導(dǎo)語(yǔ)：新型電子試驗(yàn)臺(tái)創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：通過(guò)研究新型電子試驗(yàn)臺(tái)，以期改變現(xiàn)在單一使用面包板進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀。目前市面上進(jìn)行電子實(shí)驗(yàn)的幾乎都是普通的面包板，只是基礎(chǔ)的板子，不具備其他功能，而新型電子試驗(yàn)臺(tái)集合了試驗(yàn)區(qū)域、功能區(qū)域、電源區(qū)域和檢測(cè)區(qū)域，具有了試驗(yàn)和檢測(cè)及拓展的功能，在學(xué)生學(xué)習(xí)各類電路中非常實(shí)用。

關(guān)鍵詞：電子實(shí)驗(yàn)；面包板；整體設(shè)計(jì)；電源

鑒于在電子電路學(xué)習(xí)與搭建過(guò)程中，電子電路元件實(shí)驗(yàn)存在效果不明顯、易損壞、不易安裝、難以檢測(cè)是否正常工作等問(wèn)題，需要一款可以規(guī)避上述問(wèn)題的電子電路實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，從而進(jìn)行該方向的研究調(diào)查與分析。

1調(diào)查與分析

通過(guò)訪問(wèn)調(diào)研法對(duì)電子電路實(shí)驗(yàn)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查，重點(diǎn)調(diào)查對(duì)象為小學(xué)生、初中生以及授課教師。調(diào)查發(fā)現(xiàn)存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題：①電子電路實(shí)驗(yàn)在課堂上實(shí)驗(yàn)效果不明顯；②電子元件在課堂實(shí)驗(yàn)上易損壞；③電子元件在課堂實(shí)驗(yàn)中不易安裝；④電子元件在課堂實(shí)驗(yàn)中難以檢查是否在正常工作；⑤常用電子原件丟失率高。通過(guò)網(wǎng)上調(diào)查發(fā)現(xiàn)，上述問(wèn)題在網(wǎng)絡(luò)中并沒(méi)有明確的解決方案。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，該問(wèn)題處于空白階段，所以對(duì)新型電子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)展開(kāi)研究有重要意義。

2網(wǎng)絡(luò)調(diào)研

2.1360/百度網(wǎng)站搜索。通過(guò)現(xiàn)在主流網(wǎng)站搜索引擎搜索“電子試驗(yàn)臺(tái)”“電路實(shí)驗(yàn)”“試驗(yàn)臺(tái)”等關(guān)鍵詞，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)品以及實(shí)驗(yàn)用具，但通過(guò)網(wǎng)上搜索發(fā)現(xiàn)網(wǎng)上關(guān)于電子實(shí)驗(yàn)存在實(shí)驗(yàn)效果不明顯、原件易損壞、電子元件不易安裝等信息。2.2國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局。通過(guò)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在并沒(méi)有相似或相關(guān)產(chǎn)品、相似或相關(guān)專利、相似或相關(guān)文獻(xiàn)。2.3淘寶網(wǎng)。通過(guò)淘寶網(wǎng)進(jìn)行“電子電路”“電子實(shí)驗(yàn)”“實(shí)驗(yàn)臺(tái)”等關(guān)鍵詞的搜索，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)相關(guān)或相似商品。2.4網(wǎng)絡(luò)調(diào)研結(jié)論。通過(guò)在360、百度等主流搜索引擎、國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局官方網(wǎng)站、淘寶網(wǎng)等電商網(wǎng)站上進(jìn)行搜索均得出：①在電子電路實(shí)驗(yàn)中以及教學(xué)中，存在實(shí)驗(yàn)效果不明顯、原件易損壞、電子元件不易安裝等問(wèn)題；②目前并沒(méi)有相關(guān)、相似產(chǎn)品或相關(guān)、相似文獻(xiàn)。從而得出在電子電路實(shí)驗(yàn)中的確存在問(wèn)題，但是沒(méi)有相關(guān)應(yīng)對(duì)措施，也沒(méi)有相關(guān)研究人員對(duì)此進(jìn)行研究。

3訪問(wèn)調(diào)研法調(diào)查

通過(guò)訪問(wèn)調(diào)研北京市25位科學(xué)教師以及100位學(xué)習(xí)科技的學(xué)生，累計(jì)訪問(wèn)125人，有效訪問(wèn)125人（25位教師、100位學(xué)生），訪問(wèn)有效率100%。通過(guò)實(shí)地調(diào)研再來(lái)看電子實(shí)驗(yàn)臺(tái)中可能存在的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)電路中電子元件可能存在的問(wèn)題為：①I(mǎi)C555常用，靈活，不需要固化；②LED常用，靈活，種類多，連接方式多種多樣；③電阻常用，靈活，種類多，位置不固定；④滑動(dòng)變阻，難插類，相對(duì)固定，但是原件在面包板上難以安裝，引腳粗，距離長(zhǎng)；⑤繼電器，難插類，共有6條引腳，很難插在電路上，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤；⑥干簧管，易損類，很脆弱，稍不注意就容易損壞，成本高；⑦喇叭，難插類，沒(méi)有引腳，需要焊線，且容易損壞；⑧傳感器，靈活類，種類多，電路需求不同，且相對(duì)容易安裝；⑨電容，靈活類，種類多，電路需求不同，且相對(duì)容易安裝；⑩三極管，靈活類，種類多，電路需求不同，且相對(duì)容易安裝。

4訪問(wèn)調(diào)研分析

在調(diào)查中，25位教師全部期望對(duì)現(xiàn)有電路實(shí)驗(yàn)器具進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)，100位學(xué)生全部期望對(duì)現(xiàn)有電路實(shí)驗(yàn)器具進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)。通過(guò)信度分析得出：實(shí)驗(yàn)效果不明顯、電子元件易損壞、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電子原件不易安裝、電路檢測(cè)困難、常用元件丟失。可靠性統(tǒng)計(jì)資料的Cronbach的Alpha系數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果為0.978，通過(guò)了信度分析。

5數(shù)據(jù)分析

通過(guò)單變量回歸分析得出：①教師與電子實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)效果存在顯著關(guān)系。分析得出授課教師對(duì)實(shí)驗(yàn)效果非常重視。②教師與電子元件易損壞存在顯著關(guān)系。分析得出授課教師不希望電子元件頻繁損壞。③教師與電子元件不易安裝存在顯著關(guān)系。分析得出授課教師希望電子元件安裝更加便捷。④教師與電子元件難以檢查是否正常工作存在顯著關(guān)系。分析得出授課教師在實(shí)驗(yàn)電路中希望可以快速檢測(cè)到元件是否正常工作。⑤教師與常用元件丟失不存在顯著關(guān)系。分析得出授課教師對(duì)常用零件丟失并沒(méi)有特別關(guān)注。⑥學(xué)生與電子實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)效果存在顯著關(guān)系。分析得出學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)效果非常重視。⑦學(xué)生與電子元件易損壞存在顯著關(guān)系。分析得出學(xué)生不希望電子元件頻繁損壞。⑧學(xué)生與電子元件不易安裝存在顯著關(guān)系。分析得出學(xué)生希望電子元件安裝更加便捷。⑨學(xué)生與電子元件難以檢查是否正常工作不存在顯著關(guān)系。分析得出學(xué)生對(duì)電子元件是否正常工作并沒(méi)有過(guò)多關(guān)系。⑩學(xué)生與常用元件丟失存在顯著關(guān)系。分析得出學(xué)生非常在意常用零件丟失問(wèn)題。

6調(diào)研結(jié)論

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)調(diào)查、訪問(wèn)調(diào)研得出，現(xiàn)在存在的電子電路試驗(yàn)器具存在需要改進(jìn)的地方，并通過(guò)信度分析，回歸分析得出授課教師與學(xué)生需要的新型電子電路試驗(yàn)臺(tái)需要優(yōu)化：①新型電子實(shí)驗(yàn)臺(tái)要自帶電源，初步確定使用電池盒提供3V和6V的電壓，這是在電路中比較常見(jiàn)常使用電壓；②將容易損壞、丟失、難以安裝的元件固化在新型實(shí)驗(yàn)臺(tái)上；③能夠直觀、簡(jiǎn)單地檢測(cè)電路中遇到的問(wèn)題，檢測(cè)指標(biāo)為檢測(cè)元件的電壓情況；④使用要安全、穩(wěn)定、不影響操作，且大多數(shù)人易上手；⑤外觀精美，造價(jià)便宜，性價(jià)比高。

7設(shè)計(jì)思路

依據(jù)調(diào)研結(jié)論，制訂新型電子實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，要求設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)滿足設(shè)計(jì)功能原則和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)原則。初步想法：基礎(chǔ)的電路實(shí)驗(yàn)部分使用面包板實(shí)現(xiàn)（現(xiàn)有面包板型號(hào)尺寸豐富，可以根據(jù)整體設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整），這是一個(gè)相對(duì)成熟和普遍大眾所熟悉的方法，在后期使用中普及難度低，易推廣；新型電子實(shí)驗(yàn)臺(tái)應(yīng)具有電源功能，可以直接為電路供電，同時(shí)可供選擇3V/6V以滿足大多數(shù)電子實(shí)驗(yàn)的需求，避免準(zhǔn)備不同規(guī)格的電源帶來(lái)的不便；新型電子實(shí)驗(yàn)臺(tái)應(yīng)具有檢測(cè)功能，可以直接檢測(cè)電路中不同位置的電壓情況，以查找連接錯(cuò)誤或零件損壞；新型電子實(shí)驗(yàn)臺(tái)應(yīng)具有功能區(qū)不易壞、易安裝的電子電路元件，根據(jù)設(shè)計(jì)思路，初步擬定新型電子實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體結(jié)構(gòu)采用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

8設(shè)計(jì)

依據(jù)功能分析及設(shè)計(jì)思路，將新型電子實(shí)驗(yàn)臺(tái)分為4大區(qū)域（功能模塊），分別是：試驗(yàn)區(qū)域、功能區(qū)域、電源區(qū)域和檢測(cè)區(qū)域。測(cè)量安裝的電子元件外觀尺寸并詳細(xì)記錄，整體結(jié)構(gòu)下各區(qū)域間相對(duì)獨(dú)立且預(yù)留安裝孔，如圖1所示。8.1確定試驗(yàn)區(qū)域選用規(guī)格。設(shè)計(jì)思路：試驗(yàn)區(qū)域電路實(shí)驗(yàn)的部分采用無(wú)焊接電子試驗(yàn)臺(tái)（面包板）實(shí)現(xiàn)功能。①電池盒、電源；②滑動(dòng)變阻器（10K、50K）；③干簧管；④電壓表；⑤繼電器；⑥小喇叭。設(shè)計(jì)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)：①使用人群的使用習(xí)慣；②電路實(shí)驗(yàn)孔位數(shù)量；③無(wú)焊接電子試驗(yàn)臺(tái)外觀尺寸。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選用2塊SYB-130型號(hào)面包板，提供2組“65*10實(shí)驗(yàn)孔位”“22*5電源孔位”。8.2確定功能區(qū)域固化零件。零件選用思路：功能區(qū)域主要將容易損壞、丟失、難以安裝的元件固化在新型實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。確定固化的零件：①滑動(dòng)變阻。依據(jù)電路使用情況分析，功能區(qū)域固化“10K滑動(dòng)變阻器”和“100K滑動(dòng)變阻器”兩款滑動(dòng)變阻器。應(yīng)具有明顯區(qū)分，保持相對(duì)距離，保證滑動(dòng)過(guò)程中不誤碰其他電子元件。②繼電器、干簧管、喇叭。三者均具有對(duì)磁的敏感性，同時(shí)其之間會(huì)存在相互干擾的問(wèn)題，因此，在功能區(qū)域內(nèi)三者相對(duì)位置遠(yuǎn)離，以保證使用正常。③電源區(qū)域。為了保證新型電子實(shí)驗(yàn)臺(tái)的可便攜性，方便使用，電源部分采用2個(gè)3V電池盒作為供電部分，再通過(guò)內(nèi)部電路連接，使電源輸出可以分為同時(shí)輸出2組3V電源和2組6V電源。④檢測(cè)區(qū)域。檢測(cè)區(qū)域安裝2塊數(shù)顯電壓表（其精度可達(dá)0.01V），同時(shí)兩塊數(shù)顯電壓表采用不同的數(shù)顯顏色便于區(qū)分測(cè)量數(shù)據(jù)。為了保證測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，2塊數(shù)顯電壓表獨(dú)立供電，不與電源區(qū)域共用電源。

9制作

9.13D打印。按照?qǐng)D紙及建模，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的整體架構(gòu)進(jìn)行打印。選擇黑色的底托，因黑色顯得沉穩(wěn)大氣，不浮夸，符合人們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)時(shí)的心理特性。面板上，除了試驗(yàn)區(qū)用面包板，其他的部分采用黃色的材料，有明朗活潑、恰如青少年的朝氣。9.2安裝電子元件。打印好材料后，將電子元件安裝在相應(yīng)的位置，功能區(qū)的電子元件和電源區(qū)的電池盒以及檢測(cè)區(qū)的數(shù)顯電壓表，這些電子元件在安裝時(shí)也要特別注意，因?yàn)樵谄渑赃呅枰O(shè)置接線柱，能夠與電子元件的引腳相連，所以在連接時(shí)需要思路清晰，手眼配合。9.3焊接連線。將電子元件的引腳與接線柱連接，用焊接的方法連接，要注意焊接時(shí)接觸時(shí)間不可過(guò)長(zhǎng)，否則容易燒毀電子元件；電源區(qū)的電池盒要特別注意，要區(qū)別3V和6V的電源，要分別采用串聯(lián)和并聯(lián)的方式進(jìn)行。電壓表作為檢測(cè)工具，也要與接線柱焊接好，并設(shè)置電壓表的開(kāi)關(guān)和電源內(nèi)置。9.4安裝完成。焊接好電子元件后實(shí)驗(yàn)各部分元件功能是否完整，功能確認(rèn)無(wú)誤后安裝，并且把面包板裝好，新型電子實(shí)驗(yàn)臺(tái)完成。

10驗(yàn)證及結(jié)果

對(duì)新型電子實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行功能驗(yàn)證，最終滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

作者:謝東桓 李安然 單位:雛鷹翊智（北京）教育科技有限公司