高職課程“理實一體”教學方法探討

【摘 要】“理實一體”是高職院校一種新型的教學方法，它將理論教學與實踐教學有機融合，從而實現(xiàn)教、學、做一體化。本文以晶體三極管為例，對“理實一體”教學方法在高職課程教學中的應(yīng)用進行了探討。

【關(guān)鍵詞】高職 “理實一體” 教學方法

【中圖分類號】G71 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2014）09-0003-03

高職課程“理實一體”教學是指將理論教學與實踐教學相融合，實現(xiàn)教、學、做一體化?！袄韺嵰惑w”教學的目標是依據(jù)國家職業(yè)標準，培養(yǎng)學生的綜合職業(yè)能力；內(nèi)涵是根據(jù)高職教育人才培養(yǎng)目標，以學生為中心，重新整合教學資源，改革傳統(tǒng)教學中理論與實踐“兩張皮”的教學模式，實現(xiàn)教、學、做一體化。

下面以晶體三極管（雙極型半導體三極管）為例，對高職課程“理實一體”教學方法進行探討。

一 教學標準

教學標準是對教學過程的總體要求，包括教學目標、教學設(shè)計和學時分配，以此對教學內(nèi)容進行指導和規(guī)范，使教學目標更加明確，教學設(shè)計更加科學，學時分配更加合理。

1.教學目標

教學目標有：（1）理解晶體三極管的電流放大作用；（2）掌握晶體三極管的三種工作狀態(tài)；（3）學會用萬用表檢測晶體三極管性能的方法。

2.教學設(shè)計

第一，教學安排在“理實一體”教室，教師指導學生完成相應(yīng)實驗，通過分析實驗結(jié)果，得出相應(yīng)結(jié)論，掌握相關(guān)知識。輸入輸出特性曲線的內(nèi)容通過具體實驗來完成教學。

第二，課前布置學生預習相關(guān)教學內(nèi)容，復習萬用表的使用方法，以提高課堂教學的質(zhì)量和效率。

3.教學學時

根據(jù)教學內(nèi)容，安排4個學時。

二 教學內(nèi)容

建構(gòu)主義學習理論認為，學習總是與一定的情境相聯(lián)系，而生動直觀的形象才能有效激發(fā)學生的聯(lián)想，喚起原有認知中有關(guān)的知識?！袄韺嵰惑w”強調(diào)學生為主體，教師為主導，不僅關(guān)注學生掌握知識、技能的情況，更重視學生獲取知識、技能的方法與途徑。為此，將晶體三極管“理實一體”教學內(nèi)容模塊化，模塊之間既相互獨立又相互銜接。教師引導學生進入教學情境，引導學生進行思考，由學生得出結(jié)論，使學生的學習直觀、形象，有助于理解概念，突破難點，解決問題。

1.晶體三極管的基本結(jié)構(gòu)及符號

第一，找?guī)讉€外殼上有管腳指示標志的晶體管，認識其外形及管腳；第二，從理論上講解三極管的結(jié)構(gòu)，掌握其電路符號的表示；第三，用萬用表測量晶體三極管的性能：判別基極、集電極以及三極管類型（NPN型、PNP型）；第四，電流放大能力估測；第五，穿透電流的測量。

說明：通過模塊一的學習，讓學生熟悉晶體三極管的外形及引腳識別方法；學會查閱半導體器件手冊，熟悉晶體三極管的類型、型號及主要性能參數(shù)；掌握用萬用表檢測晶體三極管性能的方法，為學生看圖、識圖以及今后進行電路設(shè)計、裝配、維修奠定基礎(chǔ)。

2.晶體三極管的工作原理（以NPN型為例）

第一，通過實驗建立感性認識。教師指導學生做一個晶體三極管電流測量實驗，記錄電流測量的具體數(shù)據(jù)，目的是通過晶體三極管電流分配的實驗數(shù)據(jù)，幫助學生建立起晶體三極管具有電流放大作用的概念。

如以3DG6三極管共發(fā)射極電路為例進行電流測量，測量數(shù)據(jù)如表1所示。

通過分析表中數(shù)據(jù)，指導學生得出如下三個結(jié)論：（1）

IE=IC+IB，此結(jié)果符合克希荷夫電壓定律；（2） ，

，IE、IC比IB大得多，電流具有放大作用；

（3） ，基極電流IB的少量變化，將引

起集電極電流IC較大的變化。

說明：通過直觀的實驗數(shù)據(jù)，幫助學生先建立感性認識，為后續(xù)內(nèi)容的教學作鋪墊。

第二，深入分析晶體三極管的放大原理。（1）放大條件。在晶體三極管的內(nèi)部，發(fā)射區(qū)高摻雜，多子為自由電子，濃度很高；基區(qū)低摻雜，多子為空穴，濃度在三個區(qū)中最低，且比較??；集電區(qū)摻雜濃度比發(fā)射區(qū)低，但面積較大。在晶體三極管的外部，發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置（VCE>VBE）。（2）三極管內(nèi)部載流子的運動。發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散電子（發(fā)射），電子在基區(qū)擴散和復合，集電區(qū)收集發(fā)射區(qū)擴散過來的電子（收集）。

說明：在實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，從本質(zhì)上分析電流放大原理。這樣由感性認識上升到理性認識，從知識的傳授過程來講，過渡及銜接較好，避免了抽象的教學，降低了學習的難度，可以獲得較好的學習效果，為后面進行電路分析夯實了基礎(chǔ)。

第三，晶體三極管基本應(yīng)用電路測試實驗。

三極管電路電壓傳輸特性的測試。測試電路如圖1所示。調(diào)節(jié)電位器RP，使輸入電壓uI由零逐漸增大，用萬用表測出對應(yīng)的uBE、uO值，并計算出iC值，記入表2中。在坐標紙上作出電壓傳輸特性曲線uO=f（u1）和轉(zhuǎn)移特性曲

線iC=f（uBE），求出線性部分的電壓放大倍數(shù) 。

三極管電路恒流特性測試。測試電路如圖2所示。調(diào)節(jié)RL，使RL從零逐漸增大到4.7kΩ，分別測出uO值，并計算出iC值，記入表3中。在坐標紙上作出曲線iC=f（uO）。

說明：通過技能訓練，掌握三極管應(yīng)用電路的測試方法，進一步加深對三極管放大特性、三種工作狀態(tài)的理解。

撰寫實驗報告。內(nèi)容包括技能訓練目的、測試數(shù)據(jù)、曲線分析。

說明：教學的最終目的就是指導并幫助學生掌握學習方法，變被動學習為主動學習，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力，這也是目前倡導培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的實質(zhì)性舉措。

3.晶體三極管的特性曲線

特性曲線反映了三極管的特性，是分析放大電路的重要依據(jù)。逐點測試三極管共射輸入、輸出特性曲線的電路如圖3所示。根據(jù)實驗，組織學生討論其輸入、輸出特性。

第一，輸入特性曲線。當集-射極電壓UCE不變時，輸入回路（基極回路）中的電流IB和基-射極電壓UBE之間的關(guān)系曲線，即IB=f（UBE）|UCE=常數(shù)，如圖4所示。這里要分兩種情況討論：UCE=0時、UCE>0時。在實際的放大電路中，三極管的UCE一般都大于零，因而UCE大于1V時的輸入特性更有實用意義。

圖3 三極管特性曲線測試電路 圖4 三極管輸入特性曲線

第二，輸出特性曲線。當基極電流IB不變時，輸出回路（集電極回路）中的集電極電流IC和集-射極電壓UCE之間的關(guān)系曲線，即IC=f（UCE）|IB=常數(shù)，如圖5所示。在輸出特性曲線上可以劃分為三個區(qū)域：截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。（1）截止區(qū)：IB≤0的區(qū)域，此時三極管處于截止，IC≈0。其特點是：發(fā)射結(jié)零偏或反偏（UBE<0），集電結(jié)反偏（UBC<0），三極管沒有放大作用。（2）放大區(qū)：此時三極管具有放大作用。其特點是：發(fā)射結(jié)正偏（UBE>0），集電結(jié)反偏（UBC<0）；IB一定時，IC的值基本上不隨UCE變化。而當基極電流有一個微小的變化量△IB時，相應(yīng)的集電極電流將產(chǎn)生較大的變化量△IC，即△IC=β△IB。（3）飽和區(qū)：當UCE較小時，IC基本不隨IB變化，此時三極管失去放大作用而處于飽和狀態(tài)。其特點是：發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均正偏（UBE>0，UBC>0）。

第三，溫度對特性曲線的影響。通過改變溫度可以發(fā)現(xiàn)溫度對三極管的特性影響較大：輸入特性曲線隨溫度升高而左移，輸出特性曲線隨溫度升高而上移，如圖6所示。

圖6 溫度對三極管特性曲線的影響

說明：特性曲線可用晶體管特性圖示儀測得，學生通過學習，既掌握了儀器的使用，也奠定了從事實驗研究的基礎(chǔ)。在整個過程中，關(guān)注如何通過“理實一體”讓學生掌握獲得知識的方法和途徑，為今后的學習和工作樹立信心。

4.晶體三極管的主要參數(shù)

三極管的性能常用有關(guān)參數(shù)表示，作為工程上選用三極管的依據(jù)。

第一，電流放大系數(shù)。三極管的電流放大系數(shù)表征管子

放大作用的大小。（1）共射直流電流放大系數(shù) ， ；

（2）共射交流電流放大系數(shù)β， ；（3）共基直流電流

放大系數(shù) ， ；（4）共基交流電流放大系數(shù)α， ；

（5）兩種電流放大系數(shù)的關(guān)系， 或 。

第二，極間反向電流。極間反向電流是衡量三極管質(zhì)量的重要參數(shù)。（1）反向飽和電流ICBO。由表1實驗數(shù)據(jù)可以看出，當IE=0，即發(fā)射極開路時，此時IC=0.001，IB=-0.001，集電極和基極之間的反向飽和電流，以ICBO表示。（2）穿透電流ICEO。由表1實驗數(shù)據(jù)可以看出，當IB=0，即基極開路時，此時IC=IE=0.01，集電極和發(fā)射極之間的反向截止電流，由于它是從集電區(qū)穿過基區(qū)流向發(fā)射區(qū)的電流，所以也稱為穿透電流，以ICEO表示。ICEO=（1+β）ICBO。

I CBO和ICEO均對溫度非常敏感，其大小反映了三極管的穩(wěn)定性，其值越小，質(zhì)量越高。實際工作中選用三極管時，要求這兩個反向電流盡可能小些。

第三，極限參數(shù)。極限參數(shù)用以保證三極管安全或保證三極管參數(shù)的變化不超過規(guī)定的允許值。使用三極管時若超過這些極限值，會使管子性能變劣，甚至損壞。（1）集電極最大允許電流ICM。當IC超過一定數(shù)值時β下降，β

下降到正常值的 時，所對應(yīng)的IC值為ICM，當IC>ICM時，

會導致三極管損壞。（2）集電極最大允許功率損耗PCM。三極管正常工作時最大允許消耗的功率PCM，就是由允許的最高集電結(jié)溫度決定的最大集電極功耗，工作時PC必須小于PCM。（3）三個反向擊穿電壓。U（BR）CEO為基極開路時集電結(jié)不致被擊穿，允許施加在集電極-發(fā)射極之間的最高反向電壓；U（BR）CBO為發(fā)射極開路時集電結(jié)不致被擊穿，允許施加在集電極-基極之間的最高反向電壓；U（BR）EBO為集電極開路時發(fā)射結(jié)不致被擊穿，允許施加在發(fā)射極-基

極之間的最高反向電壓。U（BR）CBO>U（BR）CEO>U（BR）EBO，

使用中取UCE≤（ ～ ）U（BR）CEO。（4）三極管的選用。

根據(jù)三個極限參數(shù)可以確定三極管的安全工作區(qū)，實際選用三極管時必須保證三極管工作在安全區(qū)內(nèi)，并留有一定的余量。

說明：此部分內(nèi)容由學生自學完成。通過歸納總結(jié)，讓學生學會梳理知識，抓住重點，掌握技術(shù)手冊等資料的使用方法。

5.PNP型晶體三極管

同NPN型三極管相似，只是基-射極電壓UBE<0，集-射極電壓UCE>0，正好與NPN型三極管相反。

說明：此部分內(nèi)容由學生自學完成。通過與NPN型三極管的對比，舉一反三，培養(yǎng)學生自主學習的能力。

參考文獻

[1]楊素行主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2004

[2]胡宴如主編.模擬電子技術(shù)（教育部高職高專規(guī)劃教材）[M].北京：高等教育出版社，2004

〔責任編輯：龐遠燕〕