试论中学劳动技术晶体三极管的电流放大教学策略

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  摘要:针对中学劳动技术学科晶体三极管电流放大教学难点,在分析晶体三极管电流放大教学现状、课程标准对三极管教学要求基础上,提出了“兴趣法导新课”、互动法会“安装”、直观法知“放大”、支架法能“迁移”的晶体三极管的电流放大教学策略。
  关键词:劳动技术;晶体三极管;电流放大;教学策略
  中图分类号:G4文献标识码:A文章编号:(2020)-26-365
  一、中学劳动技术三极管电流放大教学现状
  晶体三极管是非常重要的一个元器件,它引起的技术革命对社会产生的巨大推动作用和深远的影响在历史上屈指可数。可以说它是构建了现代信息社会的基础,奠定了现代电子技术的基础,揭开了微电子技术和信息化的序幕,还开创了人类的硅文明时代,生活中用的手机、电脑等大量电子产品芯片里面离不开三极管,晶体三极管的发明者-三位美国物理学家肖克利、巴丁和布拉顿还获得了1956年诺贝尔物理学奖,因此晶体三极管的教学对学生教育有重要的教育意义。
  晶体三极管在初中和高中电子教材中都有提及。可是由于其本身的特殊性,两种型号,结构复杂,三个工作区等,相较于其它元件来说学生普遍觉得学习上有困难。三极管有两种型号,外型上无法分辨,如果通过万用表测量,会涉及三极管核心结构PN结知识点,这部分内容很枯燥,但如果不讲,在后续的三极管放大原理学习时就无法讲清。何时讲,怎么讲,讲到什么深度值得深思。另外三极管在电路中具有电流放大和开关作用。在模拟电子电路中,它起放大作用,比如音乐门铃中的三极管工作在放大状态;在脉冲和数字电路中,它起开关作用,比如逻辑门电路、触发器中的三极管则工作在截止状态和饱和状态。怎样判断三极管处于放大状态还是开关状态,老师会尝试从电流放大原理进行分析,但由于现在大多学生相关物理知识的欠缺,所以即使花了很长时间去讲解,但学生通常还是一头雾水。
  二、中学劳动技术三极管电流放大教学现状分析
  通过教材分析,不难看出三极管教学方面有较多的细节内容,例如三極管的电路符号、引脚名称、电流放大、材料、分类、原理、应用电路、安装、制作等,对于教学来说,首先要思考“教什么”的问题,哪些该教,什么时候教,采用什么载体教,教师都应该要有系统性的思考。
  其次,从学情来说,还有一个教到什么程度的问题。三极管电流放大这知识点,是让学生去感受下就行了,还是要用万用表测电流变化,又或者是从电路原理上分析电流放大。再比如对于晶体三极管放大电路,是定位在安装制作层面,还是要定位在电路认识或是设计层面。定位不一样,结果会大不同,教的太深学生不理解,感到枯燥,教的太简单,他们会感到“吃不饱”,也会没劲。
  再次“怎样教”的问题,比如三极管引脚学生经常搞不清,怎样才能让学生记住它们的名称,这是教的问题?还有面包板上三极管电路安装,学生经常会搞不清断路、短路情况,这也是教的问题,劳动技术学科一直强调“做中学”,但做好后,学生学到了什么?是学会了模仿操作,还是掌握技术操作方法,这还是怎样教的问题。
  三、从 学科课程标准看三极管教学要求
  三极管电流放大教学中,教什么,教到什么程度以及怎么教,对于这些问题讨论,先得有一个依据,那就是学科课程标准,毕竟课标是教学的主要依据。《上海市中小学劳动技术课程标准》P41页有这么一段话,“建议通过安装、调试三极管放大电路等操作活动,了解三极管的电流放大作用,学习调试电路方法。可以从以下几个方面来理解晶体三极管教学
  1.它反映出三极管电流放大很多教学内容。要完成安装、调试三极管放大电路的操作活动,学生应该掌握什么,器件方面要会辨认三极管实物引脚吧,还要识读三极管电路符号和三极管电流放大安装图,甚至电路图吧,如果在面包板上安装、调试电流放大图还得会接插元件、不要短路、断路现象,总之和操作活动有关的一些知识、技术点都应该成为教学内容。
  2.它确定了初中三极管教学的重点内容,即三极管的电流放大作用。什么是电流放大,电流放大指的是基极微小电流变化,通常是微安级电流变化,会引起集电极大的电流变化,例如:这是一个晶体三极管,平面朝下,从左到右分别是发射极、基极和集电极,简称e、b、c,基极就像水管上的水阀,它的电流大小会改变集电极电流大小,这就是电流放大,基极电流变化会引起集电极电流变化,电流放大实质上是电流调节控制意思,电流是不能凭空产生的。
  那么电流放大的作用又指什么?这就得了解三极管的发明过程,当时马可尼在一次表演中提出一个问题,怎样提高无线电的通讯距离,这个问题被美国发明家德福雷斯特听到了,他花了大量的时间和精力,最终发明了世界上第一个真空三极管,即电子管,采用电流放大的办法将微弱无线电信号放大,由此可以看出,三极管电流放大的目的当时主要是为放大信号,就像这个话筒,之所以能把我的话放大,就是三极管在起信号放大作用,再比如我手上的这个呼吸灯,它也利用了三极管的电流放大作用,控制led变化。这样的例子还有很多。当然现在所用的不再是真空三极管,而是晶体三极管,晶体三极管是为克服真空三极管笨重、能耗大、寿命短,制造工艺也十分复杂等缺点,被美国物理学家肖克利、巴丁和布拉顿三位科学家发明的。
  3.明确了三极管电流放大的学习水平是“了解”,而不是理解。了解和理解不一样,如果是理解三极管电流放大作用那可能要从三极管内部原理,讲半导体材料材料、空穴、自由电子等,显然这太专业,超出了中学生认知水平。那“了解”是什么意思,这个词我们经常会用,我们会说了解下某班学生总人数、男生多少、女生多少,了解某个人的爱好、穿着打扮等,“了解”一般是通过五官去感受、观察获取事物的表面特性,以此类推,了解三极管电流放大作用应该指通过安装、调试三极管电流放大电路后,通过电路外在的表象去观察、体会三极管电流放大作用;如果还能将电流放大和生活技术问题联系起来,这就能达到了课标“学会调试三极管电流放大电路”的目标要求了。   四、晶体三极管的电流放大教学策略
  在分析晶体三极管教学现状、明确三极管教学要求后,笔者试着从以下几个方面构建晶体三极管的电流放大教学策略。
  1.兴趣法导新课
  初次接触三极管,大部分学生是陌生的,对三极管的发明、三极管的作用、三极管放大电路等几乎是空白的,加上电子技术的抽象性,而三极管有比电阻、电容这些两个引脚的器件多一个脚,每个引脚还有名字,也不能搞错,自然难度更高,所以激发学习兴趣就很重要,例如,可以通过这样一些小的趣味作品,引起学生兴趣,或是播放一段三极管放大作用应用的视频,又或是以一段三极管发明故事等开头导入新课,目的就是要激发学生学习兴趣。
  2.互动法会“安装”
  《课程标准》建议通过安装、调试等技术操作活动让学生了解三极管的电流放大作用,但教学发现,学生往往就是不知道如何安装,主要就是因为安装涉及到比较多的知识点和技术,一节课中有难以及时消化这么多的知识技术点,所以在安装环节,教师应该多指导,对一些关键、容易出错的地方多提醒,引起学生注意。例如要在面包板上安裝这个光控报警器电路,笔者会说“饭要一口口吃”,同样学习也要一步步来,提醒学生先以电路图为参考,在面包板上布好元件位置,安装三极管时,还要通过视频展台多制作几个错的安装例子让学生判断,目的是让学生自己得出正确安装方式;然后等大部分学生都把元件布好后,再提醒学生还是以电路图为依据,分集电极连线和基极依次连线,同样要与学生多互动,发现问题并一起解决问题。这样一来,时间长了,学生技术操作活动中的“流程”意识和解决技术问题的能力也会慢慢提高,这也是学科核心素养的重要内容。
  3.直观法知“放大”
  《课程标准》对中学劳技晶体三极管的电流放大作用学习水平定位在“了解”,而了解通常是指可通过听、看方式去感受学习的,因此,教学中应注意以直观形象的方式让学生了解三极管的电流放大作用。例如,教学以自感应电风扇模型为载体,设计教学活动,通过检测人与它之间的距离,来控制风速,让学生直观感受马达的转速是由电流大小决定的,这样学生就能理解什么是电流放大了,也能了解三极管的电流放大可以用传感器去控制大电流器件工作了。
  4.支架法能“迁移”
  劳动技术课以项目为载体,但完成一个具体项目并不是最终目的,更重要的是能把项目中所学知识、技能和方法运用到解决一些实际问题,这也是我们劳技学科核心素养核心内容,可是中学生物理、电子基础薄弱,自主设计三极管电流放大电路的能力有限,可从技术方法角度,提供了三极管的电流放大运用支架,减低电路设计难度,突出三极管的控制作用,将教学主要围绕在对对象的控制上,通过三极管的控制去解决问题,启发学生思考如何基于支架控制晶体三极管的基级,从而达到控制执行器的作用,降低电子设计难度,提高学生控制与设计学习兴趣。
  除了以上这些方法外,还可以采用演示、技术探究、技术试验等方法,教学有法,教无定法,教学方法要根据晶体三极管的教学目标、教学内容和学情来选择。
  参考文献
  1.上海市教育委员会.《上海市中小学劳动技术课程标准》
  2.中华人民共和国教育部.《普通高中通用技术课程标准(2017)》
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