醫學電子學基礎教學內容分析

唐碧華　賀兵　鄭尚彬　朱淵

摘 要：教學內容分析是教學設計的一個重要步驟。以醫學電子學基礎教材中的內容為例，進行教學內容分析。教學內容分析應以教學目標為基礎，其基本方法包括層級分析法、圖解分析法、歸類分析法、對比分析法等。通過對教學內容合理安排、精心設計，使學生對知識點的理解更透徹，最終使課堂教學更有效。

關鍵詞：醫學電子學基礎；教學內容；分析方法

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）03-0095-02

隨著電子儀器和電子技術在現代醫療儀器中的廣泛應用，醫學生學習電子學基本知識的要求日益迫切，醫學電子學基礎這門課程迅速發展起來。醫學電子學基礎是醫學影像技術專業的一門專業基礎課，其特點是結合醫學影像設備的技術發展和實際應用，研究醫學信號的檢測、處理、顯示與記錄等。醫學電子學基礎是以物理學的理論知識為基礎，應用一定的方法去解決臨床中遇到的電子技術問題，并為之提供技術手段和設備的學科。隨著醫學影像技術的發展，醫學電子學基礎不斷得到充實和完善，所涉及的范圍很廣，包括電路基礎、放大器的基本原理、生物醫學常用放大器、集成運算放大器；還包括直流電源、振蕩電路、高頻電路、門電路與組合邏輯電路、觸發器及時序邏輯電路；另外還涉及到A/D與D/A轉換器以及醫用儀器干擾的抑制和安全用電等[1]。各類儀器設備中的電子線路各不相同，功能各有所長，能提供精確的信息，幫助醫生做出確切的診斷和治療[2]。通過該課程的學習，不僅可以使學生掌握有關醫學電子學的基礎知識、基本理論和方法，了解現代醫學儀器設備的工作原理、相關技術，還能培養學生的動手操作能力和邏輯思維能力。

教學內容是指為實現教學目標，要求學習者系統學習的知識、技能和行為經驗的總和[3]。為保證醫學電子學基礎教學目標和教學活動的順利進行，需要進行教學內容分析。教學內容分析應以教學目標為基礎，明確規定教學內容的范圍、深度以及教學內容各要素之間的聯系，這樣才能達到最優化的教學效果[4]。分析教學內容的基本方法包括層級分析法、圖解分析法、歸類分析法、對比分析法等。本文以醫學電子學基礎教材中的內容為例，進行教學內容分析。

一、層級分析法

層級分析法是將一個復雜的教學目標作為一個系統，分解為多個子目標，按照分解、比較、綜合的思維方式進行設計。整個設計中的各個要素相互聯系，都會對結果產生影響。層級分析法是一種對教學內容進行從屬技能的分析方法，也是一個逆向分析的過程。在層級分析中，各層次的知識點具有不同的難度等級。越往上層，知識點越難；越往底層，知識點越易。

在學習晶體三極管內容時，教學目標要求掌握晶體三極管的工作原理，可用層級分析法進行分析，內容定為6個等級。第6級為晶體三極管的工作原理。該級要求學生理解晶體三極管是一種電流控制元件，這種控制作用是依靠電流分配關系實現的。第5級為晶體三極管的輸入、輸出特性曲線。輸入特性曲線是指信號輸入回路中，當集-射極電壓為常數時，基極電流與基-射極電壓之間的關系曲線。輸出特性曲線是指當基極電流一定時，集電極電流與基-射極電壓之間的關系曲線。第4級為晶體三極管的電流放大作用。以NPN型三極管為例，分析三極管電流分配和電流放大作用。發射區向基區擴散電子，形成發射極電流；電子在基區擴散和復合，形成基極電流；集電區收集從發射區擴散過來的電子，形成集電極電流。第3級為晶體三極管放大的偏置條件。通過外部電源和電阻提供適當的直流偏置電壓，使三極管的發射結正向偏置，集電結反向偏置。第2級為晶體三極管的結構。三極管由同一塊半導體上兩個PN結構成。根據這兩個PN結排列方式的不同，分為PNP型和NPN型兩種。同時介紹晶體三極管的內部要求。第1級為對PN結的認識，這一層是最基礎的知識點。

層級分析法容易理解，但實施操作起來較難。其要求教學設計者熟悉教學背景、教學內容，分清楚知識點的主次關系，了解教學對象的原有基礎能力等，才能保證層次結構的合理性。如果所選教學內容的要素不合理，知識點的拓展延伸性弱，其含義混淆不清，或各要素之間的從屬關系不正確，都會降低層級分析法的結果質量，甚至導致層級分析法教學內容設計的失敗。

二、圖解分析法

圖解分析法是把教學內容用圖示的方法直觀的呈現出來，可用直線、曲線、箭頭、表格或符號等，把教學內容各要素相互聯系起來，用于對認知教學內容的分析。圖解分析法容易抓住要領，簡明扼要，能從邏輯上高度概括教學內容。

分析基本放大電路的靜態工作點和動態過程時，選用圖解分析法較好。在講解靜態工作點，即輸入回路直流參數時，因它們同時滿足輸入特性曲線方程和輸入回路直流負載線方程，所以從理論上講，聯立這兩個方程就能解出直流參數。但若用圖解分析法，這組方程的解必然對應輸入特性曲線和輸入回路直流負載線的交點，所以只需要作出曲線圖，找到這個交點，就可以確定。同理，若要找到輸出回路直流參數時，只需找到輸出特性曲線和輸出回路直流負載線的交點。用圖解法也可以輕松分析動態過程。例如在交流輸入條件下，當基極電流增加時，輸出特性曲線與交流負載線的交點上移，因而集電極電流將增加，集-射極電壓則減小；當基極電流減小時，輸出特性曲線與交流負載線的交點下移，因而集電極電流將減小，集-射極電壓則增加。這部分內容用圖解法講解，學生更容易理解。在醫學電子學基礎教學過程中，常常會遇到一些比較復雜，學生難于理解的內容，如果教師能在講解的時候輔以適當的簡圖，就能達到啟發學生思路的目的，以及培養學生分析問題的能力。

三、歸類分析法

歸類分析法需要根據教學目標和所涉及事物的屬性或特征，按照一定的標志將其共同點或差異點分別歸入某一組內，使之條理化、系統化，以利于對總體進行分門別類。歸類分析法是研究對有關教學信息進行分類的方法，旨在鑒別為實現教學目標所需學習的知識點。可按照知識點的種類、等級或性質分別歸類。確定分類方法后，可用圖示或列提綱，把實現教學目標所需學習的知識歸納成若干方面，從而確定教學內容的范圍。

在晶體二極管及其特性這部分內容中，教學目標要求學生了解二極管的種類。二極管的種類有很多，用歸類分析法較好。按照所用的半導體材料，可分為鍺二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）。根據二極管的不同用途，可分為穩壓二極管、檢波二極管、開關二極管、整流二極管等。按照二極管的管芯結構，可分為點接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。按照歸類分析法，學生對二極管的種類有更清楚的認識。在歸類過程中，可以事先給出一個分類的標準，研究對象在某方面有很大的相似性歸為一類，即從大量的信息中尋找內在的聯系。學生對有規律的知識點更容易理解和記憶。

四、對比分析法

對比分析法也稱比較分析法，是把教學內容各部分、各要素提取出來，加以比較，以達到認識事物的本質和規律并做出正確的評價。對比分析法通常是把兩個有相互聯系的知識點進行比較。可以比較研究對象的數量多少、規模程度、水平高低、發展趨勢以及各種關系是否有效等。

設計增強型和耗盡型絕緣柵場效應管教學時，可用對比分析法。從結構上進行對比，增強型絕緣柵場效應管是在雜質濃度很低的P型硅片襯底上做出兩個高摻雜的N+區，源極與漏極之間有絕緣層；而耗盡型絕緣柵場效應管結構與增強型相似，區別在于耗盡型絕緣層中摻了大量正離子。從電極所處位置進行對比，增強型絕緣柵場效應管的電極，即源極、漏極和柵極的位置與耗盡型一致。從符號上進行對比，增強型絕緣柵場效應管符號表示溝道的一條線是虛線，而耗盡型符號的對應位置是實線表示，符號其余部分表示都一樣。從柵源電壓為0時進行對比，增強型絕緣柵場效應管在柵源電壓為0時，無導電溝道，無論漏源電壓的正負及大小如何，漏極和源極間都不會產生漏極電流；而耗盡型在柵源電壓為0時，也有導電溝道，在適當的漏源電壓作用下，漏極和源極之間就會產生漏極電流。從轉移特性曲線上進行對比，增強型絕緣柵場效應管與耗盡型的轉移特性曲線類似，都是隨著柵源電壓的增大而增大；但增強型的柵源電壓從開啟電壓開始，而耗盡型的柵源電壓從夾斷電壓開始。從輸出特性曲線上進行對比，增強型絕緣柵場效應管與耗盡型的輸出特性曲線基本相同，但兩者之間還是有區別，增強型的僅在柵源電壓大于開啟電壓時，才有漏極電流；而耗盡型只需要柵源電壓大于夾斷電壓，就有漏極電流。總之，通過對比分析可知，增強型絕緣柵場效應管和耗盡型絕緣柵場效應管的原理相似，但兩者襯底和摻雜區的類型及電源極性相反，它們的轉移特性和輸出特性曲線也有差異。通過對比分析法，學生對這部分知識的理解將更透徹，能達到教學目標所要求的知識的廣度和深度。

通過對醫學電子學基礎教學內容分析可知，教學前對教學內容分析方法的選擇需引起足夠的重視。如果缺乏對教學目標的理解，沒有全面深透地分析教學內容，則無法得到科學的教學設計方案[5]。因此應重視醫學電子學基礎教學內容分析。醫學電子學基礎對于醫學生來說絕不是一門短時間內就能夠掌握的學科。這門學科所涉及的知識面很多，它們相互聯系。作為初學者，首先要從整體上對這門課程的內容進行了解。教師應積極引導學生逐步提高對這門學科的興趣，提高學生發現問題、解決問題的能力。醫學電子學發展非常迅速，應緊跟科技發展的步伐，對教學內容深入分析，使知識結構更明晰，重點更突出，最終實現教學目標。

參考文獻

[1]陳仲本.醫學電子學基礎[M].北京：人民衛生出版社，2014.

[2]李剛，林凌.生物醫學電子學[M].北京：北京航空航天大學出版社，2014.

[3]何榮杰，張艷明.課堂教學設計[M].北京：北京郵電大學出版社，2014.

[4]（美）R.M.加涅.教學設計原理[M].皮連生譯.上海：華東師范大學出版社，1999.

[5]史貴連，葉福麗.醫學電子學課程體系學案的設計[J].中國西部科技，2014，13（11）：93-94.