思政元素在“模擬電子技術(shù)”課程中的探索與應(yīng)用*

張 錦，汪 勇，楊 揚(yáng)

（宿遷學(xué)院，江蘇 宿遷 223800）

0 引言

課程思政是體現(xiàn)教育在現(xiàn)代社會(huì)主義核心價(jià)值體系建設(shè)中極為重要的一環(huán)，是解決培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人這幾個(gè)根本問題的重要抓手[1-4]。上好一門合格的帶有思政元素的專業(yè)課程要求老師除了具備過硬的專業(yè)教學(xué)水平，還要有深厚的21世紀(jì)中國(guó)馬克思主義理論知識(shí)的積累，要有信仰、有熱情、有責(zé)任地講好一門涵蓋思政元素的專業(yè)課程[5-8]。

“模擬電子技術(shù)”是電類學(xué)科本科教學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科，也是專業(yè)核心課程，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生在電子電路方面的分析和設(shè)計(jì)能力，具有很強(qiáng)的專業(yè)實(shí)踐性[9-10]。在傳統(tǒng)的授課教學(xué)中，教師注重講授知識(shí)點(diǎn)的基本原理、電子電路分析、應(yīng)用實(shí)例講解等方面，而在培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)問題辯證思維、世界觀價(jià)值觀引導(dǎo)等方面有所欠缺。因此，要全方位培養(yǎng)學(xué)生——新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義的建設(shè)者們，就需要將思政元素應(yīng)用在平時(shí)的課程教學(xué)中，要做到課程“配方”更全面、更豐富，使學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解更加深刻，也將引領(lǐng)學(xué)生成為德才兼?zhèn)涞纳鐣?huì)主義建設(shè)者。課題組將通過一些思政元素和“模擬電子技術(shù)”課程知識(shí)點(diǎn)結(jié)合的實(shí)例進(jìn)行探索應(yīng)用[11-12]。

1 為祖國(guó)科技發(fā)展樹立責(zé)任意識(shí)

“模擬電子技術(shù)”課程是半導(dǎo)體電子電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，從目前半導(dǎo)體器件技術(shù)發(fā)展看，我國(guó)還有較長(zhǎng)的路要走。大學(xué)生是專業(yè)技術(shù)人才，應(yīng)該堅(jiān)定獻(xiàn)身社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的信念，樹立正確的奮斗目標(biāo)，激發(fā)自身為國(guó)家富強(qiáng)而努力學(xué)習(xí)的熱情，不斷創(chuàng)新、不斷突破，為我國(guó)的科技發(fā)展不懈努力[13]。

集成電路產(chǎn)業(yè)是衡量國(guó)家綜合實(shí)力的一個(gè)重要標(biāo)志、信息產(chǎn)業(yè)的核心、實(shí)現(xiàn)信息安全的基石。在引言及半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)的講解中，聯(lián)系到中美貿(mào)易戰(zhàn)，其中“卡脖子”技術(shù)——芯片技術(shù)涉及的專業(yè)知識(shí)就是基于半導(dǎo)體的集成芯片。借此，在講解時(shí)，可以讓學(xué)生客觀地了解到我國(guó)芯片技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，隨著中國(guó)的快速崛起，中美競(jìng)爭(zhēng)加劇，目前嚴(yán)峻的形勢(shì)也讓國(guó)人意識(shí)到發(fā)展國(guó)產(chǎn)芯片行業(yè)刻不容緩。身為電子、自動(dòng)化人的同學(xué)們有責(zé)任為我國(guó)的芯片發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。2021年5月28日，習(xí)近平總書記在兩院院士大會(huì)上對(duì)芯片產(chǎn)業(yè)提出了發(fā)展要求，也對(duì)青年科技工作者發(fā)出了“自古英雄出少年”的殷切期望和鼓勵(lì)，讓學(xué)生從內(nèi)心意識(shí)到：科技興則國(guó)家興，科技強(qiáng)則民族強(qiáng)，核心科技是發(fā)展的根基。激勵(lì)學(xué)生以祖國(guó)強(qiáng)盛為己任，為自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)而發(fā)奮學(xué)習(xí)。引領(lǐng)學(xué)生科技強(qiáng)國(guó)、專業(yè)報(bào)國(guó)意識(shí)，建立通過自身的努力學(xué)習(xí)、刻苦鉆研、突破創(chuàng)新與實(shí)現(xiàn)民族復(fù)興的理想相掛鉤[14-17]。

2 矛盾多樣性在課程中的體現(xiàn)

“模擬電子技術(shù)”課程中關(guān)于矛盾多樣性的內(nèi)容很多，如關(guān)于抓住事物主要矛盾方面，晶體三極管由兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，要熟悉晶體三極管的電流分配及其特性。在講解三極管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)時(shí)，載流子成分很多，有發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散構(gòu)成的電子電流IEN，基區(qū)向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散形成的空穴電流IEP，基區(qū)內(nèi)復(fù)合運(yùn)動(dòng)所形成的電流IBN，基區(qū)內(nèi)非平衡少子即漂移到集電區(qū)所形成的電流ICN，平衡少子在集電區(qū)與基區(qū)之間由漂移產(chǎn)生的電流ICBO，這些成分給放大運(yùn)算帶來了困難。這時(shí)需要抓住主要矛盾，抓住主要載流子從而得出電流關(guān)系，與工程實(shí)際聯(lián)系緊密，實(shí)際工作中往往存在各種因數(shù)，抓住主要矛盾才能正確分析問題，得出答案。在講解三極管靜態(tài)工作點(diǎn)估算法時(shí)，也是要抓住事物的主要矛盾，從而滿足工程運(yùn)算要求。此外，根據(jù)電路分析中掌握電路的等效概念，抓住決定三極管性能的本質(zhì)因素，從物理本質(zhì)求出三極管等效電路，其中，微變等效模型的建立是抓住輸入輸出主要關(guān)系。教育學(xué)生在實(shí)際工作中，學(xué)會(huì)分析主次矛盾，運(yùn)用主次矛盾辯證關(guān)系解決實(shí)際問題。

此外，在講到PN結(jié)的形成時(shí)，PN結(jié)的形成是由少子的漂移運(yùn)動(dòng)和多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)共同作用形成的。少子的漂移和多子的擴(kuò)散是對(duì)立關(guān)系，但如果僅僅有少子的漂移或者多子的擴(kuò)散是形成不了PN結(jié)的，PN結(jié)的形成是漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)共同作用動(dòng)態(tài)平衡的結(jié)果，它體現(xiàn)了矛盾的對(duì)立統(tǒng)一。因此，PN結(jié)的大小也是綜合了漂移和擴(kuò)散的相互作用。由此引導(dǎo)學(xué)生在工作和生活中切忌以偏概全，同樣一件事情要看到它的正面和反面，從而有一個(gè)綜合的判斷。

3 內(nèi)因和外因相互作用在課程中的體現(xiàn)

內(nèi)因和外因的相互作用在“模擬電子技術(shù)”課程中典型應(yīng)用是放大電路不同的反饋情況導(dǎo)致電路會(huì)實(shí)現(xiàn)差異很大的功能，其中，內(nèi)因可看作是選定的運(yùn)算放大器，而外因是外接電路不同的反饋方式，有“正反饋”“負(fù)反饋”“無反饋”這幾種形式。在分析反饋放大電路時(shí)，是否有反饋取決于輸出回路和輸入回路是否存在反饋通道，并且輸出信號(hào)情況是否通過此反饋通道影響輸入信號(hào)的增減。“正反饋”和“負(fù)反饋”的判斷則需要通過“瞬時(shí)極性法”來進(jìn)行判斷，如果反饋的作用是使凈輸入信號(hào)削弱，則其為“負(fù)反饋”；如果反饋的作用是使凈輸入信號(hào)增強(qiáng)，則其為“正反饋”。不同的反饋（外因條件）作用在同樣的運(yùn)算放大器（內(nèi)因條件）上，其電路功能完全不同。當(dāng)運(yùn)算放大器引入“負(fù)反饋”后，可以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的比例、加減、乘除、積分、微分、對(duì)數(shù)和指數(shù)等常見的基本運(yùn)算功能；而在波形發(fā)生電路中正弦波振蕩電路由放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、“正反饋”網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四部分構(gòu)成，在RC正弦波振蕩電路和LC正弦波振蕩電路中需要用瞬時(shí)極性法來判斷電路是否滿足“正反饋”條件；當(dāng)運(yùn)算放大器“無反饋”狀態(tài)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)電壓比較器功能。

“正反饋”“負(fù)反饋”“無反饋”在電路中的應(yīng)用，可以通過一個(gè)檢測(cè)報(bào)警電路典型案例來講述。該電路可由感應(yīng)器件如紅外線傳感器、延時(shí)電路、報(bào)警裝置和若干運(yùn)算放大器構(gòu)成。當(dāng)紅外線探測(cè)傳感器檢測(cè)到有人通過輻射出的紅外線信號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生微弱的電信號(hào)，需要使用放大電路對(duì)此信號(hào)進(jìn)行處理，此時(shí)引入的應(yīng)該是由“負(fù)反饋”電路構(gòu)成的運(yùn)算電路，經(jīng)過放大后的信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)通過“無反饋”的電壓比較器輸出，經(jīng)過延時(shí)電路和報(bào)警電路輸出可實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，若要使比較器響應(yīng)更快可以引入“正反饋”回路，可加快該檢測(cè)電路響應(yīng)速度。通過以上的理論講述和實(shí)例應(yīng)用，既形象生動(dòng)地講授了不同反饋對(duì)電路的不同作用，又可以通過外因?qū)?nèi)因的影響說明“橘生淮南則為橘，生于淮北則為枳”這一道理，從而引導(dǎo)學(xué)生意識(shí)到選擇個(gè)人工作和生活環(huán)境的重要性?！敖煺叱?，近墨者黑”，選擇一個(gè)陽(yáng)光積極的環(huán)境有助于自己的提高和進(jìn)步，千萬不要與壞人為伍，同流合污。

此外，在講解三極管實(shí)現(xiàn)放大功能的條件時(shí)，其中，內(nèi)因是三極管內(nèi)部的材料和結(jié)構(gòu)，而外因是外接電路需提供滿足放大條件的偏置電壓。由內(nèi)因和外因共同決定三個(gè)電極的電路電流，進(jìn)而引申出三種外部接線方式也就是外因，以及所選擇三極管也就是內(nèi)因，共同導(dǎo)致了三種不同的工作區(qū)域，而通過工程實(shí)例說明外因與內(nèi)因的辯證關(guān)系。通過這些內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生明白在人生發(fā)展中外因固然重要，但內(nèi)因是成功的基礎(chǔ)，做好自己，才可能取得成功。

4 量變與質(zhì)變關(guān)系在課程中的體現(xiàn)

量變與質(zhì)變的關(guān)系在“模擬電子技術(shù)”課程中典型例子是講二極管的伏安特性。當(dāng)二極管正向?qū)ǖ臅r(shí)候會(huì)有一個(gè)小小的死區(qū)，當(dāng)正向電壓高于這個(gè)死區(qū)的時(shí)候會(huì)實(shí)現(xiàn)正向?qū)ǖ墓δ?，而在這個(gè)死區(qū)范圍內(nèi)其正向電流是幾乎為零的。這就說明一個(gè)量變引起質(zhì)變的關(guān)系，死區(qū)內(nèi)的正向電壓變化是一個(gè)量變的過程，但一定的量變后當(dāng)正向電壓突破死區(qū)時(shí)就產(chǎn)生了質(zhì)變，從而達(dá)到正向?qū)ǖ男阅?。而?dāng)二極管接反向電壓時(shí)也會(huì)有一個(gè)量變引起質(zhì)變的過程，當(dāng)二極管在反向工作區(qū)時(shí)其反向電流很小，工作狀態(tài)是反向截止，而當(dāng)反向電壓絕對(duì)值大于反向擊穿電壓時(shí)，二極管會(huì)呈現(xiàn)反向擊穿狀態(tài)，二極管反向電流會(huì)激增，可能會(huì)導(dǎo)致二極管被擊穿，造成不可逆的變化。

此外，在講到多級(jí)放大電路時(shí)，其中的直接耦合方式電路具有體積小、便于集成的優(yōu)點(diǎn)，而其缺點(diǎn)是存在較為嚴(yán)重的零點(diǎn)漂移問題。零點(diǎn)漂移主要有因溫度變化而產(chǎn)生的溫漂，也有因電源電壓的波動(dòng)引起的靜態(tài)工作點(diǎn)波動(dòng)，而產(chǎn)生零點(diǎn)漂移。有時(shí)雖然零點(diǎn)漂移的電壓看上去不大，但由于后級(jí)放大倍數(shù)較高，一定的量變后仍有可能產(chǎn)生覆蓋有效信號(hào)的情況。這充分說明了量變與質(zhì)變的關(guān)系：較小的零點(diǎn)漂移經(jīng)多級(jí)放大電路放大后也可能覆蓋輸入信號(hào)。

通過以上的實(shí)例引導(dǎo)出量變與質(zhì)變的關(guān)系，說明事物發(fā)展變化是從量變開始的，當(dāng)量變達(dá)到一定程度時(shí)必然引起質(zhì)變，從而引導(dǎo)學(xué)生在平時(shí)工作和學(xué)習(xí)中，一定要注重知識(shí)的積累，要踏踏實(shí)實(shí)夯實(shí)自己的專業(yè)基礎(chǔ)。一點(diǎn)一滴的積累可能并不明顯，但積累到引起質(zhì)變的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)這些努力都是值得的，從而樹立正確的人生觀和價(jià)值觀。

5 小結(jié)

“模擬電子技術(shù)”課程是自動(dòng)化、電子信息、控制類學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)核心課程，其在專業(yè)建設(shè)的地位舉足輕重，而其知識(shí)點(diǎn)多、電子電路分析設(shè)計(jì)能力要求較高等特點(diǎn)對(duì)其授課的專業(yè)性提出較高要求。課題組在課程知識(shí)點(diǎn)中融入的為祖國(guó)科技發(fā)展建立責(zé)任意識(shí)、矛盾多樣性、內(nèi)因和外因相互作用、量變與質(zhì)變關(guān)系這四個(gè)方面的思政元素實(shí)例，使該課程在平時(shí)教學(xué)工作中內(nèi)容更加豐富，也為學(xué)生建立符合新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義價(jià)值觀起到積極的促進(jìn)作用。