医学电子学基础教学内容分析

唐碧华　贺兵　郑尚彬　朱渊

摘 要：教学内容分析是教学设计的一个重要步骤。以医学电子学基础教材中的内容为例，进行教学内容分析。教学内容分析应以教学目标为基础，其基本方法包括层级分析法、图解分析法、归类分析法、对比分析法等。通过对教学内容合理安排、精心设计，使学生对知识点的理解更透彻，最终使课堂教学更有效。

关键词：医学电子学基础；教学内容；分析方法

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）03-0095-02

随着电子仪器和电子技术在现代医疗仪器中的广泛应用，医学生学习电子学基本知识的要求日益迫切，医学电子学基础这门课程迅速发展起来。医学电子学基础是医学影像技术专业的一门专业基础课，其特点是结合医学影像设备的技术发展和实际应用，研究医学信号的检测、处理、显示与记录等。医学电子学基础是以物理学的理论知识为基础，应用一定的方法去解决临床中遇到的电子技术问题，并为之提供技术手段和设备的学科。随着医学影像技术的发展，医学电子学基础不断得到充实和完善，所涉及的范围很广，包括电路基础、放大器的基本原理、生物医学常用放大器、集成运算放大器；还包括直流电源、振荡电路、高频电路、门电路与组合逻辑电路、触发器及时序逻辑电路；另外还涉及到A/D与D/A转换器以及医用仪器干扰的抑制和安全用电等[1]。各类仪器设备中的电子线路各不相同，功能各有所长，能提供精确的信息，帮助医生做出确切的诊断和治疗[2]。通过该课程的学习，不仅可以使学生掌握有关医学电子学的基础知识、基本理论和方法，了解现代医学仪器设备的工作原理、相关技术，还能培养学生的动手操作能力和逻辑思维能力。

教学内容是指为实现教学目标，要求学习者系统学习的知识、技能和行为经验的总和[3]。为保证医学电子学基础教學目标和教学活动的顺利进行，需要进行教学内容分析。教学内容分析应以教学目标为基础，明确规定教学内容的范围、深度以及教学内容各要素之间的联系，这样才能达到最优化的教学效果[4]。分析教学内容的基本方法包括层级分析法、图解分析法、归类分析法、对比分析法等。本文以医学电子学基础教材中的内容为例，进行教学内容分析。

一、层级分析法

层级分析法是将一个复杂的教学目标作为一个系统，分解为多个子目标，按照分解、比较、综合的思维方式进行设计。整个设计中的各个要素相互联系，都会对结果产生影响。层级分析法是一种对教学内容进行从属技能的分析方法，也是一个逆向分析的过程。在层级分析中，各层次的知识点具有不同的难度等级。越往上层，知识点越难；越往底层，知识点越易。

在学习晶体三极管内容时，教学目标要求掌握晶体三极管的工作原理，可用层级分析法进行分析，内容定为6个等级。第6级为晶体三极管的工作原理。该级要求学生理解晶体三极管是一种电流控制元件，这种控制作用是依靠电流分配关系实现的。第5级为晶体三极管的输入、输出特性曲线。输入特性曲线是指信号输入回路中，当集-射极电压为常数时，基极电流与基-射极电压之间的关系曲线。输出特性曲线是指当基极电流一定时，集电极电流与基-射极电压之间的关系曲线。第4级为晶体三极管的电流放大作用。以NPN型三极管为例，分析三极管电流分配和电流放大作用。发射区向基区扩散电子，形成发射极电流；电子在基区扩散和复合，形成基极电流；集电区收集从发射区扩散过来的电子，形成集电极电流。第3级为晶体三极管放大的偏置条件。通过外部电源和电阻提供适当的直流偏置电压，使三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置。第2级为晶体三极管的结构。三极管由同一块半导体上两个PN结构成。根据这两个PN结排列方式的不同，分为PNP型和NPN型两种。同时介绍晶体三极管的内部要求。第1级为对PN结的认识，这一层是最基础的知识点。

层级分析法容易理解，但实施操作起来较难。其要求教学设计者熟悉教学背景、教学内容，分清楚知识点的主次关系，了解教学对象的原有基础能力等，才能保证层次结构的合理性。如果所选教学内容的要素不合理，知识点的拓展延伸性弱，其含义混淆不清，或各要素之间的从属关系不正确，都会降低层级分析法的结果质量，甚至导致层级分析法教学内容设计的失败。

二、图解分析法

图解分析法是把教学内容用图示的方法直观的呈现出来，可用直线、曲线、箭头、表格或符号等，把教学内容各要素相互联系起来，用于对认知教学内容的分析。图解分析法容易抓住要领，简明扼要，能从逻辑上高度概括教学内容。

分析基本放大电路的静态工作点和动态过程时，选用图解分析法较好。在讲解静态工作点，即输入回路直流参数时，因它们同时满足输入特性曲线方程和输入回路直流负载线方程，所以从理论上讲，联立这两个方程就能解出直流参数。但若用图解分析法，这组方程的解必然对应输入特性曲线和输入回路直流负载线的交点，所以只需要作出曲线图，找到这个交点，就可以确定。同理，若要找到输出回路直流参数时，只需找到输出特性曲线和输出回路直流负载线的交点。用图解法也可以轻松分析动态过程。例如在交流输入条件下，当基极电流增加时，输出特性曲线与交流负载线的交点上移，因而集电极电流将增加，集-射极电压则减小；当基极电流减小时，输出特性曲线与交流负载线的交点下移，因而集电极电流将减小，集-射极电压则增加。这部分内容用图解法讲解，学生更容易理解。在医学电子学基础教学过程中，常常会遇到一些比较复杂，学生难于理解的内容，如果教师能在讲解的时候辅以适当的简图，就能达到启发学生思路的目的，以及培养学生分析问题的能力。

三、归类分析法

归类分析法需要根据教学目标和所涉及事物的属性或特征，按照一定的标志将其共同点或差异点分别归入某一组内，使之条理化、系统化，以利于对总体进行分门别类。归类分析法是研究对有关教学信息进行分类的方法，旨在鉴别为实现教学目标所需学习的知识点。可按照知识点的种类、等级或性质分别归类。确定分类方法后，可用图示或列提纲，把实现教学目标所需学习的知识归纳成若干方面，从而确定教学内容的范围。

在晶体二极管及其特性这部分内容中，教学目标要求学生了解二极管的种类。二极管的种类有很多，用归类分析法较好。按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。根据二极管的不同用途，可分为稳压二极管、检波二极管、开关二极管、整流二极管等。按照二极管的管芯结构，可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。按照归类分析法，学生对二极管的种类有更清楚的认识。在归类过程中，可以事先给出一个分类的标准，研究对象在某方面有很大的相似性归为一类，即从大量的信息中寻找内在的联系。学生对有规律的知识点更容易理解和记忆。

四、对比分析法

对比分析法也称比较分析法，是把教学内容各部分、各要素提取出来，加以比较，以达到认识事物的本质和规律并做出正确的评价。对比分析法通常是把两个有相互联系的知识点进行比较。可以比较研究对象的数量多少、规模程度、水平高低、发展趋势以及各种关系是否有效等。

设计增强型和耗尽型绝缘栅场效应管教学时，可用对比分析法。从结构上进行对比，增强型绝缘栅场效应管是在杂质浓度很低的P型硅片衬底上做出两个高掺杂的N+區，源极与漏极之间有绝缘层；而耗尽型绝缘栅场效应管结构与增强型相似，区别在于耗尽型绝缘层中掺了大量正离子。从电极所处位置进行对比，增强型绝缘栅场效应管的电极，即源极、漏极和栅极的位置与耗尽型一致。从符号上进行对比，增强型绝缘栅场效应管符号表示沟道的一条线是虚线，而耗尽型符号的对应位置是实线表示，符号其余部分表示都一样。从栅源电压为0时进行对比，增强型绝缘栅场效应管在栅源电压为0时，无导电沟道，无论漏源电压的正负及大小如何，漏极和源极间都不会产生漏极电流；而耗尽型在栅源电压为0时，也有导电沟道，在适当的漏源电压作用下，漏极和源极之间就会产生漏极电流。从转移特性曲线上进行对比，增强型绝缘栅场效应管与耗尽型的转移特性曲线类似，都是随着栅源电压的增大而增大；但增强型的栅源电压从开启电压开始，而耗尽型的栅源电压从夹断电压开始。从输出特性曲线上进行对比，增强型绝缘栅场效应管与耗尽型的输出特性曲线基本相同，但两者之间还是有区别，增强型的仅在栅源电压大于开启电压时，才有漏极电流；而耗尽型只需要栅源电压大于夹断电压，就有漏极电流。总之，通过对比分析可知，增强型绝缘栅场效应管和耗尽型绝缘栅场效应管的原理相似，但两者衬底和掺杂区的类型及电源极性相反，它们的转移特性和输出特性曲线也有差异。通过对比分析法，学生对这部分知识的理解将更透彻，能达到教学目标所要求的知识的广度和深度。

通过对医学电子学基础教学内容分析可知，教学前对教学内容分析方法的选择需引起足够的重视。如果缺乏对教学目标的理解，没有全面深透地分析教学内容，则无法得到科学的教学设计方案[5]。因此应重视医学电子学基础教学内容分析。医学电子学基础对于医学生来说绝不是一门短时间内就能够掌握的学科。这门学科所涉及的知识面很多，它们相互联系。作为初学者，首先要从整体上对这门课程的内容进行了解。教师应积极引导学生逐步提高对这门学科的兴趣，提高学生发现问题、解决问题的能力。医学电子学发展非常迅速，应紧跟科技发展的步伐，对教学内容深入分析，使知识结构更明晰，重点更突出，最终实现教学目标。

参考文献

[1]陈仲本.医学电子学基础[M].北京：人民卫生出版社，2014.

[2]李刚，林凌.生物医学电子学[M].北京：北京航空航天大学出版社，2014.

[3]何荣杰，张艳明.课堂教学设计[M].北京：北京邮电大学出版社，2014.

[4]（美）R.M.加涅.教学设计原理[M].皮连生译.上海：华东师范大学出版社，1999.

[5]史贵连，叶福丽.医学电子学课程体系学案的设计[J].中国西部科技，2014，13（11）：93-94.