遲 蕊

電子技術是九年義務制教育初中階段勞動技術課程的一個模塊，學生在這門課上主要學習常用電子元器件、常見放大電路、常見開關電路、常見振蕩電路、控制電路、集成電路、單片機等方面的知識，還要掌握錫焊技術，可利用電烙鐵焊接電路。初中學生在電學知識方面基礎弱，尤其是對電路概念理解困難，但同時又有很強的動手操作欲望，急于看到每一個電路的效果，考慮到這樣的學生情況，在學生的學習過程中，安排學生使用面包板搭建電路這一學習方式，由于對學生使用面包板搭建電路的技術操作難度較低(插接即可)，因此滿足了讓學生快速操作并馬上看到電路效果的愿望，同時面包板和電子元器件可以反復使用，供電的電壓也比較低(一般為3～4.5 V)即便學生偶爾搭建錯誤燒壞元器件也不會有安全問題，在保證學生課堂安全性的同時，材料成本也降低了很多。

一、教具方案

隨著課程的展開，發(fā)現(xiàn)了一個問題：帶領學生邊搭建邊分析電路時，通過實物投影的圖像學生經(jīng)?？床磺?，主要原因有兩點：第一，面包板太小，插接口間距密集，接好若干個元器件及數(shù)根跳線后，完全看不清電路結構；第二，面包板不透明，學生看不到內(nèi)部接線方式，無法形成完整的電路概念，進而影響學生對電路的連接和原理的理解。除此之外，展示學生搭建完成的電路時，也存在由于看不清，而不能理解搭建電路人思路的問題。

為解決課堂上出現(xiàn)的這個問題，課下咨詢了相關教師，也查閱了資料，得到兩種解決方案：第一，使用硬質(zhì)跳線(如圖1所示)，使其緊貼電路板，防止跳線遮擋元器件；第二，購買透明面包板(如圖2所示)。

圖1 面包板專用硬質(zhì)跳線

圖2 透明面包板

嘗試方案后發(fā)現(xiàn)改進效果并不盡如人意，原因如下：第一，硬質(zhì)跳線確實可以緊貼電路板，但是由于其使用時不便彎曲，因此學生需要從多種長短不一的跳線里選擇最合適長度的跳線，這樣就增加了學生的技術操作難度，降低課堂效率；第二，市面上現(xiàn)有的透明面包板雖然是透明材質(zhì)，但是孔距比較密集，學生依然看不清電路整體接線。

因此，需要自己動手設計和制作一套適合于初中勞技課電子技術課的教學用具，才能真正做到“對癥下藥”。

二、教具制作

有了自己動手制作的想法后，和組內(nèi)教師討論制作方案，尋找合適的材料。經(jīng)過多次的討論，首先明確了要制作的教具應具備以下3個特點：首先，能演示真實電路效果，便于學生課上觀看，使用方便。其次，根據(jù)以上3個特點提出具體的解決方案：面包板進行1:10等比例放大，內(nèi)部連接與真實面包板一致且面板采用透明材質(zhì)、所有常用元器件等比例放大并且內(nèi)部植入真實元器件使其具有真實功能，電路搭建采用插拔方式。最后，就是找齊材料動手制作。

1.放大的面包板的制作

(1)外殼制作

考慮到面板透明且需要具有一定的強度，選取了3毫米厚的亞克力板作為面包板的主材，利用繪圖軟件CorelDraw繪制1:10放大圖紙(如圖3所示)，利用激光切割機進行加工。

圖3 外殼圖紙

(2)內(nèi)部連接線及插孔制作

考慮到面包板內(nèi)部的接線原則(中間寬條，縱列5個孔導通，兩側(cè)窄條橫排導通)及插孔的方便拔插性(課堂使用中，面包板需直立擺放或懸掛于黑板上，因此插孔與跳線間的連接既要有一定連接強度，又要方便使用者的拔取)，在電子市場及網(wǎng)絡購物平臺選取了多種接線端子，經(jīng)過測試最終選定了香蕉插座和插頭(如圖4所示)。插座可以用螺母固定在亞克力板上，但之間的連線又出了點小問題：第一代面包板制作時，用了單股銅導線在插座側(cè)面進行焊接，使其按照相應的導通原則連接起來(如圖5所示)，但是在使用過程中，對學生觀看面包板內(nèi)部結構容易造成誤導，因為每一列插座旁都會有一根平行線，學生容易看錯。為了解決這一問題，第二代面包板制作時進行了改進，在每一個插座上加裝了合適長度的接線端子焊接片(如圖6所示)，并且將其焊接起來，這樣一來，面包板內(nèi)部的連線與插座所在位置為一條線，方便學生觀看和理解(如圖7所示)。

圖5 側(cè)面焊接連線效果

圖6 接線端子焊接片

圖7 一條線焊接連線效果

(3)邊框及活動面板制作

面包板正面做成透明材質(zhì)，使用者可以一眼看清其內(nèi)部結構，但有時需要這個教具和學生手里的普通面包板保持高度一致，或者在有些情況下需要在透明與不透明之間進行轉(zhuǎn)換，考慮到這樣的需求，設計了一塊活動白色面板(如圖8所示)，可以按需求加裝在透明面板上或取下，同時，由于要方便取用這塊白色面板，對邊框也進行了精心的設計，在固定住前后兩層透明亞克力板的基礎上，在前板與左右兩側(cè)邊框間分別墊裝了一根寬度2毫米的邊條，這樣一來，白色面板可以方便插入邊框并能保證面包板在直立情況下不會脫落，同時又可以隨時取下漏出內(nèi)部的透明亞克力板。這塊白色面板同樣使用繪圖軟件設計，用1毫米厚的白黑雙色板進行激光切割加工，并且將上下4根窄條的正負極線條部分涂裝成紅藍色，使得其最終外觀效果看起來和普通面包板非常相似，便于學生觀看和理解。邊框的材料考慮到強度和美觀因素，采用了鋁合金型材，根據(jù)尺寸進行長度切割并在轉(zhuǎn)角處采用45°對接方式處理。

圖8 自制放大面包板(帶白色活動面板和去掉面板)

2.電子元器件的制作

為了保證教學中這套教具可以呈現(xiàn)真實電路效果，所有用到的電子元器件都要具備真實功能，因此在設計和制作時采用了“放大外殼，真實內(nèi)芯”的方案滿足這一教學需求。這套教具中，制作了放大版電阻、發(fā)光二極管、三極管、電容、駐極體話筒、電位器等元器件(如圖9所示)。為了保證元器件的高度仿真，在外殼及內(nèi)芯的處理上沒少進行嘗試，例如，發(fā)光二極管的制作：考慮到這套教具的使用場地是教室，為了方便幾十個學生都能看清電路效果，發(fā)光二極管就需要具備足夠的亮度，因此對多種不同參數(shù)的發(fā)光二極管進行測試，選取了亮度較高、耐壓較高的發(fā)光二極管(目前制作的以紅色為主)，同時在數(shù)量上也增加為4支發(fā)光二極管并聯(lián)使用，并將發(fā)光二極管頭部磨平，減弱聚光效果，使其達到整體發(fā)光均勻的理想效果；在內(nèi)芯方案經(jīng)過反復測試后，發(fā)光二極管的外殼材料選擇也經(jīng)歷了一個反復調(diào)整的過程，為了使其從外觀上更加接近真實的發(fā)光二極管的草帽式外觀，首先想到了用礦泉水瓶上半部分制作，于是先后從超市購買的4～5種頂端樣式略有區(qū)別的礦泉水瓶，選取了一種最為接近的試制了一個外殼，但由于瓶子頂端—瓶口位置的缺口只能后期填充，因此做完后即便噴漆掩蓋住部分接縫，但是一旦接通電源，發(fā)光二極管的亮度還是會受到接口的影響，進而影響學生課堂觀看的效果。因此需要尋找一種頂端沒有接縫的，外形為膠囊式的外殼材料，于是想到了展示毛猴或泥人作品時用到的透明鐘罩式外殼，但是這種外殼大多是玻璃材質(zhì)的，重量較大，如果將發(fā)光二極管插接在面包板上時容易下墜，影響學生觀看效果，又開始尋找較輕材質(zhì)的外殼，最終在網(wǎng)上找到一款合適的材料：亞克力防塵鐘罩，并按1:10的比例選取了最為接近的直徑55毫米尺寸的款式(普通發(fā)光二極管直徑5毫米)。根據(jù)鐘罩的尺寸用透明亞克力自制了底座，并將4支發(fā)光二極管合理排布其上(4支發(fā)光二極管的間距和距離鐘罩的高度要測試，否則最終亮度不是太小就是無法將4個點光源融合為1個光源)，與鐘罩完美對接(如圖10所示)，最后將鐘罩內(nèi)部進行多次噴漆后與底座組合安裝。這樣一支看似簡單的發(fā)光二極管實際經(jīng)歷了如上這些反復測試反復制作的過程，才能達到最終比較滿意的教學效果，其他的電子元器件的制作也需要如此，這里就不一一贅述了。

圖9 自制的電子元器件

圖10 自制發(fā)光二極管半成品

3.電池盒的制作

這套教具的開發(fā)之初就定位為應用課堂教學，教師可以用，學生也可以用，但是真實的課堂教學中，無論是使用過程中的“試錯”操作還是偶爾出現(xiàn)的誤操作，都可能導致搭建電路過程中，電路電流過大，燒壞元器件，進而出現(xiàn)安全問題，考慮到這一點，在設計和制作與教具匹配的電池盒時，在其中加裝了保險管，當學生或教師在連接電路出現(xiàn)電流過大問題時，保險管會第一時間熔斷，有效地防止課堂出現(xiàn)安全事故，同時也提高了教具中電子元器件的使用壽命，并且保險管的安裝方式設計為卡扣式，方便更換。除了這項設計，還將電池盒的正負極兩端由接線方式接入面包板改為更加方便的插拔方式接入電路，具體制作方法為將電池盒正負極及保險絲用導線在連接后藏在電池盒內(nèi)部，然后在電池盒蓋安裝兩個香蕉插頭與電池盒正負極相接(如圖11所示)，這樣一來，使用者只需將電池盒插接在面包板的窄條上就可以完成電源接入電路的工作，這樣的處理方式是將固定和連接電路兩個操作步驟進行了二合一。電池盒上要設置開關，同時在電池盒外殼加裝了電壓標識牌，標識牌可隨電池盒的轉(zhuǎn)向自動調(diào)整方向。目前，為這套教具設計了3種不同電壓的電池盒：3 V，4.5 V，6 V(如圖12所示)，這3種電壓基本可以滿足初中勞技電子技術課的教學需求。

圖11 自制的內(nèi)部帶保險管電池盒

圖12 自制的三種電壓電池盒

4.儀表的制作

課堂教學中教師經(jīng)常需要使用萬用表帶領學生測量電路中的數(shù)據(jù)，進而幫助學生分析和解決出現(xiàn)的問題。但是如果上課時用普通的萬用表對教具上的電路進行測量，由于距離遠學生看不清表上的顯示，而且使用者也不方便舉著一塊萬用表對電路進行實時測量?？紤]到以上的教學需求，又為這套教具自制了幾塊電流表和電壓表(如圖13所示)。從電子市場買來量程合適的電流表和電壓表表頭，然后為其加裝6 V電池盒，再用巧妙的接線方式將二者進行連接，最終的效果為：使用者將儀表插入面包板上專用位置插座，打開開關，將紅黑導線插入待測量電路相應位置即可以較為清楚地以數(shù)字方式顯示當前測量值，方便學生讀取數(shù)據(jù)和操作。

圖13 自制電壓表、電流表

三、教具使用

教具的制作雖然經(jīng)歷了反復的設計和制作，但是檢驗其成功與否的標準仍舊是課堂教學的效果，因此在教具制作完成后，在第一時間將其應用到課堂教學中(如圖14所示)。

圖14 學生在課上使用教具

在一個學期的教學安排中，多個教學內(nèi)容都使用了這套教具，具體內(nèi)容如下。

(1)認識電路，包含串并聯(lián)電路連接及特點。

(2)常用電子元器件特性探究實驗。

(3)常用電路焊接前的實驗電路搭建。

(4)電子控制電路焊接前的實驗電路搭建。

(5)集成電路焊接前的實驗電路搭建。

(6)單片機實驗電路搭建。

經(jīng)過實踐教學的檢驗，這套教具呈現(xiàn)的課堂效果非常明顯，例如，在講解“串并聯(lián)電路”這部分內(nèi)容時，首先，帶領學生探究串并聯(lián)電路的連接特點及電流、電壓規(guī)律，然后讓學生應用這一規(guī)律進行LED創(chuàng)意燈牌的設計與制作。具體的過程如下。

第一步：展示LED創(chuàng)意燈牌作品，提出本課任務，每個學生用6支紅色發(fā)光二極管和6 V電源的電池盒，設計和制作一個帶有一定圖案的創(chuàng)意燈牌。

第二步：先把設計電路難度降低，給學生提供兩支發(fā)光二極管和3 V電源的電池盒，請學生設計電路連接，經(jīng)過思考和探究，學生給出兩種電路連接方式，課堂上請一位學生用放大面包板教具搭建這兩種電路(如圖15所示)，分別為串聯(lián)和并聯(lián)，但是學生發(fā)現(xiàn)串聯(lián)的兩只發(fā)光二極管不亮，并聯(lián)的可以亮，于是利用教具中的電壓表引導學生進行測量，發(fā)現(xiàn)串聯(lián)電路中，兩只發(fā)光二極管電壓低于2 V，這樣一來，學生就明白不亮的原因了：電壓低于發(fā)光二極管的導通電壓，進而提出解決方案，將電源更換成4.5 V即可點亮。同時，引導學生通過利用電流表、電壓表測量串并聯(lián)電路中發(fā)光二極管兩端電壓和電路中的電流，總結串并聯(lián)電路中電流和電壓的規(guī)律。

圖15 串并聯(lián)電路

第三步：學生使用6支發(fā)光二極管和6 V電源的電池盒進行電路設計和搭建，利用放大面包板教具呈現(xiàn)學生的設計方案(如圖16所示)，并檢測其方案的可行性，由于教具的直觀性強、效果明顯，學生們紛紛要求利用這套教具展示自己的設計，課堂氣氛活躍，極大地調(diào)動了學生參與課堂的積極性，由于面包板被放大了，雖然是一個學生操作但同時其他學生也都能看清，課堂上非常活躍，提高了課堂的有效性，最終學生利用教具驗證出多個不同的電路連接方案，并且由于教具可以清晰地反映出電路整體連接方式，因此本節(jié)課也為后續(xù)課程焊接制作電路打下了良好的基礎。

圖16 學生使用教具搭建設計電路并成功點亮6支LED燈

當然，這只是使用這套教具提升課堂參與度與有效性的一個案例，其實它的使用貫穿整個勞技課電子技術知識的學習過程，并且在其中幫助教師和學生直觀、高效地理解和應用所學知識。

四、結語

放大的面包板這套教具的開發(fā)和應用對于初中勞動技術電子技術課的講授和學習有較強的輔助作用，它的使用在一定程度上提高了教學的有效性，促進了學生參與課堂的積極性，課堂效率整體提高，作為它的開發(fā)和使用者會在今后的教學中不斷改進，繼續(xù)開發(fā)其他相關教具，使得勞技課堂變得更加高效、生動。