醫(yī)學(xué)電子學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容分析

唐碧華　賀兵　鄭尚彬　朱淵

摘 要：教學(xué)內(nèi)容分析是教學(xué)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要步驟。以醫(yī)學(xué)電子學(xué)基礎(chǔ)教材中的內(nèi)容為例，進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容分析。教學(xué)內(nèi)容分析應(yīng)以教學(xué)目標(biāo)為基礎(chǔ)，其基本方法包括層級(jí)分析法、圖解分析法、歸類(lèi)分析法、對(duì)比分析法等。通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容合理安排、精心設(shè)計(jì)，使學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解更透徹，最終使課堂教學(xué)更有效。

關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué)電子學(xué)基礎(chǔ)；教學(xué)內(nèi)容；分析方法

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2017）03-0095-02

隨著電子儀器和電子技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)療儀器中的廣泛應(yīng)用，醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)電子學(xué)基本知識(shí)的要求日益迫切，醫(yī)學(xué)電子學(xué)基礎(chǔ)這門(mén)課程迅速發(fā)展起來(lái)。醫(yī)學(xué)電子學(xué)基礎(chǔ)是醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，其特點(diǎn)是結(jié)合醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的技術(shù)發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用，研究醫(yī)學(xué)信號(hào)的檢測(cè)、處理、顯示與記錄等。醫(yī)學(xué)電子學(xué)基礎(chǔ)是以物理學(xué)的理論知識(shí)為基礎(chǔ)，應(yīng)用一定的方法去解決臨床中遇到的電子技術(shù)問(wèn)題，并為之提供技術(shù)手段和設(shè)備的學(xué)科。隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)電子學(xué)基礎(chǔ)不斷得到充實(shí)和完善，所涉及的范圍很廣，包括電路基礎(chǔ)、放大器的基本原理、生物醫(yī)學(xué)常用放大器、集成運(yùn)算放大器；還包括直流電源、振蕩電路、高頻電路、門(mén)電路與組合邏輯電路、觸發(fā)器及時(shí)序邏輯電路；另外還涉及到A/D與D/A轉(zhuǎn)換器以及醫(yī)用儀器干擾的抑制和安全用電等[1]。各類(lèi)儀器設(shè)備中的電子線路各不相同，功能各有所長(zhǎng)，能提供精確的信息，幫助醫(yī)生做出確切的診斷和治療[2]。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，不僅可以使學(xué)生掌握有關(guān)醫(yī)學(xué)電子學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論和方法，了解現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器設(shè)備的工作原理、相關(guān)技術(shù)，還能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力和邏輯思維能力。

教學(xué)內(nèi)容是指為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，要求學(xué)習(xí)者系統(tǒng)學(xué)習(xí)的知識(shí)、技能和行為經(jīng)驗(yàn)的總和[3]。為保證醫(yī)學(xué)電子學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)活動(dòng)的順利進(jìn)行，需要進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容分析。教學(xué)內(nèi)容分析應(yīng)以教學(xué)目標(biāo)為基礎(chǔ)，明確規(guī)定教學(xué)內(nèi)容的范圍、深度以及教學(xué)內(nèi)容各要素之間的聯(lián)系，這樣才能達(dá)到最優(yōu)化的教學(xué)效果[4]。分析教學(xué)內(nèi)容的基本方法包括層級(jí)分析法、圖解分析法、歸類(lèi)分析法、對(duì)比分析法等。本文以醫(yī)學(xué)電子學(xué)基礎(chǔ)教材中的內(nèi)容為例，進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容分析。

一、層級(jí)分析法

層級(jí)分析法是將一個(gè)復(fù)雜的教學(xué)目標(biāo)作為一個(gè)系統(tǒng)，分解為多個(gè)子目標(biāo)，按照分解、比較、綜合的思維方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。整個(gè)設(shè)計(jì)中的各個(gè)要素相互聯(lián)系，都會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。層級(jí)分析法是一種對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行從屬技能的分析方法，也是一個(gè)逆向分析的過(guò)程。在層級(jí)分析中，各層次的知識(shí)點(diǎn)具有不同的難度等級(jí)。越往上層，知識(shí)點(diǎn)越難；越往底層，知識(shí)點(diǎn)越易。

在學(xué)習(xí)晶體三極管內(nèi)容時(shí)，教學(xué)目標(biāo)要求掌握晶體三極管的工作原理，可用層級(jí)分析法進(jìn)行分析，內(nèi)容定為6個(gè)等級(jí)。第6級(jí)為晶體三極管的工作原理。該級(jí)要求學(xué)生理解晶體三極管是一種電流控制元件，這種控制作用是依靠電流分配關(guān)系實(shí)現(xiàn)的。第5級(jí)為晶體三極管的輸入、輸出特性曲線。輸入特性曲線是指信號(hào)輸入回路中，當(dāng)集-射極電壓為常數(shù)時(shí)，基極電流與基-射極電壓之間的關(guān)系曲線。輸出特性曲線是指當(dāng)基極電流一定時(shí)，集電極電流與基-射極電壓之間的關(guān)系曲線。第4級(jí)為晶體三極管的電流放大作用。以NPN型三極管為例，分析三極管電流分配和電流放大作用。發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子，形成發(fā)射極電流；電子在基區(qū)擴(kuò)散和復(fù)合，形成基極電流；集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子，形成集電極電流。第3級(jí)為晶體三極管放大的偏置條件。通過(guò)外部電源和電阻提供適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷海谷龢O管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。第2級(jí)為晶體三極管的結(jié)構(gòu)。三極管由同一塊半導(dǎo)體上兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成。根據(jù)這兩個(gè)PN結(jié)排列方式的不同，分為PNP型和NPN型兩種。同時(shí)介紹晶體三極管的內(nèi)部要求。第1級(jí)為對(duì)PN結(jié)的認(rèn)識(shí)，這一層是最基礎(chǔ)的知識(shí)點(diǎn)。

層級(jí)分析法容易理解，但實(shí)施操作起來(lái)較難。其要求教學(xué)設(shè)計(jì)者熟悉教學(xué)背景、教學(xué)內(nèi)容，分清楚知識(shí)點(diǎn)的主次關(guān)系，了解教學(xué)對(duì)象的原有基礎(chǔ)能力等，才能保證層次結(jié)構(gòu)的合理性。如果所選教學(xué)內(nèi)容的要素不合理，知識(shí)點(diǎn)的拓展延伸性弱，其含義混淆不清，或各要素之間的從屬關(guān)系不正確，都會(huì)降低層級(jí)分析法的結(jié)果質(zhì)量，甚至導(dǎo)致層級(jí)分析法教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)的失敗。

二、圖解分析法

圖解分析法是把教學(xué)內(nèi)容用圖示的方法直觀的呈現(xiàn)出來(lái)，可用直線、曲線、箭頭、表格或符號(hào)等，把教學(xué)內(nèi)容各要素相互聯(lián)系起來(lái)，用于對(duì)認(rèn)知教學(xué)內(nèi)容的分析。圖解分析法容易抓住要領(lǐng)，簡(jiǎn)明扼要，能從邏輯上高度概括教學(xué)內(nèi)容。

分析基本放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)和動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)，選用圖解分析法較好。在講解靜態(tài)工作點(diǎn)，即輸入回路直流參數(shù)時(shí)，因它們同時(shí)滿(mǎn)足輸入特性曲線方程和輸入回路直流負(fù)載線方程，所以從理論上講，聯(lián)立這兩個(gè)方程就能解出直流參數(shù)。但若用圖解分析法，這組方程的解必然對(duì)應(yīng)輸入特性曲線和輸入回路直流負(fù)載線的交點(diǎn)，所以只需要作出曲線圖，找到這個(gè)交點(diǎn)，就可以確定。同理，若要找到輸出回路直流參數(shù)時(shí)，只需找到輸出特性曲線和輸出回路直流負(fù)載線的交點(diǎn)。用圖解法也可以輕松分析動(dòng)態(tài)過(guò)程。例如在交流輸入條件下，當(dāng)基極電流增加時(shí)，輸出特性曲線與交流負(fù)載線的交點(diǎn)上移，因而集電極電流將增加，集-射極電壓則減小；當(dāng)基極電流減小時(shí)，輸出特性曲線與交流負(fù)載線的交點(diǎn)下移，因而集電極電流將減小，集-射極電壓則增加。這部分內(nèi)容用圖解法講解，學(xué)生更容易理解。在醫(yī)學(xué)電子學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)過(guò)程中，常常會(huì)遇到一些比較復(fù)雜，學(xué)生難于理解的內(nèi)容，如果教師能在講解的時(shí)候輔以適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)圖，就能達(dá)到啟發(fā)學(xué)生思路的目的，以及培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題的能力。

三、歸類(lèi)分析法

歸類(lèi)分析法需要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和所涉及事物的屬性或特征，按照一定的標(biāo)志將其共同點(diǎn)或差異點(diǎn)分別歸入某一組內(nèi)，使之條理化、系統(tǒng)化，以利于對(duì)總體進(jìn)行分門(mén)別類(lèi)。歸類(lèi)分析法是研究對(duì)有關(guān)教學(xué)信息進(jìn)行分類(lèi)的方法，旨在鑒別為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)所需學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)。可按照知識(shí)點(diǎn)的種類(lèi)、等級(jí)或性質(zhì)分別歸類(lèi)。確定分類(lèi)方法后，可用圖示或列提綱，把實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)所需學(xué)習(xí)的知識(shí)歸納成若干方面，從而確定教學(xué)內(nèi)容的范圍。

在晶體二極管及其特性這部分內(nèi)容中，教學(xué)目標(biāo)要求學(xué)生了解二極管的種類(lèi)。二極管的種類(lèi)有很多，用歸類(lèi)分析法較好。按照所用的半導(dǎo)體材料，可分為鍺二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）。根據(jù)二極管的不同用途，可分為穩(wěn)壓二極管、檢波二極管、開(kāi)關(guān)二極管、整流二極管等。按照二極管的管芯結(jié)構(gòu)，可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。按照歸類(lèi)分析法，學(xué)生對(duì)二極管的種類(lèi)有更清楚的認(rèn)識(shí)。在歸類(lèi)過(guò)程中，可以事先給出一個(gè)分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)，研究對(duì)象在某方面有很大的相似性歸為一類(lèi)，即從大量的信息中尋找內(nèi)在的聯(lián)系。學(xué)生對(duì)有規(guī)律的知識(shí)點(diǎn)更容易理解和記憶。

四、對(duì)比分析法

對(duì)比分析法也稱(chēng)比較分析法，是把教學(xué)內(nèi)容各部分、各要素提取出來(lái)，加以比較，以達(dá)到認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)和規(guī)律并做出正確的評(píng)價(jià)。對(duì)比分析法通常是把兩個(gè)有相互聯(lián)系的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行比較。可以比較研究對(duì)象的數(shù)量多少、規(guī)模程度、水平高低、發(fā)展趨勢(shì)以及各種關(guān)系是否有效等。

設(shè)計(jì)增強(qiáng)型和耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管教學(xué)時(shí)，可用對(duì)比分析法。從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行對(duì)比，增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管是在雜質(zhì)濃度很低的P型硅片襯底上做出兩個(gè)高摻雜的N+區(qū)，源極與漏極之間有絕緣層；而耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)與增強(qiáng)型相似，區(qū)別在于耗盡型絕緣層中摻了大量正離子。從電極所處位置進(jìn)行對(duì)比，增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的電極，即源極、漏極和柵極的位置與耗盡型一致。從符號(hào)上進(jìn)行對(duì)比，增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管符號(hào)表示溝道的一條線是虛線，而耗盡型符號(hào)的對(duì)應(yīng)位置是實(shí)線表示，符號(hào)其余部分表示都一樣。從柵源電壓為0時(shí)進(jìn)行對(duì)比，增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管在柵源電壓為0時(shí)，無(wú)導(dǎo)電溝道，無(wú)論漏源電壓的正負(fù)及大小如何，漏極和源極間都不會(huì)產(chǎn)生漏極電流；而耗盡型在柵源電壓為0時(shí)，也有導(dǎo)電溝道，在適當(dāng)?shù)穆┰措妷鹤饔孟拢O和源極之間就會(huì)產(chǎn)生漏極電流。從轉(zhuǎn)移特性曲線上進(jìn)行對(duì)比，增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管與耗盡型的轉(zhuǎn)移特性曲線類(lèi)似，都是隨著柵源電壓的增大而增大；但增強(qiáng)型的柵源電壓從開(kāi)啟電壓開(kāi)始，而耗盡型的柵源電壓從夾斷電壓開(kāi)始。從輸出特性曲線上進(jìn)行對(duì)比，增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管與耗盡型的輸出特性曲線基本相同，但兩者之間還是有區(qū)別，增強(qiáng)型的僅在柵源電壓大于開(kāi)啟電壓時(shí)，才有漏極電流；而耗盡型只需要柵源電壓大于夾斷電壓，就有漏極電流。總之，通過(guò)對(duì)比分析可知，增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管和耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的原理相似，但兩者襯底和摻雜區(qū)的類(lèi)型及電源極性相反，它們的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性曲線也有差異。通過(guò)對(duì)比分析法，學(xué)生對(duì)這部分知識(shí)的理解將更透徹，能達(dá)到教學(xué)目標(biāo)所要求的知識(shí)的廣度和深度。

通過(guò)對(duì)醫(yī)學(xué)電子學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容分析可知，教學(xué)前對(duì)教學(xué)內(nèi)容分析方法的選擇需引起足夠的重視。如果缺乏對(duì)教學(xué)目標(biāo)的理解，沒(méi)有全面深透地分析教學(xué)內(nèi)容，則無(wú)法得到科學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)方案[5]。因此應(yīng)重視醫(yī)學(xué)電子學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容分析。醫(yī)學(xué)電子學(xué)基礎(chǔ)對(duì)于醫(yī)學(xué)生來(lái)說(shuō)絕不是一門(mén)短時(shí)間內(nèi)就能夠掌握的學(xué)科。這門(mén)學(xué)科所涉及的知識(shí)面很多，它們相互聯(lián)系。作為初學(xué)者，首先要從整體上對(duì)這門(mén)課程的內(nèi)容進(jìn)行了解。教師應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生逐步提高對(duì)這門(mén)學(xué)科的興趣，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。醫(yī)學(xué)電子學(xué)發(fā)展非常迅速，應(yīng)緊跟科技發(fā)展的步伐，對(duì)教學(xué)內(nèi)容深入分析，使知識(shí)結(jié)構(gòu)更明晰，重點(diǎn)更突出，最終實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

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