郭正恩

(鄭州商業(yè)技師學(xué)院，河南鄭州 450052)

職業(yè)學(xué)校機(jī)械電工、電子等專業(yè)主要培養(yǎng)學(xué)生具有一般生產(chǎn)常用化工設(shè)備與機(jī)器的基本知識(shí)，熟悉一般常用機(jī)械設(shè)備的基本性能及常用機(jī)械設(shè)備在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用，能從事各類電子設(shè)備維護(hù)、制造和應(yīng)用，電力生產(chǎn)、電氣制造、維修、安裝及操作使用的高素質(zhì)勞動(dòng)者和能從事通用機(jī)械及化工機(jī)械的設(shè)計(jì)、改造、服務(wù)和技術(shù)管理的中高級(jí)專門人才。電工與電子技術(shù)知識(shí)是化工機(jī)械專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，其顯著特征之一是它的實(shí)踐性，要想很好地掌握電工與電子技術(shù)，除了掌握基本器件的原理、電子電路的基本組成及分析方法外，還要掌握電子器件及基本的應(yīng)用技術(shù)，因而實(shí)驗(yàn)探究在電工與電子技術(shù)教學(xué)中應(yīng)該占有相當(dāng)大的比重。

1 數(shù)字電子技術(shù)試驗(yàn)平臺(tái)創(chuàng)新與實(shí)踐

我們?cè)诮虒W(xué)中引入電子技術(shù)試驗(yàn)平臺(tái)，在教師的指導(dǎo)下，通過對(duì)本文設(shè)計(jì)的電子技術(shù)試驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)探究可使學(xué)生掌握器件的性能、參數(shù)及電子電路的內(nèi)在規(guī)律、各功能電路間的相互影響，從而驗(yàn)證理論并發(fā)現(xiàn)理論知識(shí)的局限性。同時(shí)，運(yùn)用電子試驗(yàn)平臺(tái)也可以使學(xué)生既動(dòng)腦又動(dòng)手，任務(wù)驅(qū)動(dòng)使學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性高漲;提高學(xué)生的自學(xué)能力，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析電路和解決實(shí)際電路問題的能力，學(xué)習(xí)效果極佳。

本著實(shí)用及引發(fā)學(xué)生興趣原則，針對(duì)學(xué)生經(jīng)常舉行各類知識(shí)競賽活動(dòng)使用到的搶答器，開展設(shè)計(jì)與探究實(shí)驗(yàn)工作，我們選用了智力競賽搶答作為數(shù)字電子技術(shù)試驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)形式。

2 試驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的搶答器數(shù)字電路試驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用于課堂教學(xué)，用于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，應(yīng)該本著功能效果顯著、電路易于連接和元件簡單的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

首先，同學(xué)們可以運(yùn)用軟件畫出本文設(shè)計(jì)的電路原理圖和PCB(印刷電路板)布線圖，然后進(jìn)行PCB板雕刻、組裝元件、焊接電路板，使用杜邦線對(duì)電路連接試驗(yàn)該設(shè)計(jì)平臺(tái)中的搶答器可供八位選手進(jìn)行搶答，主持人有控制開關(guān)，可以控制搶答比賽的開始和結(jié)束。搶答器作為一個(gè)整體的試驗(yàn)平臺(tái)，為了達(dá)到其正常使用的需要，需要達(dá)到以下幾個(gè)方面的需求。第一，只有將主持人控制的開關(guān)從“清除”檔撥到“開始”檔時(shí)，搶答才有效，否則無效。第二，搶答顯示器顯示有效搶答選手的編號(hào)，系統(tǒng)同時(shí)發(fā)出警報(bào)，主持人將控制開關(guān)撥到“清除”檔時(shí)，搶答顯示器消除編號(hào)。第三，回答問題的時(shí)間有倒計(jì)時(shí)顯示，時(shí)間結(jié)束時(shí)系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)，當(dāng)主持人將控制開關(guān)撥到“清除”檔時(shí)，時(shí)間顯示器停止倒計(jì)時(shí)，并顯示預(yù)設(shè)回答時(shí)間。第四，搶答器可以進(jìn)行多回合的反復(fù)操作。

3 設(shè)計(jì)方案

本文設(shè)計(jì)搶答器的總流程圖如圖1所示。

圖1 總設(shè)計(jì)流程圖

首先，主持人通過控制開關(guān)來控制搶答電路的工作狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)處于“清除”檔時(shí)，優(yōu)先編碼電路處于禁止輸入狀態(tài)，選手搶答無效，同時(shí)開關(guān)將清除信號(hào)通過鎖存電路輸入到計(jì)時(shí)電路，計(jì)時(shí)電路顯示并保持住預(yù)設(shè)的答題時(shí)間;而當(dāng)主持人開關(guān)處于“開始”檔并且有選手搶答信號(hào)通過八路搶答按鈕將電平信號(hào)輸入優(yōu)先編碼器，優(yōu)先編碼器輸出電平信號(hào)并通過鎖存器對(duì)信號(hào)進(jìn)行鎖存，鎖存的電平信號(hào)通過譯碼顯示電路顯示搶答選手的編號(hào)，同時(shí)，鎖存的電平信號(hào)將搶答成功的信息輸入到計(jì)時(shí)電路并且也反饋給優(yōu)先編碼器，在計(jì)時(shí)電路里鎖存的信號(hào)啟動(dòng)計(jì)時(shí)電路進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，在優(yōu)先編碼電路里鎖存的信號(hào)使優(yōu)先編碼器的輸入使能端關(guān)閉，即此后輸入的低電平信號(hào)無效，達(dá)到禁止其他選手二次搶答的效果。然后，計(jì)時(shí)電路通過秒脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生的秒脈沖信號(hào)讓倒計(jì)時(shí)電路進(jìn)行以1 s為計(jì)時(shí)單位的倒計(jì)時(shí)并通過譯碼顯示電路顯示時(shí)間，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，計(jì)時(shí)電路將倒計(jì)時(shí)結(jié)束的信息反饋給報(bào)警電路的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其中，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器對(duì)來自于計(jì)時(shí)電路的脈沖進(jìn)行調(diào)整延長。最后，調(diào)整后的脈沖信號(hào)與多諧振蕩器配合，使喇叭發(fā)出一定時(shí)長和一定頻率的聲音，提示選手答題時(shí)間到。

4 試驗(yàn)平臺(tái)的教學(xué)實(shí)現(xiàn)

鑒于以往在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，由于課堂的局限性，很多問題都是老師代為解決，學(xué)生沒有足夠的探索時(shí)間和空間，不能調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，學(xué)習(xí)效果差。因此，教師在運(yùn)用本文設(shè)計(jì)的試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)的過程中，教師應(yīng)該積極引導(dǎo)學(xué)生自己擬定搶答器的設(shè)計(jì)思路和實(shí)驗(yàn)步驟，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。讓學(xué)生將自己的方案對(duì)照比較試驗(yàn)平臺(tái)的方案，提出問題和解決方案。最后，同學(xué)們應(yīng)該運(yùn)用PROTEL軟件將原理圖轉(zhuǎn)換成PCB，對(duì)PCB進(jìn)行布線、運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室器的雕刻機(jī)雕板、動(dòng)手組裝焊接和測試。在這過程中，老師扮演的是一個(gè)引導(dǎo)者的作用，學(xué)生通過這個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)將會(huì)提高對(duì)電路設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)、深入理解電路元件、進(jìn)而完善電路連接，要讓同學(xué)們明白一個(gè)優(yōu)秀的電路設(shè)計(jì)者需要細(xì)致考慮到各個(gè)方面，從設(shè)計(jì)到電路的實(shí)現(xiàn)必須是一體化的，是一個(gè)連續(xù)的過程。為了使該試驗(yàn)平臺(tái)達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果，我們?cè)谠撾娐返腜CB板上加了擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)用的排針，利用排針與杜邦線配合引腳擴(kuò)展，增加實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。限于篇幅，我們以搶答電路為例，依照教學(xué)進(jìn)度運(yùn)用該試驗(yàn)平臺(tái)給同學(xué)們做實(shí)驗(yàn)，使同學(xué)們更加直觀地了解數(shù)碼管和譯碼器的作用與工作原理。

5 結(jié)論

本文運(yùn)用一體化教學(xué)理念設(shè)計(jì)的數(shù)字電子技術(shù)試驗(yàn)平臺(tái)綜合了電子技術(shù)的知識(shí)學(xué)習(xí)，其中包括對(duì)元器件的學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)電路的學(xué)習(xí)、PROTEL軟件的學(xué)習(xí)、雕板技術(shù)的學(xué)習(xí)、電路板焊接技術(shù)的學(xué)習(xí)等。通過對(duì)門電路、觸發(fā)器、鎖存器、編碼器、譯碼器等元器件的學(xué)習(xí)了解，使學(xué)生學(xué)習(xí)一定的元器件使用技術(shù)，學(xué)會(huì)識(shí)別元器件的類型、型號(hào)、規(guī)格，并能根據(jù)設(shè)計(jì)的具體要求選擇元器件。簡單的元件選擇適合應(yīng)用于低年級(jí)數(shù)字電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)，其次，該平臺(tái)選用的元器件在電路里面都有其特定的用途，方便同學(xué)對(duì)電路進(jìn)行分析理解。同時(shí)，該數(shù)字電子技術(shù)試驗(yàn)平臺(tái)可供同學(xué)們進(jìn)行改進(jìn)和功能擴(kuò)展，能滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)要求，便于提高同學(xué)們的學(xué)習(xí)效率。

運(yùn)用一體化教學(xué)模式領(lǐng)取工作任務(wù)單，查找資料制定工作方案、互評(píng)自評(píng)工作方案、按照方案加工制作、指導(dǎo)老師講評(píng)、學(xué)生再自行加工制作等過程，使學(xué)生學(xué)習(xí)到了一定的電路知識(shí)也提升了各方面的能力。所以，該試驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用于高職院校化工機(jī)械專業(yè)電工與電子技術(shù)的電路實(shí)驗(yàn)具有實(shí)用性和現(xiàn)實(shí)可操作性。一體化模式培養(yǎng)出來的學(xué)生更加符合企業(yè)的用工需要，使學(xué)校與市場無縫對(duì)接，使學(xué)生更快適應(yīng)崗位要求。