孫 敏

(蘇州大學(xué) 文正學(xué)院 電子信息工程系， 蘇州 215104)

“模擬電子技術(shù)”課程是電子信息類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課。近年來國內(nèi)各高校在該課程建設(shè)和教學(xué)方法上的探索實(shí)踐主要以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力為重點(diǎn)，追求學(xué)生對于課程的深度學(xué)習(xí)[1]?，F(xiàn)階段的“模擬電子技術(shù)”課程教學(xué)大都采用“理論實(shí)踐一體化”的教學(xué)模式，主要呈現(xiàn)以下三點(diǎn)趨勢[2-5]。

(1)調(diào)整課程教學(xué)體系。“模擬電子技術(shù)”課程體系通常被設(shè)置成理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩大部分，其中實(shí)踐教學(xué)將基本原理與工程實(shí)踐問題有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能。通常包括演示驗(yàn)證型、應(yīng)用設(shè)計(jì)型和研究創(chuàng)新型三個層次，既層層推進(jìn)又聯(lián)系緊密。

(2)設(shè)置工程應(yīng)用情境引導(dǎo)教學(xué)?！澳M電子技術(shù)”課程的專業(yè)知識在生產(chǎn)與生活中有著廣泛的應(yīng)用，創(chuàng)設(shè)的教學(xué)情境以案例或情景為載體引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探究性學(xué)習(xí)，以提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力為目的。

(3)教學(xué)過程從“以教師中心”轉(zhuǎn)為“以學(xué)生為主”。教學(xué)過程改革中強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，激勵學(xué)生由知識的被動接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃咏?gòu)者，從而促進(jìn)學(xué)生發(fā)揮主觀能動性和培養(yǎng)創(chuàng)新性思維。

“模擬電子技術(shù)”課程具有理工類課程理論性和邏輯性強(qiáng)的特點(diǎn)，還具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用背景，對初學(xué)者來說，理論知識的掌握和工程應(yīng)用概念的建立都是有難度的。為激發(fā)學(xué)生進(jìn)行課程的深度學(xué)習(xí)，本文研究應(yīng)用微實(shí)驗(yàn)來輔助“模擬電子技術(shù)”課堂理論教學(xué)的方法。在課堂教學(xué)情境中圍繞某個知識點(diǎn)設(shè)置課堂實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，開展內(nèi)容聚焦于單一知識元的小型實(shí)驗(yàn)，即為“微實(shí)驗(yàn)”，以期將教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)更細(xì)致化和具象化，使學(xué)生獲得相關(guān)的知識，提高分析問題及解決問題的能力，并培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用的思維。

1 微實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的組織

在課堂教學(xué)情境中開展微實(shí)驗(yàn)要有助于理論教學(xué)，則要根據(jù)不同教學(xué)情境的特點(diǎn)，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行知識元的分解，確定適合開展微實(shí)驗(yàn)的知識元種類，再選定微實(shí)驗(yàn)的類型，設(shè)計(jì)電路軟件仿真或?qū)嵨镫娐芳右则?yàn)證。

1.1 教學(xué)知識元分析

根據(jù)知識元理論，知識點(diǎn)由知識元組成，知識元是具有獨(dú)立意義且不可再分的一個知識單位，是知識表示的基本單元[6]。認(rèn)知心理學(xué)從廣義上將知識分成三類：陳述性知識、程序性知識和策略性知識[7]。

“模擬電子技術(shù)”的理論部分包括符號、概念和事實(shí)類的陳述性知識，以及程序性知識中的智慧技能(主要指解決問題的方法和步驟)，而實(shí)踐部分則為動作技能的程序性知識。隨著教學(xué)的深入，期望學(xué)生能獲得分析解決問題的能力、公共協(xié)作能力、工程應(yīng)用思維等策略性知識。在以知識元為導(dǎo)向的知識分類中不存在策略性知識這一類，即“模擬電子技術(shù)”課程中的知識元可以分成陳述性知識元和程序性知識元[8]。以“集成電路運(yùn)算放大器”(簡稱“集成運(yùn)放”)知識點(diǎn)為例，其線性和非線性應(yīng)用電路的分析方法屬于智慧技能類的程序性知識元，而器件圖形符號、型號外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、基本電路等都屬于陳述性知識元。

1.2 知識元與微實(shí)驗(yàn)類型的對應(yīng)關(guān)系

“模擬電子技術(shù)”課程情景教學(xué)法中常常采用直觀和問題兩種情境。直觀教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)有利于抽象概念的具象化，有助于學(xué)生感性認(rèn)識的形成，并促進(jìn)理性認(rèn)識的發(fā)展。問題情境將知識技能以任務(wù)或項(xiàng)目的形式呈現(xiàn)，提供必要的信息，啟發(fā)學(xué)生探究解決問題的方法。根據(jù)前述三個遞進(jìn)層次的實(shí)驗(yàn)劃分，適合開展課堂微實(shí)驗(yàn)的有演示型、驗(yàn)證型、簡單設(shè)計(jì)型和應(yīng)用型，適用的知識元種類也不同。表1給出了在直觀和問題教學(xué)情境中知識元與微實(shí)驗(yàn)類型的對應(yīng)關(guān)系。例如在“集成運(yùn)放”知識點(diǎn)的課堂教學(xué)中，可以在直觀情境中采用多媒體課件展示典型的集成運(yùn)放器件，學(xué)習(xí)其圖形符號，了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)；在問題情境中開展驗(yàn)證型微實(shí)驗(yàn)觀察基本同相、反相放大電路的輸入、輸出電壓關(guān)系；還可以在問題情境中設(shè)計(jì)簡單加法電路或者開展應(yīng)用型微實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)的改造，實(shí)現(xiàn)積分電路和微分電路的互相轉(zhuǎn)換。

2 微實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

課堂教學(xué)需要在限定的時間段內(nèi)完成課時教學(xué)內(nèi)容的教授，有明確的知識點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)。教師組織課堂教學(xué)活動，應(yīng)主要圍繞以下三個要點(diǎn)開展教學(xué)設(shè)計(jì)：

表1 教學(xué)情境中微實(shí)驗(yàn)類型對應(yīng)的知識元種類

1)明確課堂教學(xué)目標(biāo)

應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下，“模擬電子技術(shù)”課程中符號類知識元的教學(xué)目標(biāo)以記憶為主，而概念、事實(shí)類知識元要求學(xué)生能記憶并理解，程序性知識元則進(jìn)一步要求學(xué)生可以充分運(yùn)用所學(xué)課程知識進(jìn)行工程應(yīng)用，包括具備應(yīng)用分析能力的要求。備課階段，教師應(yīng)明確教學(xué)內(nèi)容對應(yīng)的不同教學(xué)目標(biāo)。

2)圍繞教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)設(shè)情境

情境教學(xué)模式的關(guān)鍵是情境的創(chuàng)設(shè)，需要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，將教學(xué)內(nèi)容滲透到學(xué)生的情感活動中，讓學(xué)生自覺地全身心投入到課程的學(xué)習(xí)之中[9]。教師利用多媒體等現(xiàn)代化教育設(shè)備，可以把視頻、聲音、動畫、圖形、圖像以及文字等各種多媒體信息應(yīng)用于教學(xué)過程，模擬真實(shí)場景、引導(dǎo)學(xué)生提出疑問，或者刺激感官。

3)確定微實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的

微實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于課堂教學(xué)要能充分激發(fā)出學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位，讓學(xué)生自己去完成原有知識的解構(gòu)和新知識的建構(gòu)，形成知識技能的體驗(yàn)。微實(shí)驗(yàn)開展中也要能豐富學(xué)生視覺和聽覺等各方面的能力。學(xué)生帶著情感去學(xué)習(xí)，將轉(zhuǎn)變以前的被動學(xué)習(xí)模式，在實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中找到提升自我的信念，實(shí)現(xiàn)情感和理性上的同步成長。這樣課程教學(xué)中教師能深入淺出地講解知識點(diǎn)，學(xué)生能加強(qiáng)基本概念的理解，易于接收重點(diǎn)知識內(nèi)容，也有利于突破難點(diǎn)內(nèi)容。

2.2 微實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

1)微實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及類型

教師可以在分析教學(xué)知識點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提取出微實(shí)驗(yàn)開展的對象知識元，再根據(jù)知識元的性質(zhì)選定微實(shí)驗(yàn)的類型。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，要圍繞實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、根?jù)實(shí)驗(yàn)原理，創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)仿真電路或?qū)嵨镫娐钒澹辉僦朴唽?shí)驗(yàn)流程，選定分析方法，進(jìn)行仿真分析或結(jié)果觀測，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論引導(dǎo)學(xué)生思考總結(jié)教學(xué)內(nèi)容，教師也可順利開展下一個知識元的教學(xué)。

2)微實(shí)驗(yàn)的形式

微實(shí)驗(yàn)開展的方式可以采用視頻錄像、軟件仿真和實(shí)物電路等形式。微實(shí)驗(yàn)的時長較短，其內(nèi)容聚焦并服務(wù)于單一知識元的教學(xué)，可以開展在整個教學(xué)過程中，包括課程預(yù)習(xí)、教學(xué)內(nèi)容的引入和展開、學(xué)習(xí)效果檢查等環(huán)節(jié)。實(shí)際教學(xué)時，可以根據(jù)具體的教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)意圖選取不同形式。例如課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，可以引導(dǎo)學(xué)生觀看相關(guān)實(shí)驗(yàn)視頻，了解課程內(nèi)容和要點(diǎn)；課堂教學(xué)中，可以軟件仿真演示或?qū)嵨镫娐费菔纠碚摻Y(jié)論；課后學(xué)習(xí)效果檢查環(huán)節(jié)，可以指導(dǎo)學(xué)生課下采用軟件仿真驗(yàn)證學(xué)習(xí)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，則側(cè)重于引導(dǎo)學(xué)生體會理論分析結(jié)果與實(shí)物電路觀測結(jié)果之間的差距，逐漸學(xué)會分析實(shí)物電子元器件及電路參數(shù)設(shè)置不同對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

3 微實(shí)驗(yàn)的教學(xué)應(yīng)用

微實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于課堂教學(xué)中時，教師創(chuàng)設(shè)情境引入教學(xué)知識元，啟發(fā)學(xué)生通過對微實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察和分析，理解相應(yīng)的理論知識。下面在課堂教學(xué)實(shí)踐中選取“集成運(yùn)放的線性應(yīng)用”知識點(diǎn)為教學(xué)案例，探討微實(shí)驗(yàn)融入理論教學(xué)的課堂教學(xué)模式，其流程圖如圖1所示。

圖1 應(yīng)用微實(shí)驗(yàn)的課堂教學(xué)流程圖

1)導(dǎo)入環(huán)節(jié)

教師可以根據(jù)課堂教學(xué)的內(nèi)容選取學(xué)生生活中常見的場景，通過視頻或現(xiàn)場表演創(chuàng)設(shè)情境，再啟發(fā)學(xué)生根據(jù)現(xiàn)象思考其中的電子技術(shù)問題，隨后導(dǎo)入課堂教學(xué)的主題。例如授課教師使用麥克風(fēng)音響設(shè)備將聲音放大，無變聲和明顯延時，聽者可以實(shí)時清晰地聽見講話內(nèi)容，學(xué)生會在啟發(fā)下思考兩個問題：①聲音的音量如何變大的？②如何實(shí)現(xiàn)信號的線性不失真放大。引導(dǎo)學(xué)生討論后得出結(jié)論后，就導(dǎo)入課堂教學(xué)內(nèi)容：集成運(yùn)放可以構(gòu)建信號的放大電路，即集成運(yùn)放的線性應(yīng)用。

2)微實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

課堂教學(xué)情境中設(shè)置的微實(shí)驗(yàn)以教學(xué)某一知識點(diǎn)為目標(biāo)，針對該知識點(diǎn)進(jìn)行實(shí)踐或應(yīng)用。選取適當(dāng)?shù)奈?shí)驗(yàn)類型和開展方式后，教師需要事先設(shè)計(jì)軟件仿真電路或制作實(shí)物電路板。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容之間的邏輯關(guān)系來設(shè)計(jì)若干微實(shí)驗(yàn)，層層推進(jìn)，逐步引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)新知識，促進(jìn)知識內(nèi)化并深刻記憶。

例如對于“同相放大電路”知識元來說，可以利用Multisim軟件仿真設(shè)計(jì)四個微實(shí)驗(yàn)：①電路的輸入、輸出信號波形觀察；②兩輸入端的電壓值測量；③兩輸入端的電流值測量；④反饋支路開路。其中第一個和第四個微實(shí)驗(yàn)屬于演示型，而第二、三兩個微實(shí)驗(yàn)屬于驗(yàn)證型。首先引導(dǎo)學(xué)生觀察結(jié)果并思考“電壓放大倍數(shù)與電路中電阻阻值有何關(guān)系、輸入輸出相位關(guān)系如何”兩個問題，確定同相放大電路中集成運(yùn)放工作在線性狀態(tài)。通過測量集成運(yùn)放兩輸入端電壓大小，發(fā)現(xiàn)兩輸入端的電壓大小接近相等，引出“虛短”的概念；再測量兩輸入端的電流近似為零，引出“虛斷”的特性。接著引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)反饋支路的設(shè)置，鼓勵學(xué)生思考其作用。反饋支路開路后測量發(fā)現(xiàn)兩輸入端的電壓大小不等，同時輸出電壓也不再與輸入電壓成線性關(guān)系，但“虛斷”狀態(tài)還保持。由此得出結(jié)論：反饋電路是集成運(yùn)放能實(shí)現(xiàn)信號線性放大的條件。進(jìn)一步分析可知反饋的引入使凈輸入電壓減小，確定其為負(fù)反饋。

3)討論與總結(jié)環(huán)節(jié)

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后教師引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論和總結(jié)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位時也確立了教師的主導(dǎo)作用，符合教學(xué)方法改革的主流意識。經(jīng)過對“同相放大電路”知識元的四個微實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和討論，學(xué)生很容易明確集成運(yùn)放線性工作的電路設(shè)置條件。接下來利用“虛短”“虛斷”特性分析具體電路的知識點(diǎn)講解也會順利開展，還可以進(jìn)一步利用軟件仿真實(shí)驗(yàn)對電路技術(shù)指標(biāo)的理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

4 結(jié)語

通過教學(xué)實(shí)踐，在課堂中基于教學(xué)情境設(shè)置微實(shí)驗(yàn)，解決了理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相脫節(jié)的矛盾。學(xué)生在整個課程學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中都可以通過微實(shí)驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)問題和提出問題，進(jìn)行理論知識深入思考和探究，從而鞏固了對知識點(diǎn)的掌握。微實(shí)驗(yàn)的開設(shè)對教師提出了更高要求，授課教師既要熟悉教學(xué)內(nèi)容、明確教學(xué)目標(biāo)方法，也要掌握一定的實(shí)驗(yàn)技能，熟悉常用的電路仿真軟件，精煉教學(xué)過程設(shè)計(jì)，微實(shí)驗(yàn)的教學(xué)應(yīng)用才能提高課堂教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

基于應(yīng)用型本科教育的“金課”打造理念，在情境教學(xué)模式下采用理論教學(xué)與微實(shí)驗(yàn)結(jié)合的啟發(fā)式教學(xué)，在實(shí)例分析中強(qiáng)化理論概念，實(shí)現(xiàn)理論“可視化”，可以加深學(xué)生對模擬電路理論的認(rèn)識和理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與熱情。另一方面，微實(shí)驗(yàn)的開展也逐步引導(dǎo)學(xué)生動手開展實(shí)踐，在提高學(xué)生專業(yè)技能水平的同時，最大限度地縮短了理論知識向?qū)嵺`技能遷移的過程，可以達(dá)到學(xué)以致用、提高其解決工程問題的能力。