基于任务驱动法的“模拟电子技术”教学实践

臧利林， 魏爱荣， 朱文兴

(山东大学 控制科学与工程学院， 山东 济南 250061)

0 引言

“模拟电子技术”是大学本科自动化、电气工程与自动化、生物医学工程等工科专业的一门重要专业基础课，也是必修主干课程。在我校，该课程在大学本科二年级下学期开设，理论授课为48个学时，在整个专业课程体系中具有重要的地位[1]。该课程涉及的知识点繁多，器件种类和电路结构变化多样，概念方法差异较大，在教学任务重、课时少的背景下，传统的“灌输式”教学模式已经满足不了实际的教学要求，教学效果和教学质量的提升遇到了瓶颈。为了达到更好的教学效果，笔者及其团队教师转变教学理念，改进教学方法，在中国大学MOOC平台上建设了本课程的线上学习内容，实现了线上线下学习的结合，为了进一步提升学生探索能力和创新意识，结合教学过程中发现的问题，笔者采用任务驱动法进行教学设计，课上课下紧密融合，切实提高本课程的授课质量，使学生最大化受益，实践证明，基于任务驱动法的教学方式大大提高了学生探知、创新的能力，教学效果提升显著。

1 任务驱动法

任务驱动教学方法是一种基于构建主义学习理论上的教学法，它主张改变以传授知识为主的常规教学理念，采取以解决问题、完成任务为主的多维交互式的教学模式[2,3]。该教学模式的特点是“以教师为导向，以学生为主体”，符合当下先进的教学理念。因此，如何将任务驱动法与“模拟电子技术”课程进行紧密联系，建立先进、实用的教学内容和教学体系是笔者及其团队教师长期考虑的教改课题。

在十多年的电子技术教学过程中，笔者不断改进教学方法，总结教学过程中发现的难点和重点，通过调研和数据统计方式掌握疑难频次较高的知识点，以数据为基础，分门别类，采用不同的教学方法，把难点和重点细化分解，并结合仿真软件、实验实践设计在一个或者几个任务中，学生通过个人或者团队的形式进行理论分析、实验探知，设计实施方案，完成整个任务要求。在整个任务的实施过程中，教师从课堂上的讲解者转变为学生探知过程中的引导者，教师引导学生对线上、线下课程资源的学习，同时，当学生遇到困难时能够给予指导，并注重因材施教，挖掘学生潜能，提高创新意识和创新能力；学生从被动接受的学习模式转变为主动探知的学习模式，在执行任务的过程中掌握了知识点，并大大提升了对“模拟电子技术”课程学习的兴趣，实现了与模拟电子技术千变万化的快速发展相适应的学生能力培养需求。

2 任务驱动法的实施

2.1 任务目标

任务驱动教学法需针对课程教学目标设计任务，将知识点、能力培养蕴含在教师设计的任务中，通过任务的完成，使学生掌握知识，提高探索和创新能力，从而提升教学质量和教学效果。根据教学大纲要求，笔者结合十多年的教学经验，将“模拟电子技术”课程的重点知识点分成九个任务，如表1所示。在每个任务(知识点)中，笔者基于BOPPPS方法进行了教学设计，明晰了知识点、学习目标、任务分解和实施过程以及总结和体会等，并针对不同层次的学生，在任务驱动下探索内容以及在纵向深度上给予不同要求和分类指导，旨在培养学生的自我探索精神，提高学习兴趣，引导创新意识。

表1 课程知识点-任务表

由三极管组成的共射极基本放大电路是“模拟电子技术”课程中重要的内容，掌握好基本放大电路工作原理及其应用是本章教学的重要目标，也是后续学习功率放大电路、反馈放大电路等内容的基础。“失真”分析是基本放大电路的重要内容之一，对于正确理解放大电路工作原理和设计稳定的电路具有重要的影响，但教师因受到教学学时的限制，在讲解过程中，往往被忽略或简略的讲一下，该部分也是笔者在多年教学过程中感受到学生有疑问频次较多的内容。

以“基本放大电路的非线性失真分析”任务为例，该知识点的学习目标是能够正确分析电路的输出波形产生失真的原因和消除方法，培养学生利用已学知识分析和设计放大电路的能力。依据上述教学目标，设计的任务包括以下三个方面：①探索基本放大电路失真产生的原因、失真的类型；②如何改变电路参数消除失真，并探索消除失真的最佳方法；③在正确理解“失真”的基础上，探索如何获得最大不失真幅度。

2.2 任务实施过程控制

1)任务一：失真产生的原因

任务一使学生掌握课堂讲授的理论知识，通过该项任务的完成，学生将课堂听到的知识转化为自身总结、收获的内容，在明晰理论推导和理解电路工作原理的基础上，通过仿真实验的方式验证课堂所获。如图1为某学生在本项任务中使用的共射极放大电路。

图1 共射极放大电路

如果放大电路的静态工作点Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成非线性失真。若Q设置过高，晶体管进入饱和区工作，造成饱和失真。如图2、3所示，从电路的输入信号和输出信号，学生能够掌握电路工作过程和波形的产生原因，画出原理示意图，从而理解了失真产生的类型，掌握了饱和失真和截止失真产生的原因。

图2 饱和失真原理示意图

图3 截止失真原理示意图

Multisim是我校讲授和使用的EDA工具，在任务一中，要求学生通过仿真实验验证理论结果，深入掌握知识点的同时，熟练使用EDA工具，提高了学习兴趣和积极性[4]。图4为仿真过程中的饱和与截止失真波形，学生只需更改Rb、Rc等元器件参数就可以看到动态变化的输入输出波形之间的关系。

(a)饱和失真输出波形

(b)截止失真输出波形图4 饱和与截止失真输出波形

2)任务二：消除失真的方法

通过理论分析，改变参数可以消除饱和失真和截止失真，通过课堂上的理论讲解，学生们理解了失真消除的原理，但大部分学生对此半信半疑，而通过硬件箱做实验的方法不能任意的改变器件参数而受限，任务二中要求通过Multisim仿真的实验方法，改变器件参数观察波形，验证理论结果，同时探索器件参数对静态工作点调整的灵敏度，发现消除失真的最有效方法。在图1所示的电路中，在Multisim中调整滑动变阻器Rb、Rc很容易观察到消除截止失真和饱和失真的过程，同时发现，改变Vcc在消除饱和失真中的作用并不明显。学生在改变元器件参数，观察输出波形的过程中，更容易吸收课堂授课内容，对知识点有了更加深入、清晰的认识和掌握。

3)任务三：如何获得最大不失真幅度

最大不失真输出电压参数计算是学生需要掌握的难点，也是考试中学生出错频次较高的知识点，课堂上的理论教学比较枯燥，不易理解。为了让学生掌握这一知识点，任务三通过Multisim仿真实验的方法要求学生验证获得最大不失真幅度的理论计算方法，通过数据比较和波形分析扎实理解和掌握学习内容，同时培养学生掌握正确的科学思维方法和科学研究方法。

最大不失真输出电压的计算方法如图5所示，在静态工作点的上方，最大输出电压峰值为UCEQ-UCES，在静态工作点下方，最大输出电压峰值为ICQ(RC//RL)。在图1所示的电路中，在Multisim中设定Rb为300kΩ不变，调整Rc以及输入信号大小很容易获得最大输出不失真电压峰值，通过理论计算与仿真结果比较，学生很容易理解和掌握了该难点知识。

图5 最大不失真幅度示意图

2.3 体会与总结

任务完成后，要求学生撰写任务执行过程中的体会和总结，对过程中遇到的问题、解决的问题进行归纳，对课堂上的理论所学和课下自身的探究所获进行对比，学生从个人不同的角度表达了自身的心得体会。通过完成该任务所获得的体会与总结，教师可以观察、类比学生的表现，对不同层次的学生进行因材施教，使学生积极参与探索研究性项目，提高学生的学习兴趣和创新意识。

3 结语

“模拟电子技术”是工科电类专业的必修基础课程，在学生后续专业课程学习和工作中具有重要的影响，如何保证教学质量，提升教学效果十分重要，也是笔者及其团队教师孜孜以求的目标。本文围绕“任务驱动法”设计“模拟电子技术”教学内容和教学方法，并以“基本放大电路的非线性失真分析”这一知识点为例，详细介绍了在教学过程中采用任务驱动法的实施过程。在教学实践过程中，100%的学生反映该教学方法使得模拟电子技术课程的学习更加简单，获得的课程知识最全面、最深刻，该课程也受到学生的欢迎和好评。

课堂实施效果表明，采用任务驱动法精心设计的教学内容，能够使学生在完成任务的过程中更加深刻的掌握了学习内容，提高了发现、分析、解决问题的能力，在整个探知过程中，激发了学生对该课程的学习积极性和主动性，培养了学生对电子技术及专业课程的兴趣和独立自主的创新能力，在教学过程中值得广泛推广使用。