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有效融合思政教育与思维培养的电子技术课程教学*

2023-09-07吴显金姜霞刘波

中国教育技术装备 2023年2期
关键词:三极管二极管电路

吴显金 姜霞 刘波

中南大学 长沙 410083

0 引言

2019 年3 月18 日,习近平总书记在学校思想政治理论课教师座谈会上不仅指出了思政课是落实立德树人根本任务的关键课程,而且还提出思政课要教会学生科学的思维[1]。为了贯彻落实习近平总书记在座谈会上的重要讲话精神,2019 年8 月,中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于深化新时代学校思想政治理论课改革创新的若干意见》[2]。2020 年5 月教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》,明确提出了工学类专业课程,不仅要在课程教学中把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来,提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力,而且要注重科学思维方法的训练[3]并强化学生工程伦理教育。在此背景下,在课程教学中加入思政教育内容势在必行,而如何有效地将思政教育融入教学中也成了广大教师需要探索和研究的问题。

电子技术是非电类专业的一门技术基础课,也是一门应用性、实践性很强的课程。由于该课程具有基本概念多、元器件特性抽象、电路类型多并且性能各异、近似化的分析方法不容易理解等特点,许多内容即使教师花费很多时间和精力讲解,许多学生仍觉得难于理解,从而对课程学习产生畏难情绪。因此,对于如何将思政教育融入教学中,虽然近几年来,不少高校教师对此做出许多探索和研究,也取得了一些突出的效果[4-7],但仍然有不少教师对思政教育认识不深、不够主动。他们认为在理论课都不容易讲清,特别是课时本来就不够的情况下,还要在教学中加入思政教育,不仅占用了教学时间,而且容易牵强附会,教学中感到突兀、生硬,出现了能不讲就不讲或纯粹为了完成任务、应付检查才讲的现象,这样的思政教育效果当然就会大打折扣。

本文提出在电子技术课程教学中将思政教育与思维培养有效融合的方法。通过在教学过程中精心选择与教学内容关联程度高、思维启发性强的科学事迹、研究方法、人文精神、社会现象、电子实践等思政元素融入教学内容进行讲解,这样不仅可以克服单纯思政教育的枯燥无味,增加教学内容的趣味性,帮助学生理解课程中的内容,而且能够以浅显易懂的方式启发学生,培养学生科学逻辑思维,最终达到思政教育和思维培养双重功效的目的。

1 科学事迹培养借鉴思维

电子技术在发展的过程中有着非常多的科学事迹和探索精神,电子技术发展的过程是一个不断发现问题和解决问题的过程。科学家和工程师们在提出解决问题的理论和方法时,并不是凭空创造,往往是借鉴了已有的理论和方法,在此基础上再有所突破和创新。

最典型的一个例子就是布尔创立的布尔代数,从此为数字电子技术的发展奠定了理论基础。在学习过程中学生会发现布尔代数中的许多基本公式跟普通代数中的基本公式是相同的。这时教师就可以通过举例,如华为开发的鸿蒙系统在界面和使用习惯上借鉴了安卓系统、许多产品在设计时借鉴已有产品、科学研究中的查找文献等等也是借鉴,说明借鉴在科学研究和工程中都具有非常广泛地应用。由此再继续说明布尔代数在一定程度上也借鉴了普通代数,因此创立的理论和方法也更容易为大家所理解和接受,为此在学习布尔代数时只要着重掌握和理解那些跟普通代数不相同的公式即可。

另外一个典型的例子是真空电子管和晶体三极管,虽然这是两种不同类型的元器件,但肖克利等人在发明晶体三极管时同样借鉴了真空电子管的信号放大作用。这说明借鉴思维无处不在,在工作和研究中,善于借鉴往往能使自己的工作事半功倍。

2 宽宏坚毅培养类比思维

电子技术课程的一个难点在于元件或电路分析时的多样性,如二极管有实际特性、近似特性和理想特性;单管放大电路中的交直流共存及静态分析和动态分析;电容三点式LC 振荡电路中的耦合电容和旁路电容两端极性相同,而选频网络中的电容则要根据三点式接地位置来确定电容两端极性等等。学生很难理解这种多样性存在的原因,更难以区分要在什么情况下用什么方法或特性进行分析。

对于上述难点的教学,这时可以借助于思政教育元素进行说明。比如,可以用同学相处之道来说明二极管电路的分析。一个学生要做到和他人友好相处、具有良好的人缘关系,那么一定要具有宽宏大度的品格、不斤斤计较、能容忍别人的一些小缺点。同样道理,在对二极管电路分析时,只要结果在允许范围内,对二极管的近似化或理想化处理就会使电路分析变得简单许多,这符合许多工程应用中不追求结果的绝对精确,但追求简单易用的工程实践思想。

单管放大电路中只有静态工作点合适,才能正常放大交流信号,这跟坚持共产党领导,才能应对国际国内的各种挑战,推动社会主义事业的全面发展是同样的道理。对于个人而言,只有自己具有坚毅的品质和坚定的理想信念,才能不被周围各种诱惑所吸引,砥砺前行,才能有所成就,成为对国家和社会有用的人才。

电容三点式LC 振荡电路中电容的极性则与个人在工作和生活中既要坚持原则,又要具有一定的灵活性类似,要因时而异,具体情况具体分析。

以上例子也说明社会现象中的许多规律跟自然科学规律是相通的,符合唯物辩证法中的普遍联系原理。因此,教学中对于许多概念、方法和理论完全可以借助社会现象或自然现象的类比来帮助理解,这样不仅能让学生理解更加深刻,而且能自然而然地将思政教育融入教学中,同时,培养学生通过类比来理解复杂现象的思维。

3 纳谏如流培养反馈思维

由于在电子电路中可以通过引入不同类型的负反馈从不同的角度改善电路的性能,如提高电压放大倍数的稳定性、稳定输出电压或输出电流、改变输入电阻或输出电阻、减小非线性失真和抑制干扰、扩展通频带宽等。因此,在课程的教学中,对反馈类型及负反馈组态的判断是要求学生必须掌握的内容之一。但对这部分内容教学时,往往只有定性分析而缺乏公式的直接推导,学生听完后常常觉得似懂非懂,不能完全理解,甚至听教师讲课时听懂了,但要自己对稍微复杂一点的电路进行分析判断时又感觉无从下手。这时,教学时就可用决策的例子解释正、负反馈的概念。生活中,许多部门在做重大决策时,往往会事先广泛地征求意见,再根据反馈意见对决策进行改进,使得整个决策过程更加民主,决策结果更加科学、合理。如果反馈意见支持原来的决策,那就是正反馈;而如果反馈意见反对原来的决策,那就是负反馈。

对于负反馈不同组态的判断和作用,可以用生活中的例子来说明,比如,劝导某位不愿意锻炼身体的学生加强身体锻炼,则劝导效果必然体现在该学生增加了锻炼身体的时间和次数;而如果劝导学生不要沉迷于游戏,努力学习,则劝导效果肯定体现在提高学习兴趣、减少游戏时间。这样,通过举例,学生就能容易理解为什么电压负反馈可以稳定输出电压,而电流负反馈可以稳定输出电流。

同时,教师可进一步说明负反馈实际上属于日常生活中常说的忠言逆耳,虽然不招人喜欢,但往往有建设性的作用,从而劝说学生平时要经常引入负反馈,纳谏如流、多听听不同意见,才能不断地提高自己,从而达到融入思政教育的效果。

4 科学方法培养研究思维

电子技术的发展史就是一部不断产生问题,然后解决旧问题又产生新问题的科学技术史,在解决问题过程中有意或无意地用到许多科学的方法。在教学中,将知识中隐含的科学方法向学生进行介绍,对于培养学生研究思维,解决疑难问题,提高知识应用能力将十分有益。

电子技术课程中用到的科学方法很多,其中最常见的就是化归方法。从晶体三极管的输入输出特性曲线上看,晶体三极管是一个非线性元件,那么含有晶体三极管的单管放大电路就是一个非线性电路。理论上线性电路分析中常用的理论如叠加定理和戴维宁定理等只能运用于线性电路的分析中,对于非线性电路并不适用。为此,在低频小信号的条件下,利用电路等效的原理将晶体三极管用小信号模型代替就可以将非线性的晶体三极管转化成线性的小信号模型,这就是典型的化归方法。单管放大电路交流通路用小信号模型取代了晶体三极管后就得到线性的微变等效电路,于是就能很好地利用线性电路的分析方法求出电路的动态性能指标。除此之外,将未知转化成已知、将动态转化成静态的电路分析方法也属于化归方法。

先假设再求证的方法也是电子技术中电路分析的一种常用方法,特别是电路中含有可以有多种工作状态的二极管和晶体三极管等其它元器件。例如,对于含有二极管电路的分析,二极管是导通还是截止会导致分析结果完全不同,因此,先需要判断二极管真实的工作状态,然后再进行分析计算。但一开始时,二极管所处的状态并不确定,需要进行假设。理论上,既可以假设二极管处在导通状态,也可以假设二极管处在截止状态,但因为假设二极管处在截止状态时,二极管可看成断开,电路会比假设成导通状态时简单许多,所以,通常把二极管假设成截止状态。在此基础上,求出二极管阳极和阴极的电位,再依据二者的大小关系,最终判断出二极管的真实态。对于含有晶体三极管的电路,在不知晶体三极管真实工作状态时,也可以假设工作在放大状态,然后再进行计算验证。

在对含有多个输入信号运算电路进行分析时,可以利用叠加定理求出每个信号单独作用时的输出,然后再将所有单独信号的输出进行相加得到总的输出。这种方法实际上是分解的方法,可以将复杂的问题分解成简单问题处理,不仅在科学研究上经常使用,在工程上也有着广泛地应用,比如,将一个大型项目分解成许多小项目、将一个系统电路分成许多模块电路来设计,然后再让不同的团队完成。另外,单管放大电路信号放大过程的讲解是教学中的一个重要内容,也是学生难于理解的一个内容,但利用叠加定理把电路看成是直流电源单独作用时的电路加上交流信号源单独作用时的电路来分析,学生就会容易理解得多。

5 电子实践培养工程思维

电子技术是一门实践性很强的课程,除了配套的课程实验以外,还应加大学生动手实践的机会。一方面,实践可以克服理论教学中概念、原理和数学式子的抽象和枯燥无味,增加趣味性,提高学生的学习兴趣。另一方面,实践还可以让学生真正理解元器件和电路特性,掌握测量方法和其他实践技能,提高动手能力,树立工程意识,培养工程思维,也可以将工程伦理教育融入实践中。

由于学习电子技术课程的学生,基本上都是非电类专业学生,培养方案上并没有电子技术课程设计的内容,因此,不能采用课程设计方法布置实践任务。为此,教师可以让学生自己查阅资料,购买元器件,自行设计电路,利用焊接板或面包板制作电子小产品。为了防止学生直接抄袭网上或图书资料里面的现成电路,教师可以对使用的元器件类型、电路功能、雷同程度等做一些限制性的规定,制作结果计入平时成绩当中,以提高学生参与的积极性。

另外,教师在布置产品时还应从工程及工程伦理的角度强调产品制作不但要求功能上的实现,还要在注意成本、可靠性的同时注重社会公德,把公众使用安全、易用及工艺等因素考虑进来,真正让学生在初步树立工程意识的同时意识到必须注重工程伦理。

6 结束语

将思想政治教育功能融入课堂教学,寓价值观引导于知识传授和能力培养之中已是所有课程教学的必然要求。

本文提出在电子技术课程教学中如何将思政教育与思维培养有效融合的教学方法,通过精心选择一些与教学内容关联程度高、思维启发性强的科学事迹、研究方法、人文精神、社会现象及电子实践等思政元素帮助学生理解课程中的内容,同时从不同角度启发和培养学生的多种科学逻辑思维。教学实践效果表明,这种融合不仅增加了课堂趣味性,有效地帮助了学生对教学内容的理解,而且学生对这些思政内容并不反感,能够愉快地接受,取得了比以往更好的课堂教学效果。从电子产品制作结果上看,学生能比较好地利用所学知识设计一些具有一定实用性的电路,对于仿真和搭建电路中出现的一些问题也能较好地解决,初步达到预定的教学目标。虽然如此,思政教育仍然是一个不断探索的过程,如何挖掘更适当、更有意义的思政元素以应用于教学中,还需不断地研究与探索。

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