影響數字電子技術課程實訓效果的相關因素探析

田 逸

（蘇州經貿職業技術學院機電系，江蘇蘇州，215009）

影響數字電子技術課程實訓效果的相關因素探析

田 逸

（蘇州經貿職業技術學院機電系，江蘇蘇州，215009）

本文通過列舉四個班級在不同條件下開展同一個數字電子技術實訓項目所產生的有關數據，比較分析了影響實訓效果的相關因素及作用大小，揭示了這些相關因素與實訓效果的內在聯系，為實訓課的有效開展提供了有價值的參考。

數字電子技術；實訓效果；影響因素

0 引言

數字電子技術（以下簡稱數電）及其實訓課是應用電子技術、電子信息技術等專業的核心專業基礎課與重點實踐性教學環節，它的開展效果直接關系到專業人才培養的質量，其重要作用和顯著的地位已經得到廣泛的認同。

如何才能有效地開展好數電實訓課程？數電實訓的開展效果與那些因素相關？相關程度是多少？搞清上述問題可以幫助教師或教學管理者更好的組織安排好這一關鍵教學環節，因此對上述問題的回答具有重要的實際意義。

表1. 數電實訓相關數據記錄表

本文根據多年的數電實訓教學實踐，選取、綜合與規納了A、B、C、D四個班級在不同的條件下開展同一實訓項目所產生的相關數據如表1所示。這些不同的條件也就是可能對實訓效果產生影響的因素包括：班級文理科生的比率，實訓周的時間安排，相關實訓的開展，理論教學與實驗的內容與形式，元器件使用年數等。通過比較上述因素對實訓作品成功率的影響，來分析它們與實訓效果關聯程度的強弱，從而揭示出它們內在的聯系與影響，為數電實訓課的安排與開展提供參考。

1 典型的數電實訓項目與操作模式

表1所記錄的實訓項目是由CMOS電路所構成的簡易數字鐘，圖1顯示了其原理框圖。它具有秒分時的計數與顯示功能，振蕩電路生成2Hz的脈沖信號，該信號經二分頻電路產生秒脈沖。校時校分電路由三個雙聯帶自鎖的開關與連線組成，可以實現準確的校準時間的功能。該項目覆蓋了數電理論中多個高價值的知識點，工作量的大小適合一周（24學時）的實訓，且難度適中而被廣泛采用。因此可以說它是一個具有代表性的典型實訓項目。

圖1. 由CMOS集成電路組成的簡易數字鐘框圖

數電實訓的操作模式通常有以下幾種：一是在標準面包板上搭建設計成熟的電路，然后通過調試排除各種故障，最終實現系統的功能。二是在萬能板上手工焊接設計成熟的電路，然后進行調試與排故實現系統功能。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，第一種方式的優點是經濟，因為理論上說面包板和電子元器件都是可以回收并反復使用的，因此可以最大限度的節約實訓成本，但這種方法難度大，它要求學生在正確理解電路工作原理的前題下正確連接所有線路，當元器件或電路連接有問題時學生應能根據現象分析原因并排除故障。第二種方式的難度與第一種相當，且萬用板和元器件只能一次性使用，成本較高。第三種方式較易調試成功，因為正確的線路已經做在PCB板上了，學生只需將好的元器件焊上簡單調試即可。這種方式由于一次性使用的PCB板和元器件而成本較高，且無法考查學生正確搭建電路的能力。因此綜合考慮上述各方式的優缺點，通常數電實訓采用第一種方式。這種方式要求學生在一周時間內，在面包板上完成數字鐘主體電路的安裝、調試與排故，指導教師則根據學生完成的質量，如完整功能的實現、元器件布局是否合理、連線是否規范等指標進行考核打分。圖1和2為學生在面包板上手工搭建的數字鐘主體電路。

2 數電課程基本教學環節的影響

高職課程的基本教學環節大致分為三個：理論講授與作業練習，實驗和實訓。簡單地說，理論講解在先，驗證性實驗則是對理論的深入理解和鞏固，課程實訓則是以作品或項目的形式整合本課程多個知識點以實現某個或某些特定的功能，當然作品或項目都是讓學生在指定的地點和規定的時間內通過安裝調試與排故來完成的。通過這樣一系列的教學活動，使學生既充分理解與掌握本課程的理論和知識點，同時又在實踐過程中學會實物的使用和相應的操作技能，從而達到真正掌握的教學目的。

圖2. 學生數字鐘代表作品之一

圖3. 學生數字鐘代表作品之二

首先，理論的載體是教材，教材是課程建設的基礎，教材的內容理應涵蓋實訓項目的主要或全部知識點。為了使實訓收到好的效果，教師在理論課上應先期對相關知識點進行講解，并對重點與難點內容及時安排作業與實驗。以數字鐘項目為例，其主要知識點的講解有大模計數器的設計、顯示譯碼器與LED數碼管、秒脈沖的產生與分頻等內容，對重難點的狀態譯碼電路設計應安排作業進行練習與鞏固，比如模6與模60計數器的設計。沒有充分理解理論作為實訓的基礎，學生一旦在調試中遇到問題就無法獨立分析和思考，排除故障更無從下手。

其次是實驗教學環節，通過學生實際操作對課程重難點進行深入再認識。由于學生親手操作可以調動學生的學習主動性、鍛練學生的觀察與分析思考能力，其教學效果更加明顯。在實驗內容安排上若將實訓項目中的相關內容先期分解作為實驗來完成，實踐證明對實訓將會產生極積的影響。以數字鐘為例，實驗環節應優先考慮安排模6與模60計數器的實現。目前流行的實驗方式主要有實物實驗與仿真實驗兩種。仿真實驗主要是指在電腦上通過虛擬軟件來完成，其特點是操作簡單方便且經濟，對學生快速驗證理論設計有較大幫助，其缺點是學生沒有實際操作感受。實物實驗是指在實驗箱或實驗臺上用芯片實物和插線將電路連接起來，利用測量工具或儀表觀察實驗現象或結果。這種方式相對來說有一定難度，特別是當所有的連線（包括電源和地）連好后，預期的實驗結果出不來時還要查找原因，由此可見這種方式更類似于實訓中的操作模式，顯然更能煅練學生的動手動腦能力，因此這種方式更有利于后期的數電實訓項目的開展。從表中的數據可見，A與B兩個班由于采用實物實驗，完成數字鐘實訓項目的成功率較高，而C班由于采用仿真實驗，對成功率產生了不小的影響。

3 數電實訓所用元器件因素的影響

為了節約成本，每次實訓結束后都要回收學生用過的元器件以便下次使用。理論上講，若學生規范操作且小心使用的話這些回收的元器件應該是好的，但實際情況可能存在偏差。也就是說，總會有個別或一些同學由于操作不慎而導致芯片被燒，最常發生的誤操作就是將門電路的輸出腳錯接到電源或地而導致輸出級擊穿，然而芯片外表確完好無損。隨著使用班級的增多，勢必造成在回收的元器件中損壞的集成電路芯片逐漸增多，給后續學生的調試增加不小的難度，進而影響到作品調試的成功率。從表1所記錄的相關數據來看，隨著數字鐘元器件反復使用的年數增多，A、B、C、D四個班完成數字鐘項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試成功率的因素之一。解決的方法可以是對元器件進行及時更新。

4 前期相關實訓的影響

這里的相關實訓是指在數電實訓前開展的并可能對數電實訓的開展效果有一定影響的電路分析與模擬電子技術（以下簡稱模電）的兩門實訓課。電路分析及其實訓課通常在數電實訓課的前一學期進行，但由于專科學制短，模電實訓課有時被安排在與數電實訓課同一個學期進行，所以模電與數電實訓課可能互為先后，也就是說模電實訓課有可能會安排在數電實訓課之后進行，表1中的D班就是這種情況。

電路分析的實訓一般安排學生組裝一塊指針式萬用表，它可以幫助學生實際領會電阻并聯分流和串聯分壓的工作原理，特別是準確測量電阻和電壓的實際操作要領，這些內容的掌握對后續實訓課的順利開展顯然是有很大幫助的，因為在數電與模電實訓中都要頻繁的用萬用表實測電阻和電壓。

模電實訓的內容對數電實訓的影響不大，但若操作方式相同就會產生影響。如果模電實訓安排在數電實訓之前且操作方式也是在面包板上安裝調試電路，實踐表明前者對后者有較大影響。因為學生對面包板的認識與熟悉是需要一個過程的，無論誰先使用面包板都需要詳細講解它的結構和正確使用方法，而學生要通過實際操作才能真正掌握，一旦學生掌握了，則后續的實訓課對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試提供了更多的時間，從而更有利于提高作品的成功率。表1中D班的數電實訓因缺少前期實訓的基礎而進行的速度較慢，故數字鐘只能作為選作項目。

5 指導教師與學生因素的影響

指導教師對實訓效果的影響主要體現在實訓前理論講解是否到位、實訓中能否制定合理可行的安裝調試技術路線。由于實訓調試與測量設備及場地的限制，并不是所有班級都能排在課程結束或學期末的一周來開展，也就是說有的班級將在學期結束前的某段時間進行。如表中的B班，實訓前理論課只講到觸發器，對于即將開展的數字鐘項目來說顯然理論沒有講解到位，這樣對學生分析與排故很可能造成較大的困難。在這種情況下，指導教師應該在實訓中對相關知識點進行補講，例如集成計數器以及任意模值計數器的設計，以最大限度地幫助學生解決因知識點不足所造成的困難，通常及時講解的方法還是能起到一定的效果，從表中發映的數據可以看出B班的成功率較A班低，但整體還保持在90%以上。

另一方面，當實訓不能安排在有信號發生器與示波器等設備的場所時，實訓中采用合理的安裝與調試策略就顯得至關重要。因為只有這樣才能在沒有設備的情況下帶領學生順利的完成安裝調試的任務。以數字鐘為例，較為合理的技術路線應為先安裝調試秒脈沖電路，有了信號源以后再安裝模60的秒和分計數器，以及模24時計數器，當這些電路都分別正常工作后才安裝校時校分電路。這樣做的好處是一個模塊一個模塊的進行，一旦調試有故障，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。

指導教師的影響還體現在及時幫助個別同學排除故障上。當學生難以獨立排故時，應鼓勵學生先分析故障原因，并介紹查找和分析故障原因的方法：倒推法，即根據故障現象尋找原因，培養逆向思維的能力。例如，LED顯示器某段始終不亮，原因可能是LED數碼管燒壞，或者是顯示驅動器與LED該段的引線聯接有問題等。再例如，模60計數器計到59時不回零，采用倒推法分析可能是集成計數器的清零或置零功能失效，或狀態譯碼電路有問題等原因。這樣做的好處是既復習鞏固了相關知識點，又教會學生分析與解決問題的方法，提升相關技能，還可以提高調試成功率。

圖4. C班數字鐘作品驗收情況文理科生比率分布圖

在學生因素方面，由于生源逐年緊張，一些文科背景的高中畢業生也被招入工科專業來學習，本文對C班與D班的文理科生在數字鐘實訓中的表現進行了統計分析，柱形圖4顯示了C班同學數字鐘作品驗收情況的文理科學生比率分布圖，C班共有43人，文理科生比率為42:58，從圖中給出的數據可以看出：驗收前10名與前20名同學中理科生所占比率略高于班級比率，但優勢并不明顯，它表明文科生背景的同學只要端正心態、極積認真地投入到數電實訓課程中也能取得像理科生一樣優秀的成績。D班的數字鐘是選作項目，共有16位同學在規定時間內完成了作品驗收，這16位同學中有13位理科生和3位文科生，其比率如圖5所示。而D班的文理科人數比率由表1知為33:67，如圖6所示。比較圖5和圖6可以發現驗收的理文科比率81:19明顯高于班級的比率67:33，這組數據說明具有理科背景的同學更愿意去參加具有一定挑戰性的實踐教學活動，并且借助于自身的努力也更易取得成功。

圖5. D班數字鐘作品驗收情況文理科生比率圖

圖6. D班文理科生比率圖

6 結論

本文通過比較分析四個班級在不同情況下開展同一個數電實訓項目所產生的不同結果，揭示出了影響實訓效果的若干相關因素：理論教學應覆蓋相關知識點；對重難點內容最好安排實物實驗；實訓所用元器件要及時更新；前期相關實訓有助于數電實訓的開展；指導教師要制定合理的安裝調試方案，倒推法是分析排故的有效方法。

[1] 許新豐;王益基于CD4026數字鐘實驗電路設計及應用中國西部科技[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，蘇州經貿職業技術學院機電系，副教授，主要教研方向：應用電子技術。