孫 敏

(蘇州大學 文正學院 電子信息工程系， 蘇州 215104)

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

(1)調整課程教學體系?！澳M電子技術”課程體系通常被設置成理論教學和實踐教學兩大部分，其中實踐教學將基本原理與工程實踐問題有機結合，培養(yǎng)學生的實踐技能。通常包括演示驗證型、應用設計型和研究創(chuàng)新型三個層次，既層層推進又聯(lián)系緊密。

(2)設置工程應用情境引導教學。“模擬電子技術”課程的專業(yè)知識在生產與生活中有著廣泛的應用，創(chuàng)設的教學情境以案例或情景為載體引導學生進行自主探究性學習，以提高學生分析和解決實際問題的能力為目的。

(3)教學過程從“以教師中心”轉為“以學生為主”。教學過程改革中強調學生的主體地位，激勵學生由知識的被動接受者轉變?yōu)橹鲃咏嬚?，從而促進學生發(fā)揮主觀能動性和培養(yǎng)創(chuàng)新性思維。

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

1 微實驗教學內容的組織

在課堂教學情境中開展微實驗要有助于理論教學，則要根據(jù)不同教學情境的特點，對教學內容進行知識元的分解，確定適合開展微實驗的知識元種類，再選定微實驗的類型，設計電路軟件仿真或實物電路加以驗證。

1.1 教學知識元分析

根據(jù)知識元理論，知識點由知識元組成，知識元是具有獨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]。認知心理學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”的理論部分包括符號、概念和事實類的陳述性知識，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)，而實踐部分則為動作技能的程序性知識。隨著教學的深入，期望學生能獲得分析解決問題的能力、公共協(xié)作能力、工程應用思維等策略性知識。在以知識元為導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”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“集成電路運算放大器”(簡稱“集成運放”)知識點為例，其線性和非線性應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、內部結構、基本電路等都屬于陳述性知識元。

1.2 知識元與微實驗類型的對應關系

“模擬電子技術”課程情景教學法中常常采用直觀和問題兩種情境。直觀教學情境的創(chuàng)設有利于抽象概念的具象化，有助于學生感性認識的形成，并促進理性認識的發(fā)展。問題情境將知識技能以任務或項目的形式呈現(xiàn)，提供必要的信息，啟發(fā)學生探究解決問題的方法。根據(jù)前述三個遞進層次的實驗劃分，適合開展課堂微實驗的有演示型、驗證型、簡單設計型和應用型，適用的知識元種類也不同。表1給出了在直觀和問題教學情境中知識元與微實驗類型的對應關系。例如在“集成運放”知識點的課堂教學中，可以在直觀情境中采用多媒體課件展示典型的集成運放器件，學習其圖形符號，了解其內部結構；在問題情境中開展驗證型微實驗觀察基本同相、反相放大電路的輸入、輸出電壓關系；還可以在問題情境中設計簡單加法電路或者開展應用型微實驗實現(xiàn)電路結構的改造，實現(xiàn)積分電路和微分電路的互相轉換。

2 微實驗的教學設計

2.1 設計思路

課堂教學需要在限定的時間段內完成課時教學內容的教授，有明確的知識點和教學目標。教師組織課堂教學活動，應主要圍繞以下三個要點開展教學設計：

表1 教學情境中微實驗類型對應的知識元種類

1)明確課堂教學目標

應用型人才培養(yǎng)模式下，“模擬電子技術”課程中符號類知識元的教學目標以記憶為主，而概念、事實類知識元要求學生能記憶并理解，程序性知識元則進一步要求學生可以充分運用所學課程知識進行工程應用，包括具備應用分析能力的要求。備課階段，教師應明確教學內容對應的不同教學目標。

2)圍繞教學內容創(chuàng)設情境

情境教學模式的關鍵是情境的創(chuàng)設，需要根據(jù)教學目標，將教學內容滲透到學生的情感活動中，讓學生自覺地全身心投入到課程的學習之中[9]。教師利用多媒體等現(xiàn)代化教育設備，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用于教學過程，模擬真實場景、引導學生提出疑問，或者刺激感官。

3)確定微實驗的教學目的

微實驗應用于課堂教學要能充分激發(fā)出學生在學習過程中的主體地位，讓學生自己去完成原有知識的解構和新知識的建構，形成知識技能的體驗。微實驗開展中也要能豐富學生視覺和聽覺等各方面的能力。學生帶著情感去學習，將轉變以前的被動學習模式，在實踐經(jīng)驗中找到提升自我的信念，實現(xiàn)情感和理性上的同步成長。這樣課程教學中教師能深入淺出地講解知識點，學生能加強基本概念的理解，易于接收重點知識內容，也有利于突破難點內容。

2.2 微實驗的設計

1)微實驗內容及類型

教師可以在分析教學知識點的基礎上，提取出微實驗開展的對象知識元，再根據(jù)知識元的性質選定微實驗的類型。實驗內容的設計，要圍繞實驗目的、根據(jù)實驗原理，創(chuàng)建實驗仿真電路或實物電路板；再制訂實驗流程，選定分析方法，進行仿真分析或結果觀測，得出實驗結論。最后根據(jù)實驗結論引導學生思考總結教學內容，教師也可順利開展下一個知識元的教學。

2)微實驗的形式

微實驗開展的方式可以采用視頻錄像、軟件仿真和實物電路等形式。微實驗的時長較短，其內容聚焦并服務于單一知識元的教學，可以開展在整個教學過程中，包括課程預習、教學內容的引入和展開、學習效果檢查等環(huán)節(jié)。實際教學時，可以根據(jù)具體的教學環(huán)節(jié)和教學意圖選取不同形式。例如課前預習環(huán)節(jié)，可以引導學生觀看相關實驗視頻，了解課程內容和要點；課堂教學中，可以軟件仿真演示或實物電路演示理論結論；課后學習效果檢查環(huán)節(jié)，可以指導學生課下采用軟件仿真驗證學習內容。實驗教學環(huán)節(jié)中，則側重于引導學生體會理論分析結果與實物電路觀測結果之間的差距，逐漸學會分析實物電子元器件及電路參數(shù)設置不同對實驗結果的影響。

3 微實驗的教學應用

微實驗應用于課堂教學中時，教師創(chuàng)設情境引入教學知識元，啟發(fā)學生通過對微實驗結果的觀察和分析，理解相應的理論知識。下面在課堂教學實踐中選取“集成運放的線性應用”知識點為教學案例，探討微實驗融入理論教學的課堂教學模式，其流程圖如圖1所示。

圖1 應用微實驗的課堂教學流程圖

1)導入環(huán)節(jié)

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

2)微實驗環(huán)節(jié)

課堂教學情境中設置的微實驗以教學某一知識點為目標，針對該知識點進行實踐或應用。選取適當?shù)奈嶒烆愋秃烷_展方式后，教師需要事先設計軟件仿真電路或制作實物電路板。根據(jù)教學內容之間的邏輯關系來設計若干微實驗，層層推進，逐步引導學生建構新知識，促進知識內化并深刻記憶。

例如對于“同相放大電路”知識元來說，可以利用Multisim軟件仿真設計四個微實驗：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驗屬于演示型，而第二、三兩個微實驗屬于驗證型。首先引導學生觀察結果并思考“電壓放大倍數(shù)與電路中電阻阻值有何關系、輸入輸出相位關系如何”兩個問題，確定同相放大電路中集成運放工作在線性狀態(tài)。通過測量集成運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。接著引導學生發(fā)現(xiàn)反饋支路的設置，鼓勵學生思考其作用。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系，但“虛斷”狀態(tài)還保持。由此得出結論：反饋電路是集成運放能實現(xiàn)信號線性放大的條件。進一步分析可知反饋的引入使凈輸入電壓減小，確定其為負反饋。

3)討論與總結環(huán)節(jié)

實驗結束后教師引導學生對實驗結果進行討論和總結，強調學生的主體地位時也確立了教師的主導作用，符合教學方法改革的主流意識。經(jīng)過對“同相放大電路”知識元的四個微實驗結果的分析和討論，學生很容易明確集成運放線性工作的電路設置條件。接下來利用“虛短”“虛斷”特性分析具體電路的知識點講解也會順利開展，還可以進一步利用軟件仿真實驗對電路技術指標的理論計算結果進行驗證。

4 結語

通過教學實踐，在課堂中基于教學情境設置微實驗，解決了理論教學和實踐教學相脫節(jié)的矛盾。學生在整個課程學習環(huán)節(jié)中都可以通過微實驗過程發(fā)現(xiàn)問題和提出問題，進行理論知識深入思考和探究，從而鞏固了對知識點的掌握。微實驗的開設對教師提出了更高要求，授課教師既要熟悉教學內容、明確教學目標方法，也要掌握一定的實驗技能，熟悉常用的電路仿真軟件，精煉教學過程設計，微實驗的教學應用才能提高課堂教學質量和學生的學習效率。

基于應用型本科教育的“金課”打造理念，在情境教學模式下采用理論教學與微實驗結合的啟發(fā)式教學，在實例分析中強化理論概念，實現(xiàn)理論“可視化”，可以加深學生對模擬電路理論的認識和理解，激發(fā)學生的學習興趣與熱情。另一方面，微實驗的開展也逐步引導學生動手開展實踐，在提高學生專業(yè)技能水平的同時，最大限度地縮短了理論知識向實踐技能遷移的過程，可以達到學以致用、提高其解決工程問題的能力。