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模拟电子技术课程思政研究与实践

2023-02-10刘晓娣李香宇

高教学刊 2023年1期
关键词:电路思政课程

刘晓娣,张 静,李香宇,胡 昊

(海军航空大学 航空基础学院,山东 烟台 264001)

育人本是课程教学的应有之义,所有课程都要承担好育人责任,与思政课程同向同行。但不同专业课程的内容、特点和思维方法不同,如何在专业课程中将思政元素有机融入,解决好专业教育和思政教育“两张皮”的问题,成为当前高等院校教育教学的一个热点问题[1-6]。

模拟电子技术课程是电子类专业的一门核心专业基础课程,通常情况下也是整个电子类课程体系的开篇之课,在专业人才培养的思政体系中具有重要意义。为此,课程组以立德树人为根本任务,以《高等学校课程思政建设指导纲要》[7]为基本遵循,深入开展模拟电子技术课程思政的研究与实践,注重知识传授、能力培养与价值引领的同频共振,充分发挥该课程在电子类专业人才培养中“育人”的主战场、主渠道作用,与思政课程形成协同效应。

一、思政视角下模拟电子技术的特点

课程内容是开展课程思政的基本载体,笔者以课程思政的视角对模拟电子技术课程的特点进行全面分析,以精准挖潜课程知识体系中所蕴含的思政元素,使课程教学从单一的知识维度,拓展至德育、素养、人文等多个维度,有效延伸课程的深度、广度和温度。

(一)模拟电子技术中处处体现着辩证唯物主义的观点

模拟电子技术具有很强的理论性和实践性,由于深奥难懂,素有“魔电”之称。但深入剖析模拟电子技术中的内容,会发现对模拟电路进行分析、计算、验证、设计的过程正是运用辩证唯物主义的观点发现问题、分析问题、解决问题的过程。

1.对立与统一

通常在为改善电路某一方面的性能而采取某种措施时,必将会对电路的其他性能参数产生影响,此时就必须面对新的问题:对其他参数产生了什么影响?这种影响能容忍吗?所谓“一阴一阳之谓道”,凡事有一利必有一弊,没有绝对的利与弊。电子电路是一个整体,各方面的性能相互联系、相互制约,深刻反映了事物运动中对立与统一的基本规律,充分体现着事物矛盾运动的基本原理。在教学中坚持问题导向、强化问题意识,使学生在解决矛盾的过程中深入理解模拟电路的原理与性能。

2.现象与本质

模拟电路实际应用广泛,电路形式千变万化,初学者面对复杂多样的电路容易心生畏惧。但深入分析,会发现复杂电路本质上是由若干基本电路按照一定的规律组成的。因此,在模拟电子技术课程的学习中,没有必要记住所有的电路形式,只需抓住模拟电路的实质,掌握关键的基本电路,深入分析这些基本电路的组成、工作原理及主要性能,注重基本电路的分析与复杂电路的综合,复杂电路的分析便会迎刃而解。此外,模拟电路中有些概念理论比较抽象,例如同一放大电路对于不同频率的输入信号,放大能力存在差异;基本共射放大电路在环境温度的变化时放大能力也会发生变化。要理解这些现象,需要抓住构成放大电路的核心器件——晶体管,它是一种半导体器件,存在电容效应,而且参数会随温度的变化而变化。

3.共性与个性

在模拟电子技术中有放大电路、运算电路、滤波电路、振荡电路等多种基本电路,每种基本电路又有多种形式。以基本放大电路为例,由晶体管构成的基本放大电路有共射、共集和共基三种基本组态,由场效应管构成的基本放大电路有共源、共栅和共漏三种基本组态。每类基本电路的组成原则是不变的,基本电路形式的工作原理、分析方法是相通的,但主要性能指标却各有特点。因此在学习过程中,要注意每类基本电路的共性归纳与不同形式电路的个性演绎。

4.抓住主要矛盾

在模拟电子技术中,要学会从工程的角度思考和处理问题。一方面,对于实际需求,不能一味追求高性能,而应从适用的角度出发,选择满足要求的最适合的电路,“最适合的才是最好的”[8];另一方面,实际工程中在满足基本性能指标的前提下,容许存在一定的误差范围,因此模拟电子技术中不必追求过于精确的计算,通常采用“估算法”,即近似计算,但是近似分析要合理。

5.实践的观点

模拟电子技术课程的工程性决定解决问题时不能“纸上谈兵”,在课程内容上包含理论和实验两部分,在教学中要将理论与实践相结合。实际上,模拟电子技术中的很多理论是在一定的工程背景和应用需求下经过实践得到的,而实践正是马克思主义哲学的核心观点。

(二)模拟电子技术的广泛应用中饱含着温度

模拟电子技术虽然理论深奥晦涩,但作为一门工程技术类课程,其理论是从实践中发展起来的,在社会生产生活、国防军事等领域有着广泛的应用。在课程教学中,挖掘模拟电子技术在中国特色社会主义建设与发展的大背景下应用于实际社会生活、军事装备等方面的典型案例,例如抗疫背景下运算电路在测温计中的应用、放大电路在飞行员耳机中的应用,使学生从亲身经历、所见所闻的事件中见证所学知识能够解决自己关注的实际问题,从心理上拉近课堂知识与学生的距离,增强学生的亲近感,提升课程的温度,在润物无声中实现价值引领。

(三)模拟电子技术的发展中蕴含着人文性

模拟电子技术是19 世纪末、20 世纪初开始出现并得到迅速发展的一门新兴技术,其发展以英、美等国科学家的发明为主线,先后经历电子管、晶体管、集成电路三个发展阶段。纵观模拟电子技术的发展历程,每个阶段都是在科学家们无畏艰辛、创新探索、追求卓越中一步一步向前发展,其发展史是一部人类为解决现实问题、实现美好未来而勇于探索、不懈奋斗的历史。再回顾我国模拟电子技术的发展,新中国成立初期,国家英明决断发展半导体技术,老一辈科学家放弃国外优厚的待遇毅然回国,在一穷二白的中国大地上开启半导体材料、电子电路的研制,推动了我国电子技术的发展,充分体现了爱国奉献、艰苦奋斗的精神。因此,模拟电子技术虽然属于工程类课程,但是在发展的道路上也蕴含着丰富的人文性。

二、模拟电子技术开展课程思政的基本思路

为确保课程思政能够真正落地落实、与专业教育有机融合,笔者立足模拟电子技术课程的特点,从课程思政的本质、思维、形式、方式四个方面找准思政角度,形成课程思政的基本思路。

(一)立德树人为根本任务

要育人,首先要明确“为谁培养人”的根本问题。我们要培养的是德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人,因此模拟电子技术课程必须在知识传授和能力培养的同时加强价值引领。虽然模拟电子技术的发明与发展主要在西方国家,但课程讲授中不仅要弘扬科学家勇于探索、不懈奋斗的精神,更要融入我国模拟电子技术的发展故事、讲好中国人利用模拟电子技术发展社会生产生活、国防军事的故事,加强对学生世界观、价值观的教育,引导学生树立正确的国家观、历史观和人文观。

(二)辩证唯物主义世界观和方法论融入课程教学全过程

根据模拟电子技术课程的特点,在电路的理论分析中融入事物矛盾运动的基本原理,不断强化学生的问题意识,增强辩证思维能力;在实验实作中融入认识和实践辩证关系的原理,强调理论与实践相统一。注重引导学生运用辩证唯物主义正确认识问题、分析问题和解决问题,同时融入工程伦理、工匠精神等。

(三)注重言传身教

“老师是学生道德修养的镜子。”老师坚定的理想信念、强烈的责任感及“为人师”的个人魅力,是开展课程思政的立足点。老师必须从自身做起,加强政治理论学习,提高思政意识与思政自觉,提升师德修养,以身示范,将自身优良的师德、师风、师魂与课堂教学相融合,进而在潜移默化中润化学生。

(四)注重隐性育人与画龙点睛的结合

专业基础课程的思政不是单纯的“课程”+“思政”,不能单纯干巴巴地讲一堆大道理、“贴标签”,而应该将思政元素融入到课程内容中,融入到社会实际中、进而融入到学生关心关切的问题中,真正触及学生默会知识的深处,实现隐性育人。同时思政元素在课堂中不仅要自然融入、启迪育人,还要注重归纳总结、画龙点睛,以提升课程的深度与广度,使课程思政真正见功见效。

三、模拟电子技术课程思政的教学实践

模拟电子技术课程聚焦价值塑造、能力培养、知识传授“三位一体”的人才培养目标,着力从家国情怀、辩证思维、工匠精神和团队意识四个方面开展课程思政,对学生进行价值引领,为电子类专业育人开好局。

(一)讲好中国故事,培养家国情怀

模拟电子技术课程的绪论一般从发展史开始讲解,而模拟电子技术的发展史大多以电子管、晶体管和集成电路三个阶段为主线进行介绍,在这个脉络中没有中国的印迹,这难免会使学生产生心理落差,忽略我国模拟电子技术的发展与进步,削弱学生的自信心。为此,在传统的模拟电子技术发展史中,增加中国的发展历程。

1956 年中国明确提出“向科学进军”,把半导体、无线电、自动化和计算机这四个在国际上发展迅速而国内急需发展的高新技术列为四大紧急措施[9]。中国从半导体材料开始,自力更生研究半导体器件,于1957 年成功研制第一只锗晶体管。半导体晶体管的成功研制,促成了我国晶体管计算机和晶体管收音机的诞生,在国内产生了很大的影响。1959 年制造出第一块硅单晶,1963 年制造出国产硅平面型晶体管。这些技术的成功,为硅集成电路的研究打好了基础。1972 年我国自主研制成功PMOS 大规模集成电路,实现了从中小集成电路发展到大规模集成电路的跨越。之后,在国家的大力支持下,中国的集成电路产业得到不断发展,已经形成了在芯片设计、晶圆制造、封装和测试等方面相对成熟的技术,出现了像上海华虹、中芯国际、华为等企业,但很多上游基础原材料、核心技术等仍然掌握在外国制造商手中,“中兴事件”给国人敲响了警钟,使我们认识到:核心技术要掌握在自己手中!在中国模拟电子技术发展史上,涌现出一大批舍身忘我的科学家,比如中国半导体技术的奠基者:谢希德、黄昆和林兰英等人,在新中国成立后,他们毅然选择回归祖国,并将半导体技术带回了祖国,充分反映了老一代科学家救亡强国的精神。

此外,结合课程内容在模拟电子技术的实际应用中选取典型教学案例,例如在集成运算放大器部分,引入学生比较关注的事件——当前中国集成电路的发展及其在世界的影响;在运算电路部分,引入电子测温计的应用案例,由此关联全国抗疫大背景。

通过讲好模拟电子技术中的中国故事,使学生一方面感悟老一辈科学家舍小我成大我的家国情怀,另一方面看到我国在模拟电子技术方面取得的成就,坚定“四个自信”,同时也发现我国与发达国家存在的差距,激励学生自主创新、科技报国的决心。

(二)坚持问题导向,提升辩证思维能力

大学阶段是学生思维发展的重要阶段,正确的世界观和方法论引导至关重要。在模拟电子技术课程教学中,坚持问题导向,注重运用辩证唯物主义的观点分析解决实际问题。例如在基本放大电路中,只有静态工作点合适才可能使输出信号不失真。但是由于半导体材料的固有特性,当温度变化时,固定偏置的基本共射放大电路的静态工作点会随之发生漂移。如何稳定静态工作点?为此,引入分压偏置放大电路,一方面通过基极电阻分压使基极电位VB 基本保持不变;另一方面通过发射极电阻RE 引入负反馈。改进后的电路具有稳定的静态工作点,但是电压放大倍数却下降了。这种改进有意义吗?很多学生此时会产生困惑。类似的问题,在后续的模拟电路分析中还会遇到很多,此时引导学生运用辩证思维。凡事“有一利,必有一弊”,我们要正确认识和处理矛盾问题,一方面处理好重点和非重点的关系,就放大电路而言,稳定是实用的前提,因此首先要解决的重点问题是静态工作点的稳定,至于由此带来的放大倍数下降的问题可以通过调整电路参数或者采用多级放大电路等方式来改进,而这些改进措施又会对放大电路带来什么影响,需要再具体分析;另一方面处理好全局和局部的关系,每个电路都是一个整体,环境、元器件的改变都会对电路性能产生影响,要有全局意识,不能顾此失彼。在教学过程中,通过对模拟电路的分析训练学生的思维方式,提升学生的辩证思维能力,使学生在面对复杂问题时,懂得运用全局观,对整体做到心中有数,同时又能优先解决主要矛盾和矛盾的主要方面,能够在权衡利弊中趋利避害、做出最为有利的抉择。

(三)强调知行合一,弘扬工匠精神

“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。”在模拟电子技术课程教学中,强调知行合一,注重运用认识和实践辩证关系的原理,引导学生认识电路、分析原理、综合实验、项目实作。模拟电子技术中的相关理论大多有一定的工程背景,电路大多有相应的应用场景,因此在教学中由实际案例引入相关概念与电路,使学生产生“用”的意识,以减少与抽象电路的距离感,激发学习的兴趣。例如在介绍反馈放大电路时,由负反馈的发明背景——解决长途电话中继放大器增益稳定方法引入。然后在电路理论的指导下,开展虚拟仿真实验和硬件电路实验,一方面加深对理论的理解,另一方面在实验中发现理论与实际的差异,实现用理论指导实践,再由实践深化理论的学习过程,最后开展项目实作,将所学理论知识与技能综合应用于实际电路的设计与制作中。通过理论与实践的有机融合,学生在实践中完成对模拟电路理论的了解、认知、理解、应用、综合及创新。

在综合实验和项目实作中,引导学生专注于实际问题,遵循实验原则,运用所学理论知识,搭建调试电路,在电路调试过程中发现问题、解决问题,进而不断优化完善,培养学生专注、求精、创新的工匠精神。

(四)鼓励团结合作,增强团队意识

现代社会尤其注重团结合作,只有每一个成员“心往一处想、劲往一处使”,团队才能形成1+1>2 的合力,取得更好的成绩。在模拟电子技术课程教学中,一方面,结合教学内容融入思政元素,增强团队意识。例如集成运算放大器由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分构成,输入级一般选用差分放大电路,用于抑制零点漂移;中间级多采用共射或共源放大电路,用于提高放大能力;输出级一般采用互补输出电路,用于提高带负载能力;偏置电路多采用电流源电路,用于设置各级放大电路的静态工作点。每类基本电路都有自身的优缺点,但正是因为各个部分合理地分工与合作,取长补短,才使得集成运算放大器具有优越的性能,从这个角度强调团结合作的重要性;换个角度来看,集成运算放大器的整体性能优越,正是因为每个部分的基本电路在自身所处的模块中发挥优势特长,由此升华出大局意识。另一方面,实行分组制,根据学生的学习状况、个性特长将班级中的学生分成每3~4 人一组,以小组为单位组织学习讨论、项目实作。在此过程中,每名学生根据自身的特长在小组中找到自己的位置,发挥自身的优势;老师根据小组的整体表现、项目完成情况进行质量评定,并且根据每个人在小组中的贡献确定每个成员的最终成绩,从而激励学生更加注重团队合作、增强团队意识,提升小组任务的完成质量。

四、结束语

未来属于青年,希望寄予青年。当今大学生正处在网络信息发达、各种思潮充斥的环境中,课程教学必须寓价值引导于知识传授和能力培养之中,帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观。为此,本文以思政视角深入分析模拟电子技术课程特点,在此基础上,从课程思政的本质、思维、形式、方式四个层面形成课程思政的基本思路,并从家国情怀、辩证思维、工匠精神和团队意识四个方面开展课程思政的教学实践。开展课程思政教师是关键,专业课教员应该将课程思政变成教学内容中的必需品、教学实施中的行动自觉,并通过不断提高自身的课程思政能力,将思政元素与教学内容有机融合,实现对学生正确的价值引领。

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