影响数字电子技术课程实训效果的相关因素探析

田 逸

（苏州经贸职业技术学院机电系，江苏苏州，215009）

影响数字电子技术课程实训效果的相关因素探析

田 逸

（苏州经贸职业技术学院机电系，江苏苏州，215009）

本文通过列举四个班级在不同条件下开展同一个数字电子技术实训项目所产生的有关数据，比较分析了影响实训效果的相关因素及作用大小，揭示了这些相关因素与实训效果的内在联系，为实训课的有效开展提供了有价值的参考。

数字电子技术；实训效果；影响因素

0 引言

数字电子技术（以下简称数电）及其实训课是应用电子技术、电子信息技术等专业的核心专业基础课与重点实践性教学环节，它的开展效果直接关系到专业人才培养的质量，其重要作用和显著的地位已经得到广泛的认同。

如何才能有效地开展好数电实训课程？数电实训的开展效果与那些因素相关？相关程度是多少？搞清上述问题可以帮助教师或教学管理者更好的组织安排好这一关键教学环节，因此对上述问题的回答具有重要的实际意义。

表1. 数电实训相关数据记录表

本文根据多年的数电实训教学实践，选取、综合与规纳了A、B、C、D四个班级在不同的条件下开展同一实训项目所产生的相关数据如表1所示。这些不同的条件也就是可能对实训效果产生影响的因素包括：班级文理科生的比率，实训周的时间安排，相关实训的开展，理论教学与实验的内容与形式，元器件使用年数等。通过比较上述因素对实训作品成功率的影响，来分析它们与实训效果关联程度的强弱，从而揭示出它们内在的联系与影响，为数电实训课的安排与开展提供参考。

1 典型的数电实训项目与操作模式

表1所记录的实训项目是由CMOS电路所构成的简易数字钟，图1显示了其原理框图。它具有秒分时的计数与显示功能，振荡电路生成2Hz的脉冲信号，该信号经二分频电路产生秒脉冲。校时校分电路由三个双联带自锁的开关与连线组成，可以实现准确的校准时间的功能。该项目覆盖了数电理论中多个高价值的知识点，工作量的大小适合一周（24学时）的实训，且难度适中而被广泛采用。因此可以说它是一个具有代表性的典型实训项目。

图1. 由CMOS集成电路组成的简易数字钟框图

数电实训的操作模式通常有以下几种：一是在标准面包板上搭建设计成熟的电路，然后通过调试排除各种故障，最终实现系统的功能。二是在万能板上手工焊接设计成熟的电路，然后进行调试与排故实现系统功能。三是在做好线路的PCB板上手工焊上元器件。这三种方式各有特点，第一种方式的优点是经济，因为理论上说面包板和电子元器件都是可以回收并反复使用的，因此可以最大限度的节约实训成本，但这种方法难度大，它要求学生在正确理解电路工作原理的前题下正确连接所有线路，当元器件或电路连接有问题时学生应能根据现象分析原因并排除故障。第二种方式的难度与第一种相当，且万用板和元器件只能一次性使用，成本较高。第三种方式较易调试成功，因为正确的线路已经做在PCB板上了，学生只需将好的元器件焊上简单调试即可。这种方式由于一次性使用的PCB板和元器件而成本较高，且无法考查学生正确搭建电路的能力。因此综合考虑上述各方式的优缺点，通常数电实训采用第一种方式。这种方式要求学生在一周时间内，在面包板上完成数字钟主体电路的安装、调试与排故，指导教师则根据学生完成的质量，如完整功能的实现、元器件布局是否合理、连线是否规范等指标进行考核打分。图1和2为学生在面包板上手工搭建的数字钟主体电路。

2 数电课程基本教学环节的影响

高职课程的基本教学环节大致分为三个：理论讲授与作业练习，实验和实训。简单地说，理论讲解在先，验证性实验则是对理论的深入理解和巩固，课程实训则是以作品或项目的形式整合本课程多个知识点以实现某个或某些特定的功能，当然作品或项目都是让学生在指定的地点和规定的时间内通过安装调试与排故来完成的。通过这样一系列的教学活动，使学生既充分理解与掌握本课程的理论和知识点，同时又在实践过程中学会实物的使用和相应的操作技能，从而达到真正掌握的教学目的。

图2. 学生数字钟代表作品之一

图3. 学生数字钟代表作品之二

首先，理论的载体是教材，教材是课程建设的基础，教材的内容理应涵盖实训项目的主要或全部知识点。为了使实训收到好的效果，教师在理论课上应先期对相关知识点进行讲解，并对重点与难点内容及时安排作业与实验。以数字钟项目为例，其主要知识点的讲解有大模计数器的设计、显示译码器与LED数码管、秒脉冲的产生与分频等内容，对重难点的状态译码电路设计应安排作业进行练习与巩固，比如模6与模60计数器的设计。没有充分理解理论作为实训的基础，学生一旦在调试中遇到问题就无法独立分析和思考，排除故障更无从下手。

其次是实验教学环节，通过学生实际操作对课程重难点进行深入再认识。由于学生亲手操作可以调动学生的学习主动性、锻练学生的观察与分析思考能力，其教学效果更加明显。在实验内容安排上若将实训项目中的相关内容先期分解作为实验来完成，实践证明对实训将会产生极积的影响。以数字钟为例，实验环节应优先考虑安排模6与模60计数器的实现。目前流行的实验方式主要有实物实验与仿真实验两种。仿真实验主要是指在电脑上通过虚拟软件来完成，其特点是操作简单方便且经济，对学生快速验证理论设计有较大帮助，其缺点是学生没有实际操作感受。实物实验是指在实验箱或实验台上用芯片实物和插线将电路连接起来，利用测量工具或仪表观察实验现象或结果。这种方式相对来说有一定难度，特别是当所有的连线（包括电源和地）连好后，预期的实验结果出不来时还要查找原因，由此可见这种方式更类似于实训中的操作模式，显然更能煅练学生的动手动脑能力，因此这种方式更有利于后期的数电实训项目的开展。从表中的数据可见，A与B两个班由于采用实物实验，完成数字钟实训项目的成功率较高，而C班由于采用仿真实验，对成功率产生了不小的影响。

3 数电实训所用元器件因素的影响

为了节约成本，每次实训结束后都要回收学生用过的元器件以便下次使用。理论上讲，若学生规范操作且小心使用的话这些回收的元器件应该是好的，但实际情况可能存在偏差。也就是说，总会有个别或一些同学由于操作不慎而导致芯片被烧，最常发生的误操作就是将门电路的输出脚错接到电源或地而导致输出级击穿，然而芯片外表确完好无损。随着使用班级的增多，势必造成在回收的元器件中损坏的集成电路芯片逐渐增多，给后续学生的调试增加不小的难度，进而影响到作品调试的成功率。从表1所记录的相关数据来看，随着数字钟元器件反复使用的年数增多，A、B、C、D四个班完成数字钟项目的成功率逐年下降。显然，元器件损坏情况也是影响作品调试成功率的因素之一。解决的方法可以是对元器件进行及时更新。

4 前期相关实训的影响

这里的相关实训是指在数电实训前开展的并可能对数电实训的开展效果有一定影响的电路分析与模拟电子技术（以下简称模电）的两门实训课。电路分析及其实训课通常在数电实训课的前一学期进行，但由于专科学制短，模电实训课有时被安排在与数电实训课同一个学期进行，所以模电与数电实训课可能互为先后，也就是说模电实训课有可能会安排在数电实训课之后进行，表1中的D班就是这种情况。

电路分析的实训一般安排学生组装一块指针式万用表，它可以帮助学生实际领会电阻并联分流和串联分压的工作原理，特别是准确测量电阻和电压的实际操作要领，这些内容的掌握对后续实训课的顺利开展显然是有很大帮助的，因为在数电与模电实训中都要频繁的用万用表实测电阻和电压。

模电实训的内容对数电实训的影响不大，但若操作方式相同就会产生影响。如果模电实训安排在数电实训之前且操作方式也是在面包板上安装调试电路，实践表明前者对后者有较大影响。因为学生对面包板的认识与熟悉是需要一个过程的，无论谁先使用面包板都需要详细讲解它的结构和正确使用方法，而学生要通过实际操作才能真正掌握，一旦学生掌握了，则后续的实训课对面包板的讲解就可以简化、甚至不讲，这样就给电路的安装与调试提供了更多的时间，从而更有利于提高作品的成功率。表1中D班的数电实训因缺少前期实训的基础而进行的速度较慢，故数字钟只能作为选作项目。

5 指导教师与学生因素的影响

指导教师对实训效果的影响主要体现在实训前理论讲解是否到位、实训中能否制定合理可行的安装调试技术路线。由于实训调试与测量设备及场地的限制，并不是所有班级都能排在课程结束或学期末的一周来开展，也就是说有的班级将在学期结束前的某段时间进行。如表中的B班，实训前理论课只讲到触发器，对于即将开展的数字钟项目来说显然理论没有讲解到位，这样对学生分析与排故很可能造成较大的困难。在这种情况下，指导教师应该在实训中对相关知识点进行补讲，例如集成计数器以及任意模值计数器的设计，以最大限度地帮助学生解决因知识点不足所造成的困难，通常及时讲解的方法还是能起到一定的效果，从表中发映的数据可以看出B班的成功率较A班低，但整体还保持在90%以上。

另一方面，当实训不能安排在有信号发生器与示波器等设备的场所时，实训中采用合理的安装与调试策略就显得至关重要。因为只有这样才能在没有设备的情况下带领学生顺利的完成安装调试的任务。以数字钟为例，较为合理的技术路线应为先安装调试秒脉冲电路，有了信号源以后再安装模60的秒和分计数器，以及模24时计数器，当这些电路都分别正常工作后才安装校时校分电路。这样做的好处是一个模块一个模块的进行，一旦调试有故障，则排故的范围很小，易于解决。切忌全部电路一起上，出了问题很难找到故障的原因。

指导教师的影响还体现在及时帮助个别同学排除故障上。当学生难以独立排故时，应鼓励学生先分析故障原因，并介绍查找和分析故障原因的方法：倒推法，即根据故障现象寻找原因，培养逆向思维的能力。例如，LED显示器某段始终不亮，原因可能是LED数码管烧坏，或者是显示驱动器与LED该段的引线联接有问题等。再例如，模60计数器计到59时不回零，采用倒推法分析可能是集成计数器的清零或置零功能失效，或状态译码电路有问题等原因。这样做的好处是既复习巩固了相关知识点，又教会学生分析与解决问题的方法，提升相关技能，还可以提高调试成功率。

图4. C班数字钟作品验收情况文理科生比率分布图

在学生因素方面，由于生源逐年紧张，一些文科背景的高中毕业生也被招入工科专业来学习，本文对C班与D班的文理科生在数字钟实训中的表现进行了统计分析，柱形图4显示了C班同学数字钟作品验收情况的文理科学生比率分布图，C班共有43人，文理科生比率为42:58，从图中给出的数据可以看出：验收前10名与前20名同学中理科生所占比率略高于班级比率，但优势并不明显，它表明文科生背景的同学只要端正心态、极积认真地投入到数电实训课程中也能取得像理科生一样优秀的成绩。D班的数字钟是选作项目，共有16位同学在规定时间内完成了作品验收，这16位同学中有13位理科生和3位文科生，其比率如图5所示。而D班的文理科人数比率由表1知为33:67，如图6所示。比较图5和图6可以发现验收的理文科比率81:19明显高于班级的比率67:33，这组数据说明具有理科背景的同学更愿意去参加具有一定挑战性的实践教学活动，并且借助于自身的努力也更易取得成功。

图5. D班数字钟作品验收情况文理科生比率图

图6. D班文理科生比率图

6 结论

本文通过比较分析四个班级在不同情况下开展同一个数电实训项目所产生的不同结果，揭示出了影响实训效果的若干相关因素：理论教学应覆盖相关知识点；对重难点内容最好安排实物实验；实训所用元器件要及时更新；前期相关实训有助于数电实训的开展；指导教师要制定合理的安装调试方案，倒推法是分析排故的有效方法。

[1] 许新丰;王益基于CD4026数字钟实验电路设计及应用中国西部科技[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，苏州经贸职业技术学院机电系，副教授，主要教研方向：应用电子技术。