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(yùn)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(shí)點(diǎn)相結(jié)合，不僅能夠使學(xué)生對(duì)課程知識(shí)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(shí)，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(jì)算機(jī)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(jìng)爭(zhēng)變得越來越重要。唯物辯證法是一門關(guān)于自然，社會(huì)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(yùn)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(jī)的將課程內(nèi)容與辯證法思想結(jié)合，教會(huì)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(huì)使學(xué)生擺脫“只見樹木”的狹隘，達(dá)到“窺見森林”的高度。長(zhǎng)遠(yuǎn)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(dá)到一定的程度就會(huì)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(jìn)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(shí)，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(shí)，輸出電壓便立即從正飽和值迅速翻轉(zhuǎn)到負(fù)飽和值，“量變”達(dá)到了引起“質(zhì)變”的效果。此時(shí)，－VZ又對(duì)C進(jìn)行反向充電，新一輪的“量變”開始。當(dāng)vc略負(fù)于－FVZ時(shí)，輸出狀態(tài)再次翻轉(zhuǎn)回來，“量變”又達(dá)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)?，F(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(huì)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(shí)，運(yùn)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(shí)其工作在負(fù)飽和工作狀態(tài)，vo由VL跳變到VOH。我們從零時(shí)刻開始討論，此時(shí)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(shí)，運(yùn)算放大器由負(fù)飽和工作狀態(tài)進(jìn)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(huì)學(xué)生把握本質(zhì)的能力之后，就會(huì)使學(xué)生達(dá)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(rèn)為事物的內(nèi)部矛盾是事物自身運(yùn)動(dòng)的動(dòng)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(yùn)用到模擬電子技術(shù)課程的分析中，比如：（1）場(chǎng)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(chǎng)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(diǎn)，這些是其可用于放大的內(nèi)因。但場(chǎng)效應(yīng)管在放大電路中實(shí)現(xiàn)放大作用也需要一定的外部條件，要在場(chǎng)效應(yīng)管的柵源之間加上適當(dāng)?shù)钠秒妷?，并保證柵極與源極之間的電壓大于開啟電壓，同時(shí)也要設(shè)置合理的靜態(tài)工作點(diǎn)，使場(chǎng)效應(yīng)管偏置在飽和區(qū)等等。這些條件都是使場(chǎng)效應(yīng)管正常實(shí)現(xiàn)放大作用的外部條件，也就是外因。（2）運(yùn)算放大器具有信號(hào)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(fù)反饋，這是其具有穩(wěn)定放大作用的外因。這兩個(gè)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(gè)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(chǎng)效應(yīng)管中，不論是MOSFET還是JFET，都具有場(chǎng)效應(yīng)管的共性：（1）場(chǎng)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(qiáng)等特點(diǎn)；（2）場(chǎng)效應(yīng)管的直流輸入阻抗很高；（3）場(chǎng)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(diǎn)。再來看個(gè)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(duì)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??；（3）MOSFET有增強(qiáng)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(diǎn)，因?yàn)槠鋵?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(duì)事物有更加深入的認(rèn)識(shí)。

5總結(jié)

唯物辯證法是認(rèn)識(shí)世界和改造世界的根本方法，具有超越時(shí)空的特點(diǎn)。恩格斯認(rèn)為“自然科學(xué)家可以采取他們想采取的立場(chǎng)，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(shí)髦的哲學(xué)所統(tǒng)治，或者他們是否愿意被一定的知識(shí)歷史和基于其成就的理論思維所支配?！蔽覀兊慕逃嫦蚴澜?，面向未來，要能讓學(xué)生在未來激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)性中依然占有優(yōu)勢(shì)。這就要求我們?cè)趥魇趯W(xué)生知識(shí)的同時(shí)，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(huì)具有更高超的處理問題的能力，才會(huì)更能經(jīng)得起國(guó)際比較。

作者：馬草原 郭豐碩 李夢(mèng)曉 楊振寧 高釘 單位：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)電氣與動(dòng)力工程學(xué)院