基于任務驅動法的“模擬電子技術”教學實踐

臧利林， 魏愛榮， 朱文興

(山東大學 控制科學與工程學院， 山東 濟南 250061)

0 引言

“模擬電子技術”是大學本科自動化、電氣工程與自動化、生物醫學工程等工科專業的一門重要專業基礎課，也是必修主干課程。在我校，該課程在大學本科二年級下學期開設，理論授課為48個學時，在整個專業課程體系中具有重要的地位[1]。該課程涉及的知識點繁多，器件種類和電路結構變化多樣，概念方法差異較大，在教學任務重、課時少的背景下，傳統的“灌輸式”教學模式已經滿足不了實際的教學要求，教學效果和教學質量的提升遇到了瓶頸。為了達到更好的教學效果，筆者及其團隊教師轉變教學理念，改進教學方法，在中國大學MOOC平臺上建設了本課程的線上學習內容，實現了線上線下學習的結合，為了進一步提升學生探索能力和創新意識，結合教學過程中發現的問題，筆者采用任務驅動法進行教學設計，課上課下緊密融合，切實提高本課程的授課質量，使學生最大化受益，實踐證明，基于任務驅動法的教學方式大大提高了學生探知、創新的能力，教學效果提升顯著。

1 任務驅動法

任務驅動教學方法是一種基于構建主義學習理論上的教學法，它主張改變以傳授知識為主的常規教學理念，采取以解決問題、完成任務為主的多維交互式的教學模式[2,3]。該教學模式的特點是“以教師為導向，以學生為主體”，符合當下先進的教學理念。因此，如何將任務驅動法與“模擬電子技術”課程進行緊密聯系，建立先進、實用的教學內容和教學體系是筆者及其團隊教師長期考慮的教改課題。

在十多年的電子技術教學過程中，筆者不斷改進教學方法，總結教學過程中發現的難點和重點，通過調研和數據統計方式掌握疑難頻次較高的知識點，以數據為基礎，分門別類，采用不同的教學方法，把難點和重點細化分解，并結合仿真軟件、實驗實踐設計在一個或者幾個任務中，學生通過個人或者團隊的形式進行理論分析、實驗探知，設計實施方案，完成整個任務要求。在整個任務的實施過程中，教師從課堂上的講解者轉變為學生探知過程中的引導者，教師引導學生對線上、線下課程資源的學習，同時，當學生遇到困難時能夠給予指導，并注重因材施教，挖掘學生潛能，提高創新意識和創新能力；學生從被動接受的學習模式轉變為主動探知的學習模式，在執行任務的過程中掌握了知識點，并大大提升了對“模擬電子技術”課程學習的興趣，實現了與模擬電子技術千變萬化的快速發展相適應的學生能力培養需求。

2 任務驅動法的實施

2.1 任務目標

任務驅動教學法需針對課程教學目標設計任務，將知識點、能力培養蘊含在教師設計的任務中，通過任務的完成，使學生掌握知識，提高探索和創新能力，從而提升教學質量和教學效果。根據教學大綱要求，筆者結合十多年的教學經驗，將“模擬電子技術”課程的重點知識點分成九個任務，如表1所示。在每個任務(知識點)中，筆者基于BOPPPS方法進行了教學設計，明晰了知識點、學習目標、任務分解和實施過程以及總結和體會等，并針對不同層次的學生，在任務驅動下探索內容以及在縱向深度上給予不同要求和分類指導，旨在培養學生的自我探索精神，提高學習興趣，引導創新意識。

表1 課程知識點-任務表

由三極管組成的共射極基本放大電路是“模擬電子技術”課程中重要的內容，掌握好基本放大電路工作原理及其應用是本章教學的重要目標，也是后續學習功率放大電路、反饋放大電路等內容的基礎。“失真”分析是基本放大電路的重要內容之一，對于正確理解放大電路工作原理和設計穩定的電路具有重要的影響，但教師因受到教學學時的限制，在講解過程中，往往被忽略或簡略的講一下，該部分也是筆者在多年教學過程中感受到學生有疑問頻次較多的內容。

以“基本放大電路的非線性失真分析”任務為例，該知識點的學習目標是能夠正確分析電路的輸出波形產生失真的原因和消除方法，培養學生利用已學知識分析和設計放大電路的能力。依據上述教學目標，設計的任務包括以下三個方面：①探索基本放大電路失真產生的原因、失真的類型；②如何改變電路參數消除失真，并探索消除失真的最佳方法；③在正確理解“失真”的基礎上，探索如何獲得最大不失真幅度。

2.2 任務實施過程控制

1)任務一：失真產生的原因

任務一使學生掌握課堂講授的理論知識，通過該項任務的完成，學生將課堂聽到的知識轉化為自身總結、收獲的內容，在明晰理論推導和理解電路工作原理的基礎上，通過仿真實驗的方式驗證課堂所獲。如圖1為某學生在本項任務中使用的共射極放大電路。

圖1 共射極放大電路

如果放大電路的靜態工作點Q設置不合適，晶體管進入截止區或飽和區工作，將造成非線性失真。若Q設置過高，晶體管進入飽和區工作，造成飽和失真。如圖2、3所示，從電路的輸入信號和輸出信號，學生能夠掌握電路工作過程和波形的產生原因，畫出原理示意圖，從而理解了失真產生的類型，掌握了飽和失真和截止失真產生的原因。

圖2 飽和失真原理示意圖

圖3 截止失真原理示意圖

Multisim是我校講授和使用的EDA工具，在任務一中，要求學生通過仿真實驗驗證理論結果，深入掌握知識點的同時，熟練使用EDA工具，提高了學習興趣和積極性[4]。圖4為仿真過程中的飽和與截止失真波形，學生只需更改Rb、Rc等元器件參數就可以看到動態變化的輸入輸出波形之間的關系。

(a)飽和失真輸出波形

(b)截止失真輸出波形圖4 飽和與截止失真輸出波形

2)任務二：消除失真的方法

通過理論分析，改變參數可以消除飽和失真和截止失真，通過課堂上的理論講解，學生們理解了失真消除的原理，但大部分學生對此半信半疑，而通過硬件箱做實驗的方法不能任意的改變器件參數而受限，任務二中要求通過Multisim仿真的實驗方法，改變器件參數觀察波形，驗證理論結果，同時探索器件參數對靜態工作點調整的靈敏度，發現消除失真的最有效方法。在圖1所示的電路中，在Multisim中調整滑動變阻器Rb、Rc很容易觀察到消除截止失真和飽和失真的過程，同時發現，改變Vcc在消除飽和失真中的作用并不明顯。學生在改變元器件參數，觀察輸出波形的過程中，更容易吸收課堂授課內容，對知識點有了更加深入、清晰的認識和掌握。

3)任務三：如何獲得最大不失真幅度

最大不失真輸出電壓參數計算是學生需要掌握的難點，也是考試中學生出錯頻次較高的知識點，課堂上的理論教學比較枯燥，不易理解。為了讓學生掌握這一知識點，任務三通過Multisim仿真實驗的方法要求學生驗證獲得最大不失真幅度的理論計算方法，通過數據比較和波形分析扎實理解和掌握學習內容，同時培養學生掌握正確的科學思維方法和科學研究方法。

最大不失真輸出電壓的計算方法如圖5所示，在靜態工作點的上方，最大輸出電壓峰值為UCEQ-UCES，在靜態工作點下方，最大輸出電壓峰值為ICQ(RC//RL)。在圖1所示的電路中，在Multisim中設定Rb為300kΩ不變，調整Rc以及輸入信號大小很容易獲得最大輸出不失真電壓峰值，通過理論計算與仿真結果比較，學生很容易理解和掌握了該難點知識。

圖5 最大不失真幅度示意圖

2.3 體會與總結

任務完成后，要求學生撰寫任務執行過程中的體會和總結，對過程中遇到的問題、解決的問題進行歸納，對課堂上的理論所學和課下自身的探究所獲進行對比，學生從個人不同的角度表達了自身的心得體會。通過完成該任務所獲得的體會與總結，教師可以觀察、類比學生的表現，對不同層次的學生進行因材施教，使學生積極參與探索研究性項目，提高學生的學習興趣和創新意識。

3 結語

“模擬電子技術”是工科電類專業的必修基礎課程，在學生后續專業課程學習和工作中具有重要的影響，如何保證教學質量，提升教學效果十分重要，也是筆者及其團隊教師孜孜以求的目標。本文圍繞“任務驅動法”設計“模擬電子技術”教學內容和教學方法，并以“基本放大電路的非線性失真分析”這一知識點為例，詳細介紹了在教學過程中采用任務驅動法的實施過程。在教學實踐過程中，100%的學生反映該教學方法使得模擬電子技術課程的學習更加簡單，獲得的課程知識最全面、最深刻，該課程也受到學生的歡迎和好評。

課堂實施效果表明，采用任務驅動法精心設計的教學內容，能夠使學生在完成任務的過程中更加深刻的掌握了學習內容，提高了發現、分析、解決問題的能力，在整個探知過程中，激發了學生對該課程的學習積極性和主動性，培養了學生對電子技術及專業課程的興趣和獨立自主的創新能力，在教學過程中值得廣泛推廣使用。