地點(diǎn)和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)通過安裝調(diào)試與排故來完成的。通過這樣一系列的教學(xué)活動(dòng)，使學(xué)生既充分理解與掌握本課程的理論和知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)又在實(shí)踐過程中學(xué)會(huì)實(shí)物的使用和相應(yīng)的操作技能，從而達(dá)到真正掌握的教學(xué)目的。

圖2. 學(xué)生數(shù)字鐘代表作品之一

圖3. 學(xué)生數(shù)字鐘代表作品之二

首先，理論的載體是教材，教材是課程建設(shè)的基礎(chǔ)，教材的內(nèi)容理應(yīng)涵蓋實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的主要或全部知識(shí)點(diǎn)。為了使實(shí)訓(xùn)收到好的效果，教師在理論課上應(yīng)先期對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解，并對(duì)重點(diǎn)與難點(diǎn)內(nèi)容及時(shí)安排作業(yè)與實(shí)驗(yàn)。以數(shù)字鐘項(xiàng)目為例，其主要知識(shí)點(diǎn)的講解有大模計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)、顯示譯碼器與LED數(shù)碼管、秒脈沖的產(chǎn)生與分頻等內(nèi)容，對(duì)重難點(diǎn)的狀態(tài)譯碼電路設(shè)計(jì)應(yīng)安排作業(yè)進(jìn)行練習(xí)與鞏固，比如模6與模60計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)。沒有充分理解理論作為實(shí)訓(xùn)的基礎(chǔ)，學(xué)生一旦在調(diào)試中遇到問題就無法獨(dú)立分析和思考，排除故障更無從下手。

其次是實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，通過學(xué)生實(shí)際操作對(duì)課程重難點(diǎn)進(jìn)行深入再認(rèn)識(shí)。由于學(xué)生親手操作可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、鍛練學(xué)生的觀察與分析思考能力，其教學(xué)效果更加明顯。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排上若將實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中的相關(guān)內(nèi)容先期分解作為實(shí)驗(yàn)來完成，實(shí)踐證明對(duì)實(shí)訓(xùn)將會(huì)產(chǎn)生極積的影響。以數(shù)字鐘為例，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)應(yīng)優(yōu)先考慮安排模6與模60計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)。目前流行的實(shí)驗(yàn)方式主要有實(shí)物實(shí)驗(yàn)與仿真實(shí)驗(yàn)兩種。仿真實(shí)驗(yàn)主要是指在電腦上通過虛擬軟件來完成，其特點(diǎn)是操作簡單方便且經(jīng)濟(jì)，對(duì)學(xué)生快速驗(yàn)證理論設(shè)計(jì)有較大幫助，其缺點(diǎn)是學(xué)生沒有實(shí)際操作感受。實(shí)物實(shí)驗(yàn)是指在實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)臺(tái)上用芯片實(shí)物和插線將電路連接起來，利用測量工具或儀表觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)果。這種方式相對(duì)來說有一定難度，特別是當(dāng)所有的連線（包括電源和地）連好后，預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果出不來時(shí)還要查找原因，由此可見這種方式更類似于實(shí)訓(xùn)中的操作模式，顯然更能煅練學(xué)生的動(dòng)手動(dòng)腦能力，因此這種方式更有利于后期的數(shù)電實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的開展。從表中的數(shù)據(jù)可見，A與B兩個(gè)班由于采用實(shí)物實(shí)驗(yàn)，完成數(shù)字鐘實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的成功率較高，而C班由于采用仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)成功率產(chǎn)生了不小的影響。

3 數(shù)電實(shí)訓(xùn)所用元器件因素的影響

為了節(jié)約成本，每次實(shí)訓(xùn)結(jié)束后都要回收學(xué)生用過的元器件以便下次使用。理論上講，若學(xué)生規(guī)范操作且小心使用的話這些回收的元器件應(yīng)該是好的，但實(shí)際情況可能存在偏差。也就是說，總會(huì)有個(gè)別或一些同學(xué)由于操作不慎而導(dǎo)致芯片被燒，最常發(fā)生的誤操作就是將門電路的輸出腳錯(cuò)接到電源或地而導(dǎo)致輸出級(jí)擊穿，然而芯片外表確完好無損。隨著使用班級(jí)的增多，勢(shì)必造成在回收的元器件中損壞的集成電路芯片逐漸增多，給后續(xù)學(xué)生的調(diào)試增加不小的難度，進(jìn)而影響到作品調(diào)試的成功率。從表1所記錄的相關(guān)數(shù)據(jù)來看，隨著數(shù)字鐘元器件反復(fù)使用的年數(shù)增多，A、B、C、D四個(gè)班完成數(shù)字鐘項(xiàng)目的成功率逐年下降。顯然，元器件損壞情況也是影響作品調(diào)試成功率的因素之一。解決的方法可以是對(duì)元器件進(jìn)行及時(shí)更新。

4 前期相關(guān)實(shí)訓(xùn)的影響

這里的相關(guān)實(shí)訓(xùn)是指在數(shù)電實(shí)訓(xùn)前開展的并可能對(duì)數(shù)電實(shí)訓(xùn)的開展效果有一定影響的電路分析與模擬電子技術(shù)（以下簡稱模電）的兩門實(shí)訓(xùn)課。電路分析及其實(shí)訓(xùn)課通常在數(shù)電實(shí)訓(xùn)課的前一學(xué)期進(jìn)行，但由于專科學(xué)制短，模電實(shí)訓(xùn)課有時(shí)被安排在與數(shù)電實(shí)訓(xùn)課同一個(gè)學(xué)期進(jìn)行，所以模電與數(shù)電實(shí)訓(xùn)課可能互為先后，也就是說模電實(shí)訓(xùn)課有可能會(huì)安排在數(shù)電實(shí)訓(xùn)課之后進(jìn)行，表1中的D班就是這種情況。

電路分析的實(shí)訓(xùn)一般安排學(xué)生組裝一塊指針式萬用表，它可以幫助學(xué)生實(shí)際領(lǐng)會(huì)電阻并聯(lián)分流和串聯(lián)分壓的工作原理，特別是準(zhǔn)確測量電阻和電壓的實(shí)際操作要領(lǐng)，這些內(nèi)容的掌握對(duì)后續(xù)實(shí)訓(xùn)課的順利開展顯然是有很大幫助的，因?yàn)樵跀?shù)電與模電實(shí)訓(xùn)中都要頻繁的用萬用表實(shí)測電阻和電壓。

模電實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容對(duì)數(shù)電實(shí)訓(xùn)的影響不大，但若操作方式相同就會(huì)產(chǎn)生影響。如果模電實(shí)訓(xùn)安排在數(shù)電實(shí)訓(xùn)之前且操作方式也是在面包板上安裝調(diào)試電路，實(shí)踐表明前者對(duì)后者有較大影響。因?yàn)閷W(xué)生對(duì)面包板的認(rèn)識(shí)與熟悉是需要一個(gè)過程的，無論誰先使用面包板都需要詳細(xì)講解它的結(jié)構(gòu)和正確使用方法，而學(xué)生要通過實(shí)際操作才能真正掌握，一旦學(xué)生掌握了，則后續(xù)的實(shí)訓(xùn)課對(duì)面包板的講解就可以簡化、甚至不講，這樣就給電路的安裝與調(diào)試提供了更多的時(shí)間，從而更有利于提高作品的成功率。表1中D班的數(shù)電實(shí)訓(xùn)因缺少前期實(shí)訓(xùn)的基礎(chǔ)而進(jìn)行的速度較慢，故數(shù)字鐘只能作為選作項(xiàng)目。

5 指導(dǎo)教師與學(xué)生因素的影響

指導(dǎo)教師對(duì)實(shí)訓(xùn)效果的影響主要體現(xiàn)在實(shí)訓(xùn)前理論講解是否到位、實(shí)訓(xùn)中能否制定合理可行的安裝調(diào)試技術(shù)路線。由于實(shí)訓(xùn)調(diào)試與測量設(shè)備及場地的限制，并不是所有班級(jí)都能排在課程結(jié)束或?qū)W期末的一周來開展，也就是說有的班級(jí)將在學(xué)期結(jié)束前的某段時(shí)間進(jìn)行。如表中的B班，實(shí)訓(xùn)前理論課只講到觸發(fā)器，對(duì)于即將開展的數(shù)字鐘項(xiàng)目來說顯然理論沒有講解到位，這樣對(duì)學(xué)生分析與排故很可能造成較大的困難。在這種情況下，指導(dǎo)教師應(yīng)該在實(shí)訓(xùn)中對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)講，例如集成計(jì)數(shù)器以及任意模值計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)，以最大限度地幫助學(xué)生解決因知識(shí)點(diǎn)不足所造成的困難，通常及時(shí)講解的方法還是能起到一定的效果，從表中發(fā)映的數(shù)據(jù)可以看出B班的成功率較A班低，但整體還保持在90%以上。

另一方面，當(dāng)實(shí)訓(xùn)不能安排在有信號(hào)發(fā)生器與示波器等設(shè)備的場所時(shí)，實(shí)訓(xùn)中采用合理的安裝與調(diào)試策略就顯得至關(guān)重要。因?yàn)橹挥羞@樣才能在沒有設(shè)備的情況下帶領(lǐng)學(xué)生順利的完成安裝調(diào)試的任務(wù)。以數(shù)字鐘為例，較為合理的技術(shù)路線應(yīng)為先安裝調(diào)試秒脈沖電路，有了信號(hào)源以后再安裝模60的秒和分計(jì)數(shù)器，以及模24時(shí)計(jì)數(shù)器，當(dāng)這些電路都分別正常工作后才安裝校時(shí)校分電路。這樣做的好處是一個(gè)模塊一個(gè)模塊的進(jìn)行，一旦調(diào)試有故障，則排故的范圍很小，易于解決。切忌全部電路一起上，出了問題很難找到故障的原因。

指導(dǎo)教師的影響還體現(xiàn)在及時(shí)幫助個(gè)別同學(xué)排除故障上。當(dāng)學(xué)生難以獨(dú)立排故時(shí)，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生先分析故障原因，并介紹查找和分析故障原因的方法：倒推法，即根據(jù)故障現(xiàn)象尋找原因，培養(yǎng)逆向思維的能力。例如，LED顯示器某段始終不亮，原因可能是LED數(shù)碼管燒壞，或者是顯示驅(qū)動(dòng)器與LED該段的引線聯(lián)接有問題等。再例如，模60計(jì)數(shù)器計(jì)到59時(shí)不回零，采用倒推法分析可能是集成計(jì)數(shù)器的清零或置零功能失效，或狀態(tài)譯碼電路有問題等原因。這樣做的好處是既復(fù)習(xí)鞏固了相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，又教會(huì)學(xué)生分析與解決問題的方法，提升相關(guān)技能，還可以提高調(diào)試成功率。

圖4. C班數(shù)字鐘作品驗(yàn)收情況文理科生比率分布圖

在學(xué)生因素方面，由于生源逐年緊張，一些文科背景的高中畢業(yè)生也被招入工科專業(yè)來學(xué)習(xí)，本文對(duì)C班與D班的文理科生在數(shù)字鐘實(shí)訓(xùn)中的表現(xiàn)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，柱形圖4顯示了C班同學(xué)數(shù)字鐘作品驗(yàn)收情況的文理科學(xué)生比率分布圖，C班共有43人，文理科生比率為42:58，從圖中給出的數(shù)據(jù)可以看出：驗(yàn)收前10名與前20名同學(xué)中理科生所占比率略高于班級(jí)比率，但優(yōu)勢(shì)并不明顯，它表明文科生背景的同學(xué)只要端正心態(tài)、極積認(rèn)真地投入到數(shù)電實(shí)訓(xùn)課程中也能取得像理科生一樣優(yōu)秀的成績。D班的數(shù)字鐘是選作項(xiàng)目，共有16位同學(xué)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成了作品驗(yàn)收，這16位同學(xué)中有13位理科生和3位文科生，其比率如圖5所示。而D班的文理科人數(shù)比率由表1知為33:67，如圖6所示。比較圖5和圖6可以發(fā)現(xiàn)驗(yàn)收的理文科比率81:19明顯高于班級(jí)的比率67:33，這組數(shù)據(jù)說明具有理科背景的同學(xué)更愿意去參加具有一定挑戰(zhàn)性的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，并且借助于自身的努力也更易取得成功。

圖5. D班數(shù)字鐘作品驗(yàn)收情況文理科生比率圖

圖6. D班文理科生比率圖

6 結(jié)論

本文通過比較分析四個(gè)班級(jí)在不同情況下開展同一個(gè)數(shù)電實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目所產(chǎn)生的不同結(jié)果，揭示出了影響實(shí)訓(xùn)效果的若干相關(guān)因素：理論教學(xué)應(yīng)覆蓋相關(guān)知識(shí)點(diǎn)；對(duì)重難點(diǎn)內(nèi)容最好安排實(shí)物實(shí)驗(yàn)；實(shí)訓(xùn)所用元器件要及時(shí)更新；前期相關(guān)實(shí)訓(xùn)有助于數(shù)電實(shí)訓(xùn)的開展；指導(dǎo)教師要制定合理的安裝調(diào)試方案，倒推法是分析排故的有效方法。

[1] 許新豐;王益基于CD4026數(shù)字鐘實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用中國西部科技[J] 2010年 31期 pp25-26

Analysis on Relative Factors Affecting the Practical Training Results of Digital Electronic Technology Course

Tian Yi
（Suzhou Economic & Trading Vocational Technology Institute, Suzhou, 215009, China）

By listing the relative data produced at one same practical training project of digital electronic technology carried out by four classes at different conditions, the paper compares and analyses the relative factors which may affect the results of practical training, and reveals the links between the factors and results, to provide the valued references for effectively developing the practical training course.

digital electronic technology, practical training results, influenced factors

G712

A

田逸（1963-），男，四川射洪人，蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，副教授，主要教研方向：應(yīng)用電子技術(shù)。