模拟电子技术课程的问题导引式教学方法探析

罗铭　朱天桥　赵建勋　姚若玉

摘要：模拟电子技术基础课程具有内容丰富、知识跨度大且电路分析方法灵活多变等特点，上述特点导致该课程学习难度大，并显著降低了学生的学习兴趣。鉴于此问题，本文结合模拟电子技术课程的特点和问题导引式教学方法优势，探索结合该课程特点的问题导引式教学方法。

关键字：模拟电子技术基础；问题导引式；器件发展史；电路演化

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）21-0204-02

模拟电子技术基础是电类专业的基础课程，以物理、数学、信号系统和电路基础等课程为先导课程，是后续射频电路、数字电路、微机原理等课程的专业基础课程。模拟电子技术课程具有内容丰富、知识跨度大、电路模型抽象、电路分析方法灵活多样等特点。诸多特点导致模拟电子技术基础是电子类本科教育课程较难以学习的课程。学生在学习过程中更易降低学习兴趣。

本文首先由分析该课程的主要特点入手，总结模拟电子技术课程教学中的具体教学困难。随后，在简要介绍问题导引式教学方法后，针对模拟电子技术基础课程，给出了进行问题导引式教学方法探索的具体内容。

一、模拟电子技术基础课程的特点与教学困难

1.课程内容丰富、知识跨度大。模拟电子技术课程涉及不同层面的知识内容[2-6]，从基本的半导体原理、典型的器件特性，到具体应用电路的分析和设计，知识内容丰富且跨度较大。例如：学习PN结的形成和特性时，需要清楚半导体中载流子的运动规律；分析三极管构成的基本放大电路时，必须掌握三极管在不同工作区域的工程近似模型；学习频率特性时又需要建立电路在高频、中频和低频区的不同的响应模型；学习运算放大器应用电路时候，需要采用运放的“黑盒”模型。从微观载流子运动到宏观的电路模型，所面临的知识跨度较大，因而造成了学生学习的困难。

2.课程的电路模型抽象且电路分析方法灵活多变。模拟电子技术所涉及的器件具有的非线性特性，诸如二极管的伏安特性、三极管的共射输入和输出特性、集成运放的传输特性等，均呈现出非线性特点。分析此类非线性器件构成的电路时，一般采用分段线性化的工程近似思想，因而器件特性被划分为不同的区域：如集成运放的线性区和限幅区；二极管的导通、截止和击穿；三级管的放大、截止和饱和等区域。针对器件不同的工作区域需要建立相应的电路等效模型以方便分析。因而，课程学习中，器件状态判断、模型应用和电路计算分析纠缠在一起，增加了学习难度。同时，不同的工程近似精度要求会导致采用的电路等效模型的变化。因此，器件的非线性特性导致同一器件的多个工程近似模型，也导致电路分析方法灵活多样，因而概念不易掌握。同时，模拟电子技术以构建电子系统、构成电子应用为目标。如何让学生从系统构建的高度，清楚每个知识点的应用领域也颇为不易。

鉴于上述特点，模拟电子技术基础课程学习难度较大，在学习过程中更易降低学习兴趣。

二、问题导引式教学方法

基于问题式的学习模式起源于20世纪50年代，是一种以问题为导向的学习模式[1]，此种教学法可充分调动学生的积极思维，提高学生的批判性思维和创造性思维。问题导引式教学方法既注重教师的教学方式，且关心学生的学习方式。此方法要求教师在授课过程中重现具体问题的提出和解决的过程，促使学生基于自主、研究，合作等方法去解决具体真实的问题，同时学习相关知识内容。

应用基于问题导引的教学方法需要解决“问题设计”和“问题解决”两个关键步骤。“问题设计”中需要明确问题提出，要求面向所需教学的知识内容，明确具体，最好有一定趣味性。“问题解决”步骤中关心解决问题的过程和方法，强调让学生通过解决问题获取知识、思维能力和成就感，从而诱发兴趣，形成进一步学习的动力。

三、模拟电子技术基础的问题导引教学方法探索

（一）回顾器件技术问题背景，引入器件，激发学生的学习兴趣

模拟电子技术基础课程的学习目标是为了构建特定功能应用电路，完成特定的信号处理的任务。各种电子器件的产生与应用，均是为了解决当时所面临的具体技术应用问题。当前应用多种电子器件均是在最初器件原型基础上升级、改进而得到的。因此，可以从技术历史材料中取材，让学生们了解器件的产生历史，最好能够在教学过程中重现具体器件所产生、改进的历史技术问题及其解决过程，激发学习兴趣。同时，通过了解器件的应用需求驱动原因、学生更易形成器件的应用观点。

在教学过程中组织教学材料时可以采用如下方法：各个教学材料包括“引导问题”、“问题相应的知识内容”和“具体实施步骤概要”。下面具体给出两个例子：

1.晶体管的教学。

引导问题：早期调幅无线电通信要求检波和信号放大设备，而电子管功耗、体积以及寿命限制其应用，要求新型的单向化和放大器件产生。

问题相应的知识点内容：PN结的特性，二极管、三极管器件特性和应用电路。

实施步骤概要：①简要回顾从二极管、三极管的产生历史，包括主要的遭遇的技术问题，而导出二极管、三极管。②指出二极管、三极管其特性的分析实际可以归结为PN结的特性，介绍PN结和器件的具体特性（伏安特性，输入输出特性等）。③从应用器件的角度，导致器件产生的技术问题也正是器件应用所要解决的问题：如二极管的整流、限幅、检波均为单向化操作，给出相应电路。三极管构成的放大电路目的是完成信号放大，给出三种放大电路并分析比较其特性。

2.集成运算放大器的教学。

引导问题：早期贝尔实验室所遭遇的电话网络中语音放大问题：变化的供电电压和环境因素引发的语音放大器工作增益漂移，导致语音音量时大时小的变化，电话服务质量下降。

问题相应的知识点：运算放大器特性，运放线性应用电路，负反馈原理的提出和理论。[2]

实施步骤：①通过对历史材料的回顾，让学生了解运算放大器产生的历史背景和应用需求驱动问题，导出运算放大器。②给出运算放大器的特性和应用电路；③生成器件的技术问题也正是器件应用所要解决的问题：介绍负反馈原理和运放的线性应用电路。

（二）强调典型电路改进的驱动问题和改进过程

模拟电子技术基础课程中的典型电路，其提出和应用均有其技术需求驱动。通过从技术需求的演进角度，讲述电路的改进的驱动问题和改进方法，强调电路之间的联系，促使学生从“死记硬背”的电路学习过程转变为面向解决技术需求问题的增量式、创新设计性学习。通过具体电路的改进与演化，提高学生对电路分析和设计方法的掌握，从而达到巩固学习知识，提高学生创新性思维能力。具体而言，如下简要地给出几个教学例子，应用时候在具体电路导出时候先指出问题，然后导出具体电路。

1.电压跟随器。

引导问题：电路分级隔离的需求。

问题相应的知识点：电压跟随器。

实施步骤：从同相比例放大器出发，通过将反馈电阻趋于零、接地电阻趋于无穷演化成为电压跟随电路，并讨论电压跟随器的应用。

2.加法器。

引导问题：信号进行加法运算需求。

问题相应的知识点：基于运放的加法器。

实施步骤：从同相、反相比例放大电路出发，通过添加多个输入信号演化为同相和反相加法器，并分析和比较两种加法器的电路特性，如输入电阻等。

3.加法器。

引导问题：信号减法实现问题。

问题相应的知识点：基于运放的减法器电路。

实施步骤：从同反相放大电路改进生成减法运算电路，并分析对比各种系数值的减法电路的构成实现。

4.差动电路。

引导问题：单晶体管共射放大电路温漂问题，提高射极耦合差动电路抑制共模干扰问题。

问题相应的知识点：差动电路构成、特性分析，应用。

实施步骤：从普通的单晶体管共射放大电路出发，为了克服温漂、抑制共模干扰演化为差动放大电路，进而改进成为采用恒流源的差动放大电路，最后，分析比较两种差动电路的特点。

四、结论

本文探索模拟电子技术基础课程的问题导引式教学方法。采用问题导引式教学框架，通过回顾器件发展技术问题、强调电路改进演化过程的技术问题，导出相应器件和电路知识。旨在以应用问题导向，帮助学生在学习过程中提高学习兴趣、培养创新思维能力并形成系统应用的观点。在实施过程中回顾器件历史应简明扼要，以避免听者因时间过长产生厌烦情绪；在强调电路演化过程时候，需由需求问题或原电路存在缺陷出发，自然引出新的改进的电路。

参考文献：

[1]李洁，周速.课堂教学中“问题引导学习”认识误区辨析[J].教育技术导刊，2007，（7）.

[2][美]科特尔，[美]曼西尼.运算放大器权威指南（第3版）[M].姚剑清，译.北京：人民邮电出版社，2010.

[3]孙肖子，谢松云，李会方.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2012.

[4][美]佛朗哥（Franco S.）.基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计（第3版）[M].刘树棠，朱茂林，荣玫，译.西安交通大学出版社，2009.

[5]Anant Agarwal，Jeffrey H.Lang.模拟和数字电子电路基础[M].于歆杰，朱桂萍，刘秀成，译.北京：清华大学出版社，2008.

[6]华成英，童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2005.

[7]顾明远，孟繁华.国际教育新理念[M].海口：海南出版社，2001.