辯證法下的模擬電子技術(shù)課程教學(xué)

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模擬電子技術(shù)課程中蘊涵著豐富的辯證唯物主義思想。本文通過分析部分辯證法思想，并將其與模擬電子技術(shù)相關(guān)知識點相結(jié)合，不僅能夠使學(xué)生對課程知識有更加深刻的理解，還能培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維能力，更重要的是塑造其辯證唯物主義的科學(xué)世界觀。教學(xué)的目的不僅僅是讓學(xué)生掌握知識，更要培養(yǎng)學(xué)生思維的方式與終身學(xué)習(xí)的能力。在人工智能，計算機技術(shù)以日新月異的速度改變我們的生活的今天，培養(yǎng)學(xué)生一種宏觀的思維方式以使之勝任未來的工作與競爭變得越來越重要。唯物辯證法是一門關(guān)于自然，社會和人類思想發(fā)展的一般規(guī)律的科學(xué)，是人們理解和改造世界的基本方法。模擬電子技術(shù)是一門自然科學(xué)基礎(chǔ)課程，蘊含著豐富的辯證法的思想，如量變引起質(zhì)變，事物的普遍聯(lián)系等等。如果在教學(xué)中，有機的將課程內(nèi)容與辯證法思想結(jié)合，教會學(xué)生以辯證法的更宏觀的視角來審視模擬電子技術(shù)中的內(nèi)容，就會使學(xué)生擺脫“只見樹木”的狹隘，達到“窺見森林”的高度。長遠來看，這更能培養(yǎng)學(xué)生以辯證法的視域分析問題，解決問題的能力，從而逐步樹立辯證唯物主義的科學(xué)世界觀。

1量變是質(zhì)變的必要準(zhǔn)備，質(zhì)變是量變的必然結(jié)果

唯物辯證法指出：事物的變化首先從大小、規(guī)模、速度等量的方面開始。當(dāng)量的變化達到一定的程度就會引起事物質(zhì)的變化。在《模擬電子技術(shù)》課程中，有許多內(nèi)容包含這一思想。我們以方波產(chǎn)生電路為例進行分析。在圖1所示的方波產(chǎn)生電路中，設(shè)輸出電壓偏于正飽和值。此時，電壓比較器同相端的電壓是+FVZ（F是正反饋系數(shù)），輸出電壓按指數(shù)規(guī)律向C充電建立加在反向端的電壓。電容C被充電的過程就是電路“量變”的過程。當(dāng)這種“量變”不斷地積累，vc略大于+FVZ時，輸出電壓便立即從正飽和值迅速翻轉(zhuǎn)到負飽和值，“量變”達到了引起“質(zhì)變”的效果。此時，－VZ又對C進行反向充電，新一輪的“量變”開始。當(dāng)vc略負于－FVZ時，輸出狀態(tài)再次翻轉(zhuǎn)回來，“量變”又達到了引發(fā)“質(zhì)變”的效果。如此循環(huán)，“量變”不斷引發(fā)“質(zhì)變”，形成一系列方波輸出。

2現(xiàn)象與本質(zhì)

唯物辯證法中指出，本質(zhì)是事物的根本性質(zhì)，是事物的形成所依賴的種種要素之間的內(nèi)部的連結(jié)。現(xiàn)象是事物的外部聯(lián)系與表面特征，它外在地表現(xiàn)了事物的本質(zhì)。模擬電子技術(shù)課程中許多電路會在工作過程中發(fā)生變化。但是，引起變化的根本原因卻是不變的。我們以遲滯比較器為例。如圖3所示，遲滯比較器電路中關(guān)鍵在于分析門限電壓的值。其本質(zhì)就是，當(dāng)vi>vp時，運算放大器工作在飽和工作狀態(tài)，vo由高電平跳變到低電平，當(dāng)vi<vp時其工作在負飽和工作狀態(tài)，vo由VL跳變到VOH。我們從零時刻開始討論，此時vo=VOH，上門限電壓有效。當(dāng)vi從零開始向正方向逐漸增加，到接近vp=VT+前，vo一直保持vo=VOH不變。當(dāng)vi繼續(xù)增加到略大于vp=VT+時，運算放大器由負飽和工作狀態(tài)進入飽和工作狀態(tài)，vo由VOH跳變到VOL，vp下跳到vp=VT－。同理，可以分析vi減小的情況。圖4所示的傳輸特性曲線給我們一種比較復(fù)雜的表象。但是當(dāng)我們把握住了其變化的本質(zhì)之后，分析起來就比較容易。通過這種不斷教會學(xué)生把握本質(zhì)的能力之后，就會使學(xué)生達到“變中求不變，以不變控變”的高度。

3內(nèi)因是變化的根據(jù)，外因是變化的條件

唯物辯證法認為事物的內(nèi)部矛盾是事物自身運動的動力，是事物發(fā)展的根本原因，外部矛盾是事物發(fā)展、變化的第二位的原因。內(nèi)因是事物的內(nèi)部矛盾，外因是事物的外部矛盾。將該原理運用到模擬電子技術(shù)課程的分析中，比如：（1）場效應(yīng)管具有放大的作用，這是由于它自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和構(gòu)成材料決定的，場效應(yīng)管是電壓控制器件，具有輸入電阻大、溫度穩(wěn)定性較好等特點，這些是其可用于放大的內(nèi)因。但場效應(yīng)管在放大電路中實現(xiàn)放大作用也需要一定的外部條件，要在場效應(yīng)管的柵源之間加上適當(dāng)?shù)钠秒妷海⒈ＷC柵極與源極之間的電壓大于開啟電壓，同時也要設(shè)置合理的靜態(tài)工作點，使場效應(yīng)管偏置在飽和區(qū)等等。這些條件都是使場效應(yīng)管正常實現(xiàn)放大作用的外部條件，也就是外因。（2）運算放大器具有信號放大的作用，與它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及組成有關(guān)，它的電路內(nèi)部含有大量半導(dǎo)體三極管、電阻、電容等元件，這是內(nèi)因。但要使其穩(wěn)定地工作在線性區(qū)，需要引入深度負反饋，這是其具有穩(wěn)定放大作用的外因。這兩個例子充分反映了內(nèi)因是變化的根據(jù)，外因是變化的條件，外因通過內(nèi)因而起作用。

4事物的普遍性與特殊性

事物的普遍性即共性，事物的特殊性即個性。兩者互相交融，辯證統(tǒng)一，不可分割。同樣，用這一辯證思想理解課程內(nèi)容。比如，在場效應(yīng)管中，不論是MOSFET還是JFET，都具有場效應(yīng)管的共性：（1）場效應(yīng)管是一種多子器件，具有熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強等特點；（2）場效應(yīng)管的直流輸入阻抗很高；（3）場效應(yīng)管是一種電壓控制器件，通過輸入電壓的改變控制輸出電流；（4）MOSFET和JFET的轉(zhuǎn)移特性均為拋物線關(guān)系（如圖5所示）。這些都很好的體現(xiàn)了事物具有普遍性這一觀點。再來看個性。MOSFET與JFET的器件結(jié)構(gòu)不同，它們之間存在著差異，比如：（1）MOSFET比JFET的輸入阻抗高；（2）MOSFET是利用柵源電壓的大小來改變半導(dǎo)體表面感應(yīng)電荷的多少，從而控制漏極電流的大小，而JFET是利用PN結(jié)反向電壓對耗盡層厚度的控制來改變導(dǎo)電溝道的寬窄來控制漏極電流的大?。唬?）MOSFET有增強型器件和耗盡型器件，而JFET一般是耗盡型的器件。（4）JFET具有低噪聲的特點，因為其導(dǎo)電過程發(fā)生在半導(dǎo)體材料的體內(nèi)，而MOSFET導(dǎo)電過程發(fā)生在半導(dǎo)體表面薄層內(nèi)。從事物的普遍性與特殊性兩方面去了解學(xué)習(xí)，有助于我們對事物有更加深入的認識。

5總結(jié)

唯物辯證法是認識世界和改造世界的根本方法，具有超越時空的特點。恩格斯認為“自然科學(xué)家可以采取他們想采取的立場，但仍必須以哲學(xué)為主導(dǎo)。唯一的問題是，他們是否準(zhǔn)備好被蹩腳的和時髦的哲學(xué)所統(tǒng)治，或者他們是否愿意被一定的知識歷史和基于其成就的理論思維所支配。”我們的教育要面向世界，面向未來，要能讓學(xué)生在未來激烈的國際競爭性中依然占有優(yōu)勢。這就要求我們在傳授學(xué)生知識的同時，要耳濡目染地培養(yǎng)他們以辯證法的更宏觀的眼光看待問題，處理問題的能力。只有這樣，打破傳統(tǒng)教學(xué)方式的禁錮，我們的學(xué)生才會具有更高超的處理問題的能力，才會更能經(jīng)得起國際比較。

作者：馬草原 郭豐碩 李夢曉 楊振寧 高釘 單位：中國礦業(yè)大學(xué)電氣與動力工程學(xué)院