建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論在模擬電子技術(shù)實驗教學(xué)中的應(yīng)用

晏 湧

（北京石油化工學(xué)院 信息工程學(xué)院，北京 102617）

模擬電子技術(shù)實驗作為高等理工科院校的電類各專業(yè)本科生必修的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課程，既是模擬電子技術(shù)理論課程的實踐和應(yīng)用，又是后續(xù)專業(yè)課程的鋪墊和橋梁，還是訓(xùn)練學(xué)生基本實驗技能、培養(yǎng)工程意識、創(chuàng)新能力，提高學(xué)生綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。因此，提高模擬電子技術(shù)實驗的教學(xué)效果一直是教學(xué)改革的目標。本文在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的基礎(chǔ)上，來探討如何將該理論應(yīng)用于模擬電子技術(shù)實驗，以達到較好的教學(xué)效果。

1 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論是在瑞士心理學(xué)家皮亞杰（J.Piaget）的結(jié)構(gòu)主義理論基礎(chǔ)上創(chuàng)立的。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論是對結(jié)構(gòu)主義理論的進一步發(fā)展，是一種全新的學(xué)習(xí)理論［1］。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的基本內(nèi)容可從“學(xué)習(xí)的含義”與“學(xué)習(xí)的方法”這2個方面進行說明。關(guān)于“學(xué)習(xí)的含義”，建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認為，知識不是通過教師傳授得到，而是學(xué)習(xí)者在一定的情境，即社會文化背景下，借助其他人（包括教師和學(xué)習(xí)伙伴）的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過意義建構(gòu)的方式獲得；關(guān)于“學(xué)習(xí)的方法”，建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論提倡在教師指導(dǎo)下的、以學(xué)習(xí)者為中心的學(xué)習(xí)，也就是說，既強調(diào)學(xué)習(xí)者的認知主體作用，又不忽視教師的指導(dǎo)作用，教師是意義建構(gòu)的幫助者、促進者，而不是知識的傳授者與灌輸者。學(xué)生是信息加工的主體、是意義的主動建構(gòu)者，而不是外部刺激的被動接受者和被灌輸?shù)膶ο螅?－3］。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的內(nèi)容很豐富，但其核心只用一句話就可以概括：以學(xué)生為中心，強調(diào)學(xué)生對知識的主動探索、主動發(fā)現(xiàn)和對所學(xué)知識意義的主動建構(gòu)。

2 運用建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的可行性

根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論觀點，課本知識只是對某種現(xiàn)象的較為客觀可靠的解釋，并不是解釋現(xiàn)實世界的絕對參照。知道一些重要的概念和事實，在測驗中能將所學(xué)的東西按原樣再生出來，這只是學(xué)習(xí)的初級階段。模擬電子技術(shù)實驗中的設(shè)計性實驗則可以看作是學(xué)習(xí)過程中的高級階段，在這一階段中，要求學(xué)生能把握概念的復(fù)雜性，并能廣泛而靈活地將其應(yīng)用到具體的情境中去［4］。

模擬電子技術(shù)實驗包括基礎(chǔ)驗證性實驗、綜合設(shè)計性實驗，其中綜合設(shè)計性實驗具有一定的綜合性，涵蓋較多的電子技術(shù)的知識點，都是難度適中的小系統(tǒng)。在綜合設(shè)計性實驗實施過程中，首先，學(xué)生主動地、積極地而不是被動地接受知識，而且學(xué)生通過不斷地與他人的溝通合作，對真實情境中的信息不斷進行建構(gòu)；其次，學(xué)習(xí)過程中的知識不是被吸收，而是被學(xué)生建構(gòu)，這種建構(gòu)是學(xué)生在原有知識體系的基礎(chǔ)上，對外部信息有選擇地進行建構(gòu)的過程；最后，學(xué)生是學(xué)習(xí)過程的中心，學(xué)生不是知識的被動接受者。總結(jié)為一句話就是，在實驗設(shè)計的實施過程中是以學(xué)生為中心、教師為主導(dǎo)的學(xué)習(xí)模式，而這種模式恰恰與建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論非常吻合，所以將該理論用于模擬電子技術(shù)實驗的教學(xué)環(huán)節(jié)是非常合適的。

3 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論在模擬電子技術(shù)實驗教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的實施

（1）首要環(huán)節(jié)是為學(xué)生設(shè)置合適的設(shè)計題目。設(shè)計題目要圍繞當(dāng)前學(xué)習(xí)主題，按“最鄰近發(fā)展區(qū)”的要求［5］建立概念框架，題目要涵蓋較多的知識點，充分考慮學(xué)生的知識水平和完成題目的能力。

（2）題目的要求要具體、明確，將學(xué)生引入一定的問題情境。題目中所涉及的內(nèi)容要使學(xué)生所學(xué)的知識得到鞏固和加深，實施時能使學(xué)生充分應(yīng)用已學(xué)知識，解決完成任務(wù)過程中的各種具體要求［6］。

（3）讓學(xué)生獨立探索。綜合、設(shè)計題目應(yīng)盡量包含多種設(shè)計選擇，并要求具有典型性。探索開始時要先由教師啟發(fā)引導(dǎo)，然后讓學(xué)生自己去分析；探索過程中教師要適時提示，幫助學(xué)生按照概念框架逐步攀升。這樣既有助于學(xué)生比較權(quán)衡，在比較中利用所學(xué)知識解決實際問題，又能體現(xiàn)出教師的引導(dǎo)作用和學(xué)生創(chuàng)造的主體地位。

（4）協(xié)作學(xué)習(xí)。進行小組協(xié)商、討論。在共享集體思維成果的基礎(chǔ)上達到對當(dāng)前所學(xué)概念比較全面、正確的理解，最終完成對所學(xué)知識的意義建構(gòu)。

（5）效果評價。對學(xué)習(xí)效果的評價包括學(xué)生個人的自我評價和學(xué)習(xí)小組對其的學(xué)習(xí)評價，評價內(nèi)容包括：自主學(xué)習(xí)能力；對小組協(xié)作學(xué)習(xí)所做出的貢獻；是否完成對所學(xué)知識的意義建構(gòu)。

下面以“自選頻率正弦振蕩器和反相放大器耦合的設(shè)計與實施”這一具體實例來介紹建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的實施過程。

3.2 自選頻率正弦振蕩器和反相放大器耦合的設(shè)計與實施

3.2.1 設(shè)計任務(wù)

產(chǎn)生振蕩頻率大于2kHz的中頻正弦波信號，并進行反相放大，電壓放大倍數(shù)為－10倍，用示波器觀測兩路不失真的正弦波波形。可供使用的電源是220 V交流電。該題目主要要求學(xué)生掌握振蕩電路的類型、特點、構(gòu)成、起振條件、頻率的選擇、信號的放大、直流穩(wěn)壓電源的構(gòu)成以及電路各部分的耦合方式等。該題目既包括較多的模擬電子技術(shù)的內(nèi)容，又難度適中，并有不同實施方案，符合上述建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論對設(shè)計題目的要求。

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3.2.2 實驗設(shè)計準備階段

按照建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，學(xué)生是學(xué)習(xí)過程的中心，是知識的主動建構(gòu)者，而不只是被動地接受。該題目可以分解成4部分：自選頻率振蕩電路、反相放大電路、給振蕩電路和放大電路供電的直流穩(wěn)壓電源和耦合與分壓電路。在進行設(shè)計之前，由指導(dǎo)教師講解設(shè)計框圖，然后要求學(xué)生完成設(shè)計方案、仿真、元器件選擇等。這樣，學(xué)生在設(shè)計方案和選擇元器件的同時，需要全面考慮各種因素，同時還需要考慮電路的組裝與調(diào)試過程中可能出現(xiàn)的各種問題。學(xué)生在最終完成實物的過程中，就能夠全身心投入其中，而不僅僅是紙上談兵，或是機械地完成某個工程訓(xùn)練。

為完成設(shè)計題目，學(xué)生可以利用各種工具和信息資源，如文字材料、書籍、音像資料、CAI與多媒體課件以及Internet上的信息等來實現(xiàn)設(shè)計目標。

首先，根據(jù)要求的正弦波振蕩頻率，學(xué)生分析知道LC正弦波振蕩電路主要用來產(chǎn)生1MHz赫茲以上的高頻正弦信號［7－8］，所以采用 RC正弦波振蕩電路，并且比較常用的是RC橋式正弦波振蕩電路；對產(chǎn)生的正弦波要進行反相放大，有的學(xué)生會想到壓式偏置的共發(fā)射極放大電路，但經(jīng)過分析可知，用集成運算放大器構(gòu)成的運算電路體積小、功耗低、可靠性高、性能好，因此，直接由集成運算放大器構(gòu)成反相比例運算；集成運算放大器要工作需使用直流穩(wěn)壓電源供電，提供的電源是220V交流電，所以要通過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓得到直流穩(wěn)壓電源；各電路之間的連接方式有直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合，根據(jù)分析正弦波的頻率，學(xué)生選擇阻容耦合的連接方式。

其次，對每一部分電路進行參數(shù)計算，如變壓器的功率、匝數(shù)比、整流橋的耐壓及最大允許電流、濾波電容的電容值及耐壓、振蕩電路RC值以及放大電路反相輸入端電阻和反饋電阻的計算等；之后選擇元器件，RC橋式正弦波振蕩電路和反相比例運算，均可用通用型集成運算放大器來實現(xiàn)，有的學(xué)生選擇LM741，有的選擇LM324，均可；根據(jù)反相比例運算，電壓放大倍數(shù)為－10倍，選取反相輸入端和反饋電阻的取值可以分別選擇1kΩ、10kΩ，也可以選擇10kΩ、100kΩ；根據(jù)選擇的集成運算放大器的類型來計算，構(gòu)成直流穩(wěn)壓電源的變壓器、整流橋、濾波電容以及三端集成穩(wěn)壓器的參數(shù)和選擇元件的類型。

最后將每一部分有機地連接在一起，實現(xiàn)整個系統(tǒng)。那么，元器件選擇的不同，隨后的電路連接和調(diào)試也不盡相同。并且在這個過程中，學(xué)生需要在原有認知結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，完成新知識的建構(gòu)，從而成為知識的主動建構(gòu)者。

建構(gòu)主義認為學(xué)習(xí)具有社會性，即認為“知識不僅是個人自己構(gòu)成的，還是以社會為媒介的。學(xué)習(xí)問題可以在兩個一般層面上加以理解：一是在互動層面上的，學(xué)習(xí)者之間的互動以及與比他們知識更豐富的人之間的互動。二是在共同體層面上，這包括公共系統(tǒng)知識的社會化過程和達成這些系統(tǒng)的機制［9］”。

具體在綜合、設(shè)計性實驗實施過程中，我們要求每個小組由2名學(xué)生組成。這樣，在理論設(shè)計階段，小組學(xué)生之間可以相互討論，找到最佳的設(shè)計方案，比如：放大以及正弦波振蕩電路，學(xué)生選擇了LM324芯片實現(xiàn)，這樣芯片最少，線路直接連接也最少，更可靠；在實物搭建、調(diào)試過程中，學(xué)生更是分工合作，有準備連接線的、布線的、檢查的，取長補短，共同提高。在此過程中，不但提高了學(xué)生的知識水平，而且鍛煉了學(xué)生的溝通能力，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。教師在這個過程中給學(xué)生創(chuàng)造一個自主學(xué)習(xí)的環(huán)境，使學(xué)生可以充分利用各種工具和信息資源進行知識的建構(gòu)，成為學(xué)生建構(gòu)知識的積極幫助者和引導(dǎo)者，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)和保持學(xué)生的學(xué)習(xí)動機［6，10－11］。3.2.4 綜合、設(shè)計性實驗的總結(jié)與評價

學(xué)生要成為獨立的學(xué)習(xí)者，要學(xué)會反思。針對本次設(shè)計性實驗，要求學(xué)生對設(shè)計的內(nèi)容進行反思，形成系統(tǒng)的概念。例如振蕩電路產(chǎn)生的正弦波如何與反相放大進行連接，通過分析得知，需要分壓電路。那么用示波器去觀測反相輸入端與輸出端電壓：輸入電壓要滿足什么條件，這2個電壓才能保持電壓放大倍數(shù)為－10倍并且不失真。通過分析集成運算放大器的工作電壓以及電壓放大倍數(shù)，就可以知道輸入電壓范圍。電壓放大倍數(shù)為－10倍，選取反相輸入端和反饋電阻的取值可以分別選擇1kΩ、10kΩ，也可以選擇10kΩ、100kΩ。為什么選擇后者，因為通過分析得到后者輸入電阻大，觀測輸出電壓波形不易失真。通過這些分析學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅要掌握每一部分的原理，還要把它們有機結(jié)合起來，才能實現(xiàn)所需功能，提高了學(xué)生從總體把握設(shè)計題目的能力，并加深了學(xué)生對系統(tǒng)概念的理解。此外，學(xué)生還要學(xué)會對學(xué)習(xí)過程的反思，從而發(fā)現(xiàn)與目標的差距，進一步修正學(xué)習(xí)的策略，達到更好的學(xué)習(xí)效果。

通過采取這些改進措施，我們在模擬電子技術(shù)實驗中取得了良好的教學(xué)效果。學(xué)生能夠更加全面和深刻地理解課程中的基本概念、基本電子電路的工作原理以及分析方法，并且對新電路工作原理的分析能力以及設(shè)計電子電路的能力也有相應(yīng)的提高［12］。

評價是對學(xué)生學(xué)習(xí)成果的評判。實驗結(jié)果的評價采用除教師之外，每組抽出一名學(xué)生，構(gòu)成實驗成績評定組，根據(jù)綜合、設(shè)計性實驗的具體要求，從設(shè)計方案、元器件選擇、布線美觀程度、實物的性能指標等方面逐一進行評價。一方面對學(xué)生的成績給予肯定，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性；另一方面，通過評價幫助學(xué)生找出不足，明確前進的方向。通過這樣的評價實現(xiàn)了客觀、公正。

4 結(jié)束語

我們在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下，對模擬電子技術(shù)實驗的教學(xué)方法進行了探索性的改進。這些改進在教學(xué)中調(diào)動了學(xué)生的積極性和主觀能動性，使學(xué)生積極參與其中，在參與中培養(yǎng)了操作能力、分析問題能力和解決問題的能力，收到良好的效果。但模擬電子技術(shù)實驗涉及面廣，內(nèi)容豐富，并且隨著電子技術(shù)的發(fā)展，新的器件、新的產(chǎn)品也不斷出現(xiàn)，促使我們在教學(xué)中不斷完善和改進教學(xué)內(nèi)容，使其能夠跟上電子技術(shù)的發(fā)展，讓學(xué)生在已有的知識結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對新知識積極進行有效的建構(gòu)。

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