培養(yǎng)電路“物化能力”的探析

潘海波

◆摘? 要：“物化能力”是指將意念、方案轉(zhuǎn)化為有形物品或?qū)σ延形锲愤M(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化的能力。物化能力是技術(shù)的實(shí)踐、創(chuàng)造性特征的重要體現(xiàn)。因此要在通用技術(shù)課堂中培養(yǎng)學(xué)生的物化能力，將附錄部分打造成實(shí)驗(yàn)課，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課中，體會(huì)“物化能力”。

◆關(guān)鍵詞：物化能力;三極管;多用電表;實(shí)驗(yàn)

普通高中通用技術(shù)課程是與九年義務(wù)教育中的信息技術(shù)和勞動(dòng)與技術(shù)教育相銜接，以提高學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)為主旨，以設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)、操作學(xué)習(xí)為主要特征的基礎(chǔ)教育課程，是國(guó)家規(guī)定的普通高中學(xué)生的必修課程。通用技術(shù)核心素養(yǎng)包括“技術(shù)意識(shí)”、“工程思維”、“圖樣表達(dá)”、“創(chuàng)新設(shè)計(jì)”和“物化能力”五個(gè)方面，但由于技術(shù)考試目前還是以紙筆考試為主，在通用技術(shù)實(shí)際教學(xué)中缺少了實(shí)踐操作活動(dòng)，導(dǎo)致了學(xué)生“物化能力”這方面素養(yǎng)較差，例如對(duì)于電子電路的設(shè)計(jì)，實(shí)際課程中很少會(huì)讓學(xué)生參與焊接，電路的接線，從而導(dǎo)致學(xué)生有了金點(diǎn)子，卻無(wú)法將其“物化”。而隨著浙江省高考改革的深入，通用技術(shù)電子控制這一塊考查知識(shí)對(duì)學(xué)生的要求也越來(lái)越高，教師教學(xué)中遇到的困惑也越來(lái)越多。

電控附錄部分是學(xué)習(xí)《電子控制技術(shù)》的基礎(chǔ)，學(xué)好了該部分，學(xué)生就能更好的設(shè)計(jì)電路，并為以后“物化”出更具有實(shí)用價(jià)值的電路打下基礎(chǔ)。為提升學(xué)生電路的“物化能力”，本人設(shè)計(jì)了一系列附錄部分實(shí)驗(yàn)方案，現(xiàn)對(duì)實(shí)施情況進(jìn)行總結(jié)。

一、認(rèn)識(shí)元器件及多用電表使用----電路“物化能力”基礎(chǔ)

電路元器件是電路“物化”的基礎(chǔ)，學(xué)生要知道元器件的作用，并能讀取元器件銘牌內(nèi)容，更要會(huì)熟練使用多用電表。

實(shí)驗(yàn)一：認(rèn)識(shí)元器件

準(zhǔn)備元器件大禮包，其中包含附錄中的電阻、電容、二極管、三極管以及后

續(xù)的光敏、熱敏電阻等傳感器、繼電器、集成塊等。著重介紹附錄中的元器件：

1.電阻：觀察固定電阻外形如圖1;

師：該固定電阻有哪幾種色環(huán)？

生：棕灰黑棕棕。

師：色環(huán)法讀數(shù)：棕1紅2橙是3，4黃5綠6為藍(lán)，7紫8灰9對(duì)白，黑是0，金五銀十表誤差。最后一位為誤差，倒數(shù)第二位是10的n次，請(qǐng)大家讀數(shù)。

生：180×101Ω±1%

觀察電位器、滑動(dòng)變阻器如圖2;

師：此電位器標(biāo)識(shí)為504，可通過(guò)數(shù)碼法讀出最大阻值：最后一位是10的n次。

生：50×104Ω

2.電容：觀察固定電容器和電解電容器。認(rèn)識(shí)電解電容器的長(zhǎng)短腳;

師：區(qū)分電解電容器的長(zhǎng)腳為正，短腳為負(fù)。封裝有白色豎線對(duì)應(yīng)的腳為負(fù)極;

師：運(yùn)用數(shù)碼法讀取固定電容器的電容，例如103，電容量為10×103pF。

學(xué)生實(shí)際觀察操作

3.二極管：分別觀察普通二極管、發(fā)光二極管、穩(wěn)壓二極管及光敏二極管;

師：區(qū)分二極管的正負(fù)極，普通二極管、穩(wěn)壓二極管有色環(huán)的一端為負(fù)極。光敏二極管、發(fā)光二極管的長(zhǎng)腳為正，短腳為負(fù)，發(fā)光二極管內(nèi)部，小頭為正。光敏二極管封裝有突出點(diǎn)對(duì)應(yīng)的腳為正極。

4.三極管：觀察三極管外形，知道正面自左向右依次為EBC。

教學(xué)評(píng)析：實(shí)物展示，運(yùn)用色環(huán)法讀數(shù)及數(shù)碼法，加深學(xué)生的電阻知識(shí)的運(yùn)用。明確二極管的正負(fù)極，并會(huì)辨別實(shí)物正負(fù)極。

實(shí)驗(yàn)二：多用電表測(cè)元器件好壞（測(cè)電阻）

準(zhǔn)備機(jī)械式多用電表和數(shù)字式多用電表各一只，課前著重介紹機(jī)械式多用電表使用步驟。

1.測(cè)電阻：學(xué)生練習(xí)使用機(jī)械式多用電表測(cè)固定電阻的步驟，讀出其數(shù)值，與實(shí)驗(yàn)一中色環(huán)法讀數(shù)進(jìn)行對(duì)比。

學(xué)生練習(xí)使用數(shù)字式多用電表測(cè)電阻，知道顯示“1”時(shí)，為超量程，需要換大量程。

2.測(cè)電容好壞：學(xué)生驗(yàn)證，將電表?yè)跷贿x×100或×1K，黑表筆接電解電容器正極，紅表筆接負(fù)極，觀察到指針先偏右后返回左側(cè)“∞”處。

3.測(cè)普通二極管好壞：學(xué)生將電表?yè)跷贿x×100或×1K，黑表筆接二極管正極，紅表筆接負(fù)極，觀察到指針偏向右側(cè)“0”，反接在“∞”處。

學(xué)生運(yùn)用數(shù)字式多用電表，擋位選擇專有的二極管擋位，紅表筆接二極管正極，黑表筆接負(fù)極，顯示數(shù)字“0.6-0.8V”左右，反接顯示“1”超量程。

4.測(cè)三極管NPN好壞：學(xué)生運(yùn)用機(jī)械式多用電表分別測(cè)量NPN三極管BE，BC，CE之間的正反向電阻，填入表格：

教學(xué)評(píng)析：以上4個(gè)小實(shí)驗(yàn)，都是練習(xí)使用多用電表，為以后物化電路圖，對(duì)電路進(jìn)行檢測(cè)做了鋪墊，教師在教學(xué)中，要多多在教室走動(dòng)，多發(fā)現(xiàn)學(xué)生操作上的不規(guī)范，加以指正。

二、三極管三個(gè)工作狀態(tài)下電流電壓關(guān)系----理解原理為“物化”做準(zhǔn)備

三極管是電子控制系統(tǒng)的核心元器件，要對(duì)電路進(jìn)行“物化”，必定要搞清楚三極管的工作原理，本人運(yùn)用電子百拼，組織學(xué)生進(jìn)行了三極管的相關(guān)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)三：三極管工作狀態(tài)電流定性分析

根據(jù)如圖3所示電路圖，運(yùn)用電子百拼套件構(gòu)建實(shí)物電路圖。

操作1：搭建實(shí)驗(yàn)電路

師：滑動(dòng)變阻器向上滑，可觀察到什么現(xiàn)象？

生：發(fā)光二極管變亮，燈泡的亮度也在增加

師：斷開發(fā)光二極管呢？

生：燈泡瞬間熄滅

師：斷開燈泡呢？

生：發(fā)光二極管繼續(xù)發(fā)光

教學(xué)評(píng)析：以上操作，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于三極管的認(rèn)識(shí)，知道基極電流控制集電極電流。

操作2：燈泡旁串聯(lián)數(shù)字萬(wàn)用表（電流檔）

師：滑動(dòng)變阻器向上滑，觀察到上面現(xiàn)象

生：集電極電流變大

師：當(dāng)燈泡最亮?xí)r，觀察到什么現(xiàn)象

生：電流基本保持不變

教學(xué)評(píng)析：通過(guò)多用電表實(shí)際測(cè)量，強(qiáng)調(diào)了基極電流控制集電極電流，但在飽和后繼電器電流保持不變。遺憾的是基極電流過(guò)小，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量，故實(shí)驗(yàn)中未放入該操作。

實(shí)驗(yàn)四：三極管工作狀態(tài)電壓定量分析

實(shí)驗(yàn)三電路再探究，運(yùn)用數(shù)字萬(wàn)用表電壓檔分別測(cè)量截止、放大、飽和三狀態(tài)下的基極、集電極、發(fā)射極對(duì)地電位，測(cè)量數(shù)據(jù)表如下圖所示

x教學(xué)評(píng)析：通過(guò)多用表準(zhǔn)確測(cè)量，可讓學(xué)生鞏固，當(dāng)基極是高電位時(shí)，NPN三極管才能導(dǎo)通。當(dāng)三極管處于放大、飽和狀態(tài)時(shí)，UBE的電壓大致在0.7V附近。飽和時(shí)UCE在0.3V以下，三極管相當(dāng)于導(dǎo)線，燈泡最亮。放大時(shí)UCE在0.7～電源電壓之間，相當(dāng)于三極管有一定的電阻。

三、設(shè)計(jì)光控路燈并焊接實(shí)物----嘗試“物化”實(shí)用電路

在學(xué)習(xí)了重要的三極管及元器件知識(shí)后，就可以適當(dāng)讓學(xué)生嘗試“物化”實(shí)用的電路圖。

實(shí)驗(yàn)五：光控路燈電路圖設(shè)計(jì)

材料：NPN三極管，發(fā)光二極管，光敏電阻，兩節(jié)電池，100KΩ電阻，導(dǎo)線若干。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模焊鶕?jù)提供材料繪制有光不亮，無(wú)光亮的光控路燈電路

師：電子控制系統(tǒng)有哪三部分組成？

生：輸入，控制，輸出

師：控制部分一般有三極管，門電路，集成塊等構(gòu)成，那么輸入部分由哪些構(gòu)成？

生：傳感器串聯(lián)電位器，中間點(diǎn)信號(hào)傳送給三極管基極

師：輸出部分一般有用電器構(gòu)成，接三極管集電極

教學(xué)評(píng)析：此環(huán)節(jié)是為了解決學(xué)生首次繪制電路圖，無(wú)從下手的問(wèn)題，通過(guò)師生的一問(wèn)一答，將電路的大致繪制方向講清楚，提高了學(xué)生的繪制電路圖效率。電路圖如圖4所示

實(shí)驗(yàn)六：實(shí)物焊接

準(zhǔn)備焊接器材及光控路燈電路電子器材包

a.根據(jù)電路圖5完成元器件在電路板上的插接，

師：電路板上有個(gè)電阻時(shí)330Ω，大家有找個(gè)那個(gè)電阻嗎？

生：黃黃黑黑棕

師：電解電容器哪邊是正極？

生：引腳長(zhǎng)的是正，有白色豎線的是負(fù)極

將所有元器件都插接到電路板上.

教學(xué)評(píng)析：此部分問(wèn)答，用來(lái)檢驗(yàn)元器件部分的相關(guān)知識(shí)，讓學(xué)生做到學(xué)以致用。

檢查無(wú)誤后，在元器件表面附上一層橡皮泥。

a.將電路板翻轉(zhuǎn)，元器件引腳朝上

b.正常施焊

c.剪去多于引腳

實(shí)驗(yàn)七：實(shí)物電路驗(yàn)證

用引線將②和③導(dǎo)通，在將光敏電阻的引腳分別插入到③和④，如圖6所示。安裝電池，調(diào)節(jié)電阻RP，使發(fā)光二極管處于將亮不亮狀態(tài)。使用手遮擋光敏電阻，模擬黑夜，正常情況下發(fā)光二極管會(huì)亮起。

教學(xué)評(píng)析：實(shí)驗(yàn)成果的展示，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)電控的興趣，“物化能力”有很大提高。

四、學(xué)生“物化能力”成果及反思

通過(guò)以上三個(gè)步驟的學(xué)生電控實(shí)驗(yàn)，收到了非常好的教學(xué)效果，學(xué)生能夠自主分析相關(guān)的三極管電路。

焊接電路完成后，有個(gè)別小組發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管沒(méi)有發(fā)光，學(xué)生能夠自主使用數(shù)字多用電表，對(duì)電路進(jìn)行檢查，并對(duì)電路進(jìn)行修正，“物化能力”顯著提高。

在新高考的背景下，通用技術(shù)考試已不再是簡(jiǎn)單的紙筆考試，更看重，學(xué)生是否親身經(jīng)歷過(guò)實(shí)驗(yàn)，是否對(duì)實(shí)驗(yàn)有反思。因此本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案較好的解決了電控教學(xué)的“起點(diǎn)”，培養(yǎng)了學(xué)生的“物化能力”，為后面的教學(xué)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]郭秋維.以電子百拼為例淺談培養(yǎng)學(xué)生的思維能力[J]，教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn).2015年09期.

[2]施先群.高中生多用電表學(xué)習(xí)常見(jiàn)困惑及解釋[J].教育信息化論壇.2019年1月.