放大的面包板—初中劳动技术电子技术课教具的开发与应用

迟 蕊

电子技术是九年义务制教育初中阶段劳动技术课程的一个模块，学生在这门课上主要学习常用电子元器件、常见放大电路、常见开关电路、常见振荡电路、控制电路、集成电路、单片机等方面的知识，还要掌握锡焊技术，可利用电烙铁焊接电路。初中学生在电学知识方面基础弱，尤其是对电路概念理解困难，但同时又有很强的动手操作欲望，急于看到每一个电路的效果，考虑到这样的学生情况，在学生的学习过程中，安排学生使用面包板搭建电路这一学习方式，由于对学生使用面包板搭建电路的技术操作难度较低(插接即可)，因此满足了让学生快速操作并马上看到电路效果的愿望，同时面包板和电子元器件可以反复使用，供电的电压也比较低(一般为3～4.5 V)即便学生偶尔搭建错误烧坏元器件也不会有安全问题，在保证学生课堂安全性的同时，材料成本也降低了很多。

一、教具方案

随着课程的展开，发现了一个问题：带领学生边搭建边分析电路时，通过实物投影的图像学生经常看不清，主要原因有两点：第一，面包板太小，插接口间距密集，接好若干个元器件及数根跳线后，完全看不清电路结构；第二，面包板不透明，学生看不到内部接线方式，无法形成完整的电路概念，进而影响学生对电路的连接和原理的理解。除此之外，展示学生搭建完成的电路时，也存在由于看不清，而不能理解搭建电路人思路的问题。

为解决课堂上出现的这个问题，课下咨询了相关教师，也查阅了资料，得到两种解决方案：第一，使用硬质跳线(如图1所示)，使其紧贴电路板，防止跳线遮挡元器件；第二，购买透明面包板(如图2所示)。

图1 面包板专用硬质跳线

图2 透明面包板

尝试方案后发现改进效果并不尽如人意，原因如下：第一，硬质跳线确实可以紧贴电路板，但是由于其使用时不便弯曲，因此学生需要从多种长短不一的跳线里选择最合适长度的跳线，这样就增加了学生的技术操作难度，降低课堂效率；第二，市面上现有的透明面包板虽然是透明材质，但是孔距比较密集，学生依然看不清电路整体接线。

因此，需要自己动手设计和制作一套适合于初中劳技课电子技术课的教学用具，才能真正做到“对症下药”。

二、教具制作

有了自己动手制作的想法后，和组内教师讨论制作方案，寻找合适的材料。经过多次的讨论，首先明确了要制作的教具应具备以下3个特点：首先，能演示真实电路效果，便于学生课上观看，使用方便。其次，根据以上3个特点提出具体的解决方案：面包板进行1:10等比例放大，内部连接与真实面包板一致且面板采用透明材质、所有常用元器件等比例放大并且内部植入真实元器件使其具有真实功能，电路搭建采用插拔方式。最后，就是找齐材料动手制作。

1.放大的面包板的制作

(1)外壳制作

考虑到面板透明且需要具有一定的强度，选取了3毫米厚的亚克力板作为面包板的主材，利用绘图软件CorelDraw绘制1:10放大图纸(如图3所示)，利用激光切割机进行加工。

图3 外壳图纸

(2)内部连接线及插孔制作

考虑到面包板内部的接线原则(中间宽条，纵列5个孔导通，两侧窄条横排导通)及插孔的方便拔插性(课堂使用中，面包板需直立摆放或悬挂于黑板上，因此插孔与跳线间的连接既要有一定连接强度，又要方便使用者的拔取)，在电子市场及网络购物平台选取了多种接线端子，经过测试最终选定了香蕉插座和插头(如图4所示)。插座可以用螺母固定在亚克力板上，但之间的连线又出了点小问题：第一代面包板制作时，用了单股铜导线在插座侧面进行焊接，使其按照相应的导通原则连接起来(如图5所示)，但是在使用过程中，对学生观看面包板内部结构容易造成误导，因为每一列插座旁都会有一根平行线，学生容易看错。为了解决这一问题，第二代面包板制作时进行了改进，在每一个插座上加装了合适长度的接线端子焊接片(如图6所示)，并且将其焊接起来，这样一来，面包板内部的连线与插座所在位置为一条线，方便学生观看和理解(如图7所示)。

图5 侧面焊接连线效果

图6 接线端子焊接片

图7 一条线焊接连线效果

(3)边框及活动面板制作

面包板正面做成透明材质，使用者可以一眼看清其内部结构，但有时需要这个教具和学生手里的普通面包板保持高度一致，或者在有些情况下需要在透明与不透明之间进行转换，考虑到这样的需求，设计了一块活动白色面板(如图8所示)，可以按需求加装在透明面板上或取下，同时，由于要方便取用这块白色面板，对边框也进行了精心的设计，在固定住前后两层透明亚克力板的基础上，在前板与左右两侧边框间分别垫装了一根宽度2毫米的边条，这样一来，白色面板可以方便插入边框并能保证面包板在直立情况下不会脱落，同时又可以随时取下漏出内部的透明亚克力板。这块白色面板同样使用绘图软件设计，用1毫米厚的白黑双色板进行激光切割加工，并且将上下4根窄条的正负极线条部分涂装成红蓝色，使得其最终外观效果看起来和普通面包板非常相似，便于学生观看和理解。边框的材料考虑到强度和美观因素，采用了铝合金型材，根据尺寸进行长度切割并在转角处采用45°对接方式处理。

图8 自制放大面包板(带白色活动面板和去掉面板)

2.电子元器件的制作

为了保证教学中这套教具可以呈现真实电路效果，所有用到的电子元器件都要具备真实功能，因此在设计和制作时采用了“放大外壳，真实内芯”的方案满足这一教学需求。这套教具中，制作了放大版电阻、发光二极管、三极管、电容、驻极体话筒、电位器等元器件(如图9所示)。为了保证元器件的高度仿真，在外壳及内芯的处理上没少进行尝试，例如，发光二极管的制作：考虑到这套教具的使用场地是教室，为了方便几十个学生都能看清电路效果，发光二极管就需要具备足够的亮度，因此对多种不同参数的发光二极管进行测试，选取了亮度较高、耐压较高的发光二极管(目前制作的以红色为主)，同时在数量上也增加为4支发光二极管并联使用，并将发光二极管头部磨平，减弱聚光效果，使其达到整体发光均匀的理想效果；在内芯方案经过反复测试后，发光二极管的外壳材料选择也经历了一个反复调整的过程，为了使其从外观上更加接近真实的发光二极管的草帽式外观，首先想到了用矿泉水瓶上半部分制作，于是先后从超市购买的4～5种顶端样式略有区别的矿泉水瓶，选取了一种最为接近的试制了一个外壳，但由于瓶子顶端—瓶口位置的缺口只能后期填充，因此做完后即便喷漆掩盖住部分接缝，但是一旦接通电源，发光二极管的亮度还是会受到接口的影响，进而影响学生课堂观看的效果。因此需要寻找一种顶端没有接缝的，外形为胶囊式的外壳材料，于是想到了展示毛猴或泥人作品时用到的透明钟罩式外壳，但是这种外壳大多是玻璃材质的，重量较大，如果将发光二极管插接在面包板上时容易下坠，影响学生观看效果，又开始寻找较轻材质的外壳，最终在网上找到一款合适的材料：亚克力防尘钟罩，并按1:10的比例选取了最为接近的直径55毫米尺寸的款式(普通发光二极管直径5毫米)。根据钟罩的尺寸用透明亚克力自制了底座，并将4支发光二极管合理排布其上(4支发光二极管的间距和距离钟罩的高度要测试，否则最终亮度不是太小就是无法将4个点光源融合为1个光源)，与钟罩完美对接(如图10所示)，最后将钟罩内部进行多次喷漆后与底座组合安装。这样一支看似简单的发光二极管实际经历了如上这些反复测试反复制作的过程，才能达到最终比较满意的教学效果，其他的电子元器件的制作也需要如此，这里就不一一赘述了。

图9 自制的电子元器件

图10 自制发光二极管半成品

3.电池盒的制作

这套教具的开发之初就定位为应用课堂教学，教师可以用，学生也可以用，但是真实的课堂教学中，无论是使用过程中的“试错”操作还是偶尔出现的误操作，都可能导致搭建电路过程中，电路电流过大，烧坏元器件，进而出现安全问题，考虑到这一点，在设计和制作与教具匹配的电池盒时，在其中加装了保险管，当学生或教师在连接电路出现电流过大问题时，保险管会第一时间熔断，有效地防止课堂出现安全事故，同时也提高了教具中电子元器件的使用寿命，并且保险管的安装方式设计为卡扣式，方便更换。除了这项设计，还将电池盒的正负极两端由接线方式接入面包板改为更加方便的插拔方式接入电路，具体制作方法为将电池盒正负极及保险丝用导线在连接后藏在电池盒内部，然后在电池盒盖安装两个香蕉插头与电池盒正负极相接(如图11所示)，这样一来，使用者只需将电池盒插接在面包板的窄条上就可以完成电源接入电路的工作，这样的处理方式是将固定和连接电路两个操作步骤进行了二合一。电池盒上要设置开关，同时在电池盒外壳加装了电压标识牌，标识牌可随电池盒的转向自动调整方向。目前，为这套教具设计了3种不同电压的电池盒：3 V，4.5 V，6 V(如图12所示)，这3种电压基本可以满足初中劳技电子技术课的教学需求。

图11 自制的内部带保险管电池盒

图12 自制的三种电压电池盒

4.仪表的制作

课堂教学中教师经常需要使用万用表带领学生测量电路中的数据，进而帮助学生分析和解决出现的问题。但是如果上课时用普通的万用表对教具上的电路进行测量，由于距离远学生看不清表上的显示，而且使用者也不方便举着一块万用表对电路进行实时测量。考虑到以上的教学需求，又为这套教具自制了几块电流表和电压表(如图13所示)。从电子市场买来量程合适的电流表和电压表表头，然后为其加装6 V电池盒，再用巧妙的接线方式将二者进行连接，最终的效果为：使用者将仪表插入面包板上专用位置插座，打开开关，将红黑导线插入待测量电路相应位置即可以较为清楚地以数字方式显示当前测量值，方便学生读取数据和操作。

图13 自制电压表、电流表

三、教具使用

教具的制作虽然经历了反复的设计和制作，但是检验其成功与否的标准仍旧是课堂教学的效果，因此在教具制作完成后，在第一时间将其应用到课堂教学中(如图14所示)。

图14 学生在课上使用教具

在一个学期的教学安排中，多个教学内容都使用了这套教具，具体内容如下。

(1)认识电路，包含串并联电路连接及特点。

(2)常用电子元器件特性探究实验。

(3)常用电路焊接前的实验电路搭建。

(4)电子控制电路焊接前的实验电路搭建。

(5)集成电路焊接前的实验电路搭建。

(6)单片机实验电路搭建。

经过实践教学的检验，这套教具呈现的课堂效果非常明显，例如，在讲解“串并联电路”这部分内容时，首先，带领学生探究串并联电路的连接特点及电流、电压规律，然后让学生应用这一规律进行LED创意灯牌的设计与制作。具体的过程如下。

第一步：展示LED创意灯牌作品，提出本课任务，每个学生用6支红色发光二极管和6 V电源的电池盒，设计和制作一个带有一定图案的创意灯牌。

第二步：先把设计电路难度降低，给学生提供两支发光二极管和3 V电源的电池盒，请学生设计电路连接，经过思考和探究，学生给出两种电路连接方式，课堂上请一位学生用放大面包板教具搭建这两种电路(如图15所示)，分别为串联和并联，但是学生发现串联的两只发光二极管不亮，并联的可以亮，于是利用教具中的电压表引导学生进行测量，发现串联电路中，两只发光二极管电压低于2 V，这样一来，学生就明白不亮的原因了：电压低于发光二极管的导通电压，进而提出解决方案，将电源更换成4.5 V即可点亮。同时，引导学生通过利用电流表、电压表测量串并联电路中发光二极管两端电压和电路中的电流，总结串并联电路中电流和电压的规律。

图15 串并联电路

第三步：学生使用6支发光二极管和6 V电源的电池盒进行电路设计和搭建，利用放大面包板教具呈现学生的设计方案(如图16所示)，并检测其方案的可行性，由于教具的直观性强、效果明显，学生们纷纷要求利用这套教具展示自己的设计，课堂气氛活跃，极大地调动了学生参与课堂的积极性，由于面包板被放大了，虽然是一个学生操作但同时其他学生也都能看清，课堂上非常活跃，提高了课堂的有效性，最终学生利用教具验证出多个不同的电路连接方案，并且由于教具可以清晰地反映出电路整体连接方式，因此本节课也为后续课程焊接制作电路打下了良好的基础。

图16 学生使用教具搭建设计电路并成功点亮6支LED灯

当然，这只是使用这套教具提升课堂参与度与有效性的一个案例，其实它的使用贯穿整个劳技课电子技术知识的学习过程，并且在其中帮助教师和学生直观、高效地理解和应用所学知识。

四、结语

放大的面包板这套教具的开发和应用对于初中劳动技术电子技术课的讲授和学习有较强的辅助作用，它的使用在一定程度上提高了教学的有效性，促进了学生参与课堂的积极性，课堂效率整体提高，作为它的开发和使用者会在今后的教学中不断改进，继续开发其他相关教具，使得劳技课堂变得更加高效、生动。