中小学生电子制作的现状与对策

2016-02-02 16:00
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目前，在中小学中，电子游戏在校园内盛行，因游戏成瘾而荒废学业的报道屡见不鲜。然而，在过去若干年前，电子制作在中小学中同样盛极一时，也不乏沉迷者，但当时大多称之为“无线电爱好者”或“电子发烧友”，并多见正面报道。同时，全国及各省、市相继举办过多届电子制作或电子技术竞赛，如：全国青少年电子制作锦标赛和全国青少年无线电通信锦标赛，北京市中小学电子技术竞赛，上海市青少年电子制作竞赛等。近年来，这类竞赛在中小学中有萎缩之势。产生这一现象有诸多原因。概括起来，主要有两方面原因：一方面，因受中考、高考新规加分政策的限制，中小学生以及学生家长们降低了电子制作竞赛的参赛热情。另一方面，电子制作成本大、技术门槛高，速成难，想要取得明显成效，需要长期的培训和系统的指导，使不少中小学生及学生家长们望而却步。第一方面属于利益驱动方面原因。由此可见，在目前情况下，在中小学信息技术相关课程教学中，采用以兴趣培养为导向的情感教学和以创新意识培养为导向的技能训练相结合的教学方式，显得尤为重要。第二方面属于技术方面原因，这是本文讨论的重点。下面，针对此方面原因，结合本人多年的实践与思考，给出一些解决思路，供大家参考。

1 电子制作的基本要求
      在电子制作之前，**做好必要的知识储备。首先，要加强基础理论知识的学习和基本技能的训练，**要注意电学、光学、机械、控制以及常用电子模块、常用电子仪器仪表等方面的学习和训练。其次，需要了解相关专业的应用背景知识。相关专业的应用背景知识的掌握，可能因学生参与电子制作内容的不同而有所不同。
      经过较系统的基础理论知识的学习和专项训练，学生应达到如下几项基本要求：
    （1）在基础理论知识学习中，应兼顾各个专项赛题的不同特点，学习相应的专业知识。并且，至少熟悉两个以上专业方向的知识，以从容应对不同专业方向的赛题；
    （2）在专项训练中，至少应熟悉一种微处理器控制系统（如遥控系统）的工作原理，并融于电子作品的制作中。这是因为，现代电子设备大多是由基于微处理器的电路构成，缺少微处理器的电子设备，往往在功能上和性能上稍逊一筹；
    （3）在电子作品的设计与制作过程中，在实现基本功能基础上，需要**注重性能指标的改善。电子作品的性能指标往往通过各项技术参数来体现，而技术参数的提高主要依靠模拟电子技术。模拟电子技术是**基础的技术，**掌握。

一般说来，电子作品的性能指标包括软指标和硬指标两方面。其中，软指标体现于功能实现的完整性与新颖性，主要是通过程序来控制，作用于整个数字逻辑电路（或数字系统），注重编程思路的巧妙及逻辑上的合理性，常用来作定性判断和主观评价。硬指标体现于技术参数的达成度与显示度，主要是通过数据来度量，作用于模拟电子电路（或模拟系统）的整体与局部，如系统架构、单元模块、元器件等，强调数据的可测性与一致性，常用来作定量测试和客观评价，便于直观比较和观测结果。

2 电子制作的基本过程
电子作品性能指标的优劣很大程度上取决于制作过程是否规范。过去，许多初学者心存误解，认为各类电子作品的结构、功能与性能不尽相同，各人知识背景与兴趣爱好存在差异，制作过程可以因人而异，随心所欲。然而，失败的教训和成功的经验提示我们：反复做好一件事的人成为专家，一定是掌握了某种规律。电子制作也不例外，确实有规律可循[7]。一种有代表性的通用设计规范如图1所示。包括如下几方面：应用需求（设计目标）分析、系统总体方案设计（系统功能设计）、系统硬件设计（单元电路设计）、系统软件设计（软件模块编程）、系统软硬件综合仿真与调试、测试数据分析及系统性能优化、系统应用与升级等。

需要说明，图1所描述的是一种通用框架（或规范），许多细节需要结合设计目标在实际制作过程中逐步完善。

3 电子制作竞赛的赛前训练
在赛前学习和训练中，重点是掌握电子技术中相关的重要概念，**是各类放大器、振荡器、调制解调器、传感器、控制器、微处理器等相关的重要概念。在此基础上，完善系统功能，优化技术指标（尤其是与模拟电子技术相关的技术指标），并协调好微处理器系统与电子技术的关系。微处理器是绝大部分电子设备的控制核心，掌握好微处理器及其开发技术是电子制作**基本条件。同时，合理运用可编程器件将能加快开发速度，大幅度提高电子作品的**牲。赛前尽可能多地掌握先进器件和先进技术，竞赛时方能步步**。

另外，赛前应多做一些针对性的强化训练。可适当做一些往年赛题，并在方案选择、功能分析及系统设计时，严格按照“技术指标”的要求进行，不要片面追求电子作品的外观。具体说来，应根据“**小系统”和“节能减排”原则，着重考虑“性价比”与“系统功耗”指标。“性价比”与“系统功耗”指标是设计任何电子作品**具备的限定性指标。

      在赛前训练过程中，还应养成良好的归纳总结习惯。要求在构成完整的电子作品之前，事先做好如下几方面准备工作：
    （1）收集整理有关资料。包括图书、报刊资料和网上资料等；
    （2）列出元器件清单，有针对性地做好相应准备；
    （3）准备好现有的组装套件。包括单片机系统、遥控汽车模型、遥控飞机模型等。

4 建议与展望
在中小学中开展电子制作竞赛，应该从认知与感知到兴趣与志向的过程加以引导，由易到难，由浅入深。在具体实施时，可以考虑从套件组装与调试着手，逐步扩展一些电子、光学、机械、控制的基本知识，上升到制作与设计阶段。其中，收音机、电子音乐盒、电子发光棒、遥控汽车、遥控飞机（或航模）等制作项目是较佳选择。以上内容与大学中开设的《电子工艺实习》课程内容相衔接。《电子工艺实习》课程是全国各高校大多数工科专业学生的必修课。此外，中小学中开展的电子制作竞赛与大学中开展的电子设计竞赛有直接的继承性。电子设计竞赛是电子制作竞赛的**形式，知识更广泛，内容更深入，要求更苛刻，不仅要求在规定时间内按照题目规定的任务完成电子作品制作，撰写出规范的系统设计报告，而且要求在方法上有所创新，做到理论指导实践，才能**作品性能指标突出。在大学中开展电子设计竞赛的目的，主要是作为高等学校电子信息类相关专业开展课程体系与教学内容改革的实践载体，旨在推动电子信息类相关专业课程建设、教学改革以及人才培养模式创新，培养大学生的创新能力、协作精神，加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际问题进行电子设计、制作的综合能力，吸引、鼓励广大学生踊跃参加课外科技创新活动，扩大受益面，为**人才脱颖而出、服务社会发展创造条件。一旦这些训练有素的学生学成毕业，走向社会，将成为各行各业的技术骨干，推动全社会的科技创新。可以预见，经过各方共同努力，在不久将来，中国将真正形成“大众创业，万众创新”的局面。