“實作”設(shè)計研究
——以制作簡易報警器為例

李廣志，張明芹

（黑龍江職業(yè)學院，哈爾濱150080）

“實作”設(shè)計研究
——以制作簡易報警器為例

李廣志，張明芹

（黑龍江職業(yè)學院，哈爾濱150080）

以制作簡易報警器教學設(shè)計為例，可以看出在高職《電子技術(shù)》課程教學中，運用“成果導(dǎo)向教育理念+行動學習”教學模式，采用項目教學、任務(wù)驅(qū)動、行動學習法，引導(dǎo)學生制作簡易實用的電子作品，有助于激發(fā)學習興趣，提高學生動手解決實際問題的能力，也為學生參加各級各類競賽打下良好的基礎(chǔ)，并從中培養(yǎng)學生的職業(yè)素養(yǎng)，提升專業(yè)技能。

電子技術(shù)；簡易報警器；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“實作”）教學中，運用“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、目標導(dǎo)向教育或需求導(dǎo)向教育）。實施開放式“教學做”一體化，讓學生真正參與，動手去感受所學的知識，達到學以致用，真正做到以學生為中心，充分調(diào)動學生的主動性與積極性，提升學生的自主學習能力。

在“實作”選題時，以“內(nèi)容生活化、教學過程情境化、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、評量標準，設(shè)計學習情境、學習策略、學習引導(dǎo)文、任務(wù)單、課業(yè)單，準備所用器材、課件PPT、微課、仿真演示電路等學習資料，熟悉學情合理分好活動學習小組。

在實施“實作”時，通過下發(fā)學習任務(wù)單、設(shè)計問題與操作方案、實驗探究、制作作品、作品展示等環(huán)節(jié)來完成學習任務(wù)，各小組通過資訊、計劃、決策、實施、檢查、評估完成作品（項目）的制作。下面以制作簡易報警器教學設(shè)計為例加以說明。

一、制作帶有記憶功能的斷線防盜報警器

（一）引導(dǎo)問題

1.認識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、截止狀態(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。

（二）實施過程

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，當物品被移動時，導(dǎo)線的短接處被扯斷，電路立即發(fā)出報警音響。記憶功能是產(chǎn)生報警后，如再將兩根導(dǎo)線連接上，報警聲音不能被中斷。

圖1 斷線防盜報警器

圖1（a）為報警信號處理電路，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為報警狀態(tài)。初態(tài)Q=0通過上電復(fù)位電路來實現(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為手動復(fù)位，用于報警后的復(fù)位。

觸發(fā)器S端接收傳感器送來的信號，當1導(dǎo)線和2導(dǎo)線連接構(gòu)成通路時，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?，此時觸發(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)動報警電路工作，蜂鳴器發(fā)出報警聲。

圖1(b)為報警驅(qū)動電路，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，K處于斷開狀態(tài)。當1導(dǎo)線和2導(dǎo)線被扯斷時，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常開觸點動作閉合，蜂鳴器發(fā)出報警聲，此時盜賊將導(dǎo)線接上，仍然報警，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，常開觸點復(fù)位斷開，報警聲停止。

二、制作光控報警器

（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；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。

（二）實施過程

1.在白天時，光強變暗，報警

在白天光強不變化時，不報警，當有外人闖入，接近光敏電阻時，導(dǎo)致光強稍微變暗，蜂鳴器發(fā)出報警聲，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，當有人在光敏電阻附近來回走動時，稍微擋下光，光敏電阻感受到光強的變化，蜂鳴器就發(fā)出報警聲，人若離開，報警聲馬上停止。

工作過程分析：光敏電阻R2與電阻R1構(gòu)成了一個分壓器，當光線強時，光敏電阻R2的阻值相對電阻R1較小（如1kΩ），則A點電位小于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。當光線漸暗，光敏電阻R2的阻值相對R1變大，則A點電位升高，當偏置電壓UBE大于0.7V時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出報警聲。

2.在夜晚時，有光報警

圖2 光控報警器

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，當有外人到來時，用打火機、或手機的光接近光敏電阻時，蜂鳴器發(fā)出報警聲，提醒主人注意，只要在光控報警器所在的空間內(nèi)，打開白熾燈或日光燈，有光時，蜂鳴器就發(fā)出報警聲。

三、制作溫度報警器

本電路制作、調(diào)試簡單，靈敏度高，如發(fā)生火災(zāi)時，環(huán)境溫度升高到50℃以上時，蜂鳴器發(fā)聲報警，參考電路如圖3所示，74LS04非門，Rp為10kΩ電位器或電阻箱，Rt負溫度系數(shù)熱敏電阻，標稱值為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，當阻值在6～7 kΩ時，蜂鳴器發(fā)聲報警，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：當溫度升高，Rt阻值減小，非門輸入端A電勢升高達到高電平，Y輸出端為低電平，蜂鳴器通電發(fā)出報警聲，Rp阻值不同報警溫度不同。如果在環(huán)境溫度越高時報警，應(yīng)將電位器Rp阻值調(diào)小，因非門輸入端A達到高電平，熱敏電阻端電壓越小，其阻值就越小，環(huán)境溫度就越高；如果變成了低溫報警，是熱敏電阻Rt和電位器Rp互換了，因為溫度降低時，Rt阻值增大，非門輸入端A達到高電平，Y輸出端為低電平，蜂鳴器通電發(fā)出報警聲。

圖3 溫度報警器

通過設(shè)計項目方案，引導(dǎo)學生制作，作品展示，反饋評價，培養(yǎng)了學生動手操作能力，創(chuàng)新思維能力。學生在實施項目制作過程中，主動積極、參與度高，學生將作品用于家中，作為家用報警器，通過“實作”，學生能用所學的理論知識分析、解決實際問題，為后續(xù)課程的學習奠定基礎(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：化學工業(yè)出版社，2005：14.

[2] 楊 欣，王玉鳳，劉湘黔.電子設(shè)計從零開始[M].北京：清華大學出版社，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：自動控制。