數位電路技術教學

本節就數位電路的意義、技術教學的意義、技能的學習特質、電子電路技術 教學之特質及數位電路技術分析等方面，分述如下：

壹、數位電路的意義

電子電路（electronics circuits）依電子信號分類，可分為類比電子（analogue circuits）及數位電子（digital circuits）兩大範圍。一般 RLC 線性電路、整流電路、

穩壓電路、放大電路、濾波電路、振盪電路均屬於類比電子(analog electronics)。

數位信號與類比信號都是隨時間而改變的量，差別在於數位信號是不連續的、數 位式的；而類比信號是連續的、指針式的。例如電子錶的數位顯示。數位信號的 電路裝置，即為數位電路（digital circuits），邏輯電路（logic circuits）或數位電子

（digital electronics）。邏輯閘、解碼器、多工器、正反器、暫存器、記憶體均屬 於數位電路的一部分。

貳、技術教學的意義

瞭解技術教學的意義之前，先探討技術層面的涵意:

一、技術能力的組成要素

技術(technology)是一個複合名詞，事實上技術是由「知識」與「技能」

（knowledge and skill）的綜合表現。根據學者 Novak & Gowin (l984）的分類，

可由圖 2-4-1 清楚瞭解完整的輪廓。至於技能又可分為心智技能及動作技能，

說明如下(莊謙本，1996)：

相關性知識(contextual knowledge) 描述性知識(declarative knowledge)

程序性知識(procedual knowledge)

動作技能(motor skill) 心智技能(intellectual skill) 知識

技能 技術

圖 2-4-1 技術的組成要素（Novak & Gowin, l984）

(一) 心智技能(intellectual skill)

心智技能如同著名瑞典認知發展學家 Piaget 所指之具體運作(concrete operation)及形式運作(formal operation)之能力。在工作中心智技能是指對於問 題解決方法、解決步驟、使用器具設備材料之選擇，乃至於策略研擬等之運 思能力。

(二) 動作技能(motor skill)

由身體動作所表現的技能。動作技能的基本要件是，配合適當的時間出 現適當的動作；所謂手眼和動作熟練，即表示動作技能。動作技能包括身體 運動的技巧以及各種工具的使用。

二、技術能力的層次

熟練操作的特徵，是其操作或動作是可以觀察的外顯活動，其執行的速 度、精確性、力量或連貫性均可以測量。技能層次由高而低分為：

(一)發掘問題、規劃方案。

(二)提出解決問題之方法。

(三)依照方法從事工作。

因此，技能的適當詮釋是「具有目標導向、適當組織、有意義，且可由練

習獲得的能力」(莊謙本，1998b)。在從事技術教學時，除了重視認知方面的知 識傳授，更要重視技能方面的操作熟練。

綜合以上所言，技術教學(technical instruction)的適當詮釋是一種能把某種 技術傳授給學習者的教學活動。它的教學活動包括知識與技能的練習，藉著有 系統的科學規畫使學生在思想與操作上切配合，而學得處理某種產品的程序，

它不是「純知識」也不是「純技能」的教學，乃是融和「知識」輿「技能」的 教學，而有較大的比例在「操作性技能」（manipulative skills）的學習(莊謙本，

1998c)。

參、技能學習的特質

前述技能的本質含心智技能及動作技能，因此技能學習的內涵，應含有認知 心理學的理論精神。張春興、林清山(1998)在探究動作與技能學習的議題時，從

「技能的複雜度」、「認知期的長短」與「動作的變換性」等三個方向，闡釋「技 能」與「知能」的相關性(李堅萍，2000)：

一、 技能的複雜度

「技能內容愈為複雜或技能所需動作組成愈須精確、快速的特質時，技能的 學習與心理知能則愈為相關」，如學習騎腳踏車的技能與學習駕駛汽車的技能，

便因技能複雜度的不同，需求不一樣的認知心理知能能力。

二、認知期的長短

「技能學習初期的認知時程需求愈長，技能的學習與認知心理知能愈為相 關」。例如田徑類的運動技能屬於較短認知期的技能；維修機器設備則需要有較 長的認知期時間，才能訓練技能。

三、動作的變換性

「技能的動作組成，愈具有單調死板的機械化特質時，愈易受技能純熟到 成為習慣的影響，而形成連串固定順序展現的形式，甚至可以成為幾近天賦反 射形式的動作，不假思索，立即反應，與心理的相關性便降低」；反之，「技能

愈須因應情境變化而變換或調整動作組成時，技能的學習與心理知能便愈為相 關」。

技能學習的主要目的就是培養操作及熟練的技術能力。一份研究發現廣度 基礎的學習猶如應用在高中教室裡不會出現提供學生任何的助益在他們進入大 學預備科學課程前，雖然它在標準測驗能提高分數，因而探討教授內容的深度 及廣度是教師互為共同的課題(Cavanagh, 2009)。而技能學習從完全陌生到會做 再到熟練，通常要經過認知、定位和自動等三個階段（張春興、林清山，1998），

分述如下：

一、認知期

在認知期內或是經由教師的講解示範，或是經由自己按照說明書或手冊的 指引，必先對所學技能的性質要點及注意事項等，從事分析和瞭解。學習者由 認知而學到每個正確的動作，而後再進一步練習，串連起整個技能所需的全部 動作。

二、定位期

定位開始時，先把學習正確的每個分立的動作單元連結成為較大單元，而 後再把各個大單元連結成為整體。換言之，由於多次練習的結果，學習者所學 得一連串分立動作，變成固定不變的反應組型。

三、自動期

技能學習經過上述動作定位連鎖化的歷程之後，再經專精或長期訓練之 後，其動作的配合已不再需要包括多少認知的成分，而成為固定不變的習慣，

自此技能才算熟練。

另外蔡錫濤（1995）歸納出技能學習有以下二項的特質：

一、以技能為中心的學習活動，亦應有認知及情意的學習相輔才能成就其功。

二、為了熟習某項技能，適度的練習是必要的。

李堅萍(2000)則歸納出技能學習的以下特質：

一、愈高階層技能的學習，其內涵愈複雜；愈低階層技能的學習，其內涵愈簡

單。

二、技能的內涵愈為複雜時，技能的學習與認知心理知能愈為相關。

三、愈低階層、由愈多反射動作組成的技能，認知心理知能的重要性愈低；愈 高階層、愈須因應情境變化的技能，認知心理知能的重要性愈高。

四、愈複雜內涵技能的學習歷程，其所含有各成份動作的比例與重要性，在學 習歷程中並非都處於最多量與最重要的地位，而是呈持續變化狀態。

五、技能的學習歷程中，技能起點行為高的學習者，不必然有較高的技能學習 成效。

六、高階層技能學習的內涵，植基於低階層技能的學習。

七、技能的學習，必然符合由低階層至高階層的次序性。

八、有別於人類天賦即已具備、由平滑肌伸張收縮所組成的反射動作技能，只 有由大腦意志控制指揮做動作的橫紋肌動作技能，才是教育與訓練可以與 應該著力的對象。

九、技能學習的內涵，不止外顯的肢體動作表現而已，倘有複雜的內在心理活 動。

十、人類的技能，可以經由長久訓練或練習的歷程，成為幾近天賦反射動作的 精熟展現程度。

瞭解有關技能學習的特質，有助於技術教學的設計與實施。以下繼之探討電 子電路在技術教學的特質。

肆、數位電路技術教學之特質

由於數位電路技術教學之特質屬於電子電路技能教學範疇，莊謙本(1997a）

認為電子電路技能相較其他職類之技能，具有下列四項特質：

一、所需相關知識較多

電子電路教學不能只讓學習者按圖施工，而需先瞭解電路原理後施工，才 有教學成效。由於電子元件種類甚多，所處理的信號變化也多，所以在技術教

學時仍需顧及相關知識，使學習者知其所以然。

二、實驗變化多

電子電路技術在信號處理上而言，要達成某一目的信號的手段可以有多數 個。因此，可用設計教學法讓學習者發揮創意。此外，由於輸入、輸出之間可 能干擾，所用零件、儀器可能有誤差，所以變化情況多，實驗過程可以學到的 技能種類也較多。

三、容易以公式表示輸入輸出關係

電子電路可以根據電子學公式計算輸入輸出的關係，因此容易驗證，也容 易以軟體程式描述，每一測試點該有之波形均可由公式算出。

四、故障檢修儀器工具多

電子電路故障可用檢修儀器、工具種類較多，主要由於長期發展的結果。

因此，教學時需告訴學習者所要使用工具、儀器，以能對症下藥。

伍、數位電路技術分析

針對以上架構部份將數位電路的能力分析如下：

一、知識部份：

在數位電路的應用中，可區分為組合邏輯電路(combinational logic circuit) 及順序邏輯電路(sequential logic circuit)兩大類，以下說明之：

(一)組合邏輯：組合邏輯是數位電路的基礎，包括數字系統與數碼、邏輯閘、

布林代數與邏輯化簡、組合邏輯應用電路等。常見的算術電 路及編解碼電路均屬於組合邏輯範圍。

(二)順序邏輯：與組合邏輯最大差別，就是在於順序邏輯多了儲存元件的回 授路徑；也就是說，輸出狀態受前一輸入狀態的影響，＂時 間”變成一項很重要的系統因素，示意圖如圖 2-4-2。常見的 閂鎖電路及計數電路均屬於順序邏輯範圍(陳俊勝，2005)。

組合邏輯 輸出

儲存元件 輸入

圖 2-4-2 順序邏輯示意圖 (陳俊勝，2005)

數位電路能力分析之知識部份，係參考莊謙本(1997a)整理之數位邏輯知 識內涵分析表如表 2-4-1 所示，並作為本研究的學後測驗與學後保留之認知 評量依據。

表 2-4-1 數位邏輯知識內涵分析表(莊謙本，1997a)

序號 單元名稱 內涵

1 數字系統與電腦碼 十進位、二進位、八進位、十六進位、

BCD 碼

2 邏輯閘 AND、OR、NOT 、XOR、NAND、NOR 3 布林代數與

邏輯化簡

布林運算式、第摩根定理、布林運算式 的化簡、卡諾圖

4 組合邏輯 加法器、減法器、比較器、解碼器、編 碼器、多工器、解多工器、同位電路 5 序向邏輯 閂鎖、正反器、計數器、暫存器、記憶

體、同步、非同步

體、同步、非同步