大學(xué)生應(yīng)該具備什么樣的動手能力——從一只小小的LED談起

南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 劉增元 孫正鳳

當(dāng)今社會是一個競爭社會，那么靠什么去競爭？——人才！

那么什么樣的大學(xué)生才是人才，又或者說是人才的苗子呢？

筆者作為一名大學(xué)教師已經(jīng)工作了六年，所任教的學(xué)校是一所“三本”院校，對于本專業(yè)的學(xué)生來說其所培養(yǎng)的學(xué)生目標主要是“藍領(lǐng)”工程師。在這一段說長不長，說短不短的時間內(nèi)也送走了四屆畢業(yè)生，在這四屆畢業(yè)生的用人單位反饋情況來看，有部分人員已然成為了其工作單位的重點培養(yǎng)對象，但有的學(xué)生或泯然眾人、或另謀高就。將那些成為重點培養(yǎng)對象的學(xué)生成績從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出來，進行了一下對比與分析，發(fā)現(xiàn)這些學(xué)生當(dāng)時的成績有些并不突出，只在中上左右，但據(jù)教過他們的老師們共同回憶，他們中的大多數(shù)都具有比較強的“動手能力”。

筆者回憶了一下，當(dāng)時給他們上一門實用性最強的課就是《儀器儀表技術(shù)實訓(xùn)》這門課，這門課主要是配合當(dāng)時的課程進行動手實踐，學(xué)生的動手能力就可以從這門課的課堂表現(xiàn)上得窺一斑。這門課的動手課程是從一只小小的發(fā)光二極管(LED)開始的。

真正意義上的LED是從20世紀50年代左右開始的，一直到今天才不過60年左右，不論在電子還是在電氣專業(yè)學(xué)習(xí)的學(xué)生都會對其性能了如指掌。但那也僅僅是來源于課本上那幾幅二極管原理說明圖，而且僅僅是公式化的說明。而后加上一句LED與二極管的導(dǎo)通條件相同。這些書面上東西很難引起學(xué)生們的興趣，而在儀器儀表這門課上本來應(yīng)該就各種儀器的性能做一些基本原理的介紹，但如果真僅僅是這樣這門課也將變的枯燥而乏味，經(jīng)過與其他老師們的討論、同學(xué)們的交流，于是就將這一在書中經(jīng)常出現(xiàn)的器件納入了本門課程的教學(xué)過程中。

(1)萬用表

電壓，電流，電阻這三個電參量均可以在如圖1所示這個電路圖中得到。在這幅簡單的電路圖中可以調(diào)節(jié)的參數(shù)很多，而且使用到了萬用表各個檔位，首先是在電路連接之前對基本電路參量電動勢E、電阻R的測量，之后還有流經(jīng)電阻及LED上直流電流的測量。在進行簡單試驗的同時還可以通過改變E或者R的值來改變流過LED的電流。

圖1

在這里要指出的是對于LED電阻正反向測量時，采用萬用表的種類不同，所采用的方法及所測的數(shù)值也會有所不同，僅可以作為判別極性的參考之用。

(2)函數(shù)信號發(fā)生器、示波器

函數(shù)信號發(fā)生器與示波器也是學(xué)生在學(xué)習(xí)儀器時所必須學(xué)習(xí)的兩大器件，在與LED進行配合使用時只需做一下代換，將圖1中的電動勢換作函數(shù)信號發(fā)生器即可，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)由信號源所產(chǎn)生的波形的幅值及頻率，便可以使LED處于“閃爍”的狀態(tài)，此時便可以利用示波器觀察LED兩端電壓的波形，對比原始信號的波形，應(yīng)該可以看到明顯的“整流”現(xiàn)象。

另外，在進行函數(shù)信號發(fā)生器的介紹時常用的參數(shù)除了“幅值”、“頻率”、“占空比”之外還有一個比較重要參數(shù)“直流電平”。這個參數(shù)有時往往被忽略，而恰恰又是這個參數(shù)在配合示波器觀察時往往會出現(xiàn)輸入耦合不匹配的問題。在“閃爍”狀態(tài)LED的基礎(chǔ)上開始直流電平的疊加會發(fā)現(xiàn)其閃爍狀態(tài)會發(fā)生明顯的變化，而對應(yīng)LED兩端的電壓卻有時不分發(fā)生任何的改變。“有時”的情況是發(fā)生在電壓信號輸入耦合為“AC”時，而正確的觀察方法卻是采用“DC”耦合進行觀察，這樣就可以看到實際作用在LED上的波形——疊加在直流信號上的交流信號。

(3)晶體管特性圖示儀

這種儀器本來就是用來測量晶體管參數(shù)的，其上面也帶有二極管的專用測量接口，對于這種儀器與LED的結(jié)合點，除了作為基本的測量工具之外，還可以拋出這樣一個問題：如何利用三極管的測量插座來進行測量？在思考了圖示儀的基本原理即“提供一定范圍的線性掃描電壓作橫坐標，用來觀察在此電壓作用基礎(chǔ)上的器件上的電壓”之后，這一問題也就可迎刃而解了。

當(dāng)然課上所教授的儀器不止于以上，所舉的這些例子也只是提出一條主線教學(xué)的例子。當(dāng)把這個例子，或者類似的例子舉出來之后，試想如此一只小小的LED都有如此之多的用法，這樣就可以盡量引起學(xué)生們對實際電子產(chǎn)品及儀器儀表使用的興趣。而且相對于其它儀器設(shè)備而言，用LED來搭建電路不但簡單，而且價格便宜，實驗現(xiàn)象也很明顯。

那么回到正題上來，當(dāng)學(xué)生的興趣已經(jīng)得到激發(fā)，那么接下來大學(xué)生應(yīng)該具備什么樣的動手能力就擺在了桌面上。然而對于教師來說，這個問題就變成了“我們能教給學(xué)生什么樣的動手能力”。在馬克恩主義哲學(xué)中曾經(jīng)提到：不掌握理論，聯(lián)系實際就是一句空話；理論掌握不好，就不懂得如何去認識和把握實際，也就談不上理論與實踐相統(tǒng)一。這句話對于大學(xué)生來說，也常常反映了其學(xué)習(xí)方向的一個極端：一切以動手為主，拿到實驗電路圖，就開始“按圖索驥”，以為只要按照參考電路圖將電路搭建完畢，一切結(jié)果就應(yīng)該“立竿見影”。這樣的學(xué)生假以時日，就成為了一名“合格”的“裝配工”。但只要實驗內(nèi)容出了一點點變化，學(xué)生將變得不知所措，究其原因：學(xué)生不知道在自己搭建的電路上出了什么問題。而幫助其解決問題的同學(xué)有時候也是一知半解。

下面還有一例是在進行電路設(shè)計中出現(xiàn)的問題，一位同學(xué)結(jié)合在模擬電路及單片機課上所學(xué)習(xí)的知識，打算選用BJT3904做一個可控開關(guān)來控制一組LED。如圖2所示。程序的編寫非常順利，聯(lián)合調(diào)試之后也可以正常工作，但所用的BJT3904三極管很燙。由于當(dāng)時正在上相應(yīng)的儀器儀表的使用，剛好講到晶體管特性圖示儀一節(jié)，講解檢查BJT三極管與LED二極管特性曲線的測繪，他就將這個問題提了出來，并給出了上面的電路圖來進行說明，由于1只LED的電流約為20mA，則4只LED的電流上總共流過的電流為IC=4×20＝80mA，選取的R為10kΩ，則可以得到基極電流IB＝(5－0.7)/10＝0.43mA，那么只需選取β＝80/0.43≈186以上的管子就可以正常工作，而3904的放大倍數(shù)可以輕松達到這個數(shù)字。利用晶體管特性圖示儀可以清楚的測得放大倍數(shù)在200以上，從測量結(jié)果上來說是不存在什么問題的。

圖2

在下課之后，在網(wǎng)絡(luò)上查閱了BJT3904的相關(guān)資料，我們發(fā)現(xiàn)直流電壓增益(hFE)β不僅僅與溫度有關(guān)，還與集電極電流IC有關(guān)，其曲線如圖3所示，當(dāng)集電極電流超過80mA時，β值迅速下降至60左右，這樣就導(dǎo)致IB＞80/60＝1.5mA，所以R＜(5－0.7)/1.5≈2.87kΩ，于是將R更換，問題解決。

圖3

通過以上LED相關(guān)的例子我想說明的是：作為現(xiàn)代大學(xué)生，其動手能力十分重要，但僅僅利用所學(xué)習(xí)的知識，有時僅能做到一知半解。就像上面的例子一樣，在課堂上所學(xué)習(xí)的知識能解決的僅是基本的電路，但在實現(xiàn)的時候多數(shù)電路都會有一定的變形，那么就需要對其進一步的了解，比如相關(guān)的資料查找、識圖能力，相關(guān)的元器件的測量與檢測，配套的儀器儀表的使用等等。

綜上所述，一只小小的LED折射出來的不僅僅是我們現(xiàn)在的學(xué)生動手能力有待提高，而且可以指出這些能力所獲得的途徑。我們需要的大學(xué)生所具備的動手能力，但不僅僅是動手，而且要可以手腦并用，可以自行去獲得解決問題的方法，我們所需要的是可以解決問題的“現(xiàn)場工程師”，而不是在流水線上安放元件的“裝配工”。作為教師我們所做的工作用一句中國的成語來說，就是“授人以漁”。但這并不僅僅是一個開始，老師給學(xué)生的不僅僅是“漁”，而且需要的學(xué)生自己培養(yǎng)“漁獵”的技巧，很多問題都是在大量動手練習(xí)中發(fā)現(xiàn)的。只有這么做了，才真正地意味著大學(xué)生綜合實踐能力的提高。

[1]周淑閣.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2004:51.

[2]任杰.談?wù)凚JT與MOSFET的開關(guān)特性[J].電子報,2012,6:78-82.