【摘""要】文章以立德樹人為根本遵循，以能力培養為目標，以課程思政為鑄魂育人的重要抓手，探索“裝備和工程實例牽引、突出問題導向、課程思政與教學內容全程一體融合”的教學模式，以“電壓比較器”為例闡述實例牽引、問題驅動、思政融合的教學思路，推動“模擬電路”課程教學改革。實踐表明，教學改革提高了教學效果，提升了學生學習獲得感，培養了學生的工程意識、辯證思維、系統觀念和分析解決問題能力。【關鍵詞】教學改革；問題驅動；課程思政；“模擬電路”課程一、引言“模擬電路”是入門性質的技術基礎課程[1]。由于課程理論抽象，器件種類多樣，分析方法靈活，實踐環節煩瑣，導致學生普遍存在畏難心理，學習過程中偏重于機械記憶，不深入理解思考，學習浮于表面，忽略對知識的融會貫通，不會靈活運用知識解決問題。受到學時的限制，學生易重視理論知識的學習，而忽視工程應用背景和實踐環節，而且現有實驗環節往往是基礎通識的驗證性實驗多，創新性實驗少，教學方法單一，學生雖然掌握了電子技術基本知識，但工程意識、系統思維、分析解決問題能力和實踐創新能力發展受限[2-3]。二、“模擬電路”課程教學改革思路為解決上述問題，課程組從更新教學內容、改進教學方法、思政一體融合等方面開展課程教學改革，凝練出“實例牽引、問題驅動、思政融合”的教學設計思路。結合培養目標，更新教學內容，構建“基礎+應用+前沿”的多層次教學內容體系。梳理課程內容與任職專業、艦艇裝備的結合點，收集軍事應用電路素材，建設裝備和工程案例庫。將軍事和工程實例通過引例導入、強化練習、案例分析、實際應用、功能提升等環節貫穿于課程教學中，培養學生分析電子電路的能力和解決實際問題的能力。關注能力生成，改進教學方法，創新“任務驅動的問題鏈教學法”[4]。課程組運用辯證唯物主義矛盾分析法，將課程的重難點，即將單元電路和應用電路分解為由一系列環環相扣、層層遞進的問題鏈連接起來的電路階梯，引導學生將學習新知轉化為發現探究的過程，強化辯證思維和系統觀念，提高學生運用辯證唯物主義世界觀和方法論的自覺意識。堅持思政引領，提升育人成效，推進多元化課程思政建設。課程組結合課程特點，從辯證唯物主義基本原理與課程內容全程一體融合、科學精神培養、文化藝術熏陶等方面深度挖掘和整合課程的思政資源，建立并完善課程思政資源庫，制定課程思政實施方案，將思政元素貫穿育人全過程，激發學生學習動力，加深對課程內容的理解，感悟馬克思主義真理的力量，全面提升綜合素質。三、“實例牽引、問題驅動、思政融合”的教學設計實施文章以“模擬電路”課程中的“電壓比較器”為例，介紹“實例牽引、問題驅動、思政融合”的教學設計思路，教學設計流程圖如圖1所示。（一）引例設疑，需求分析隨著數字技術的發展，人類進入了信息化和智能化時代。相比于傳統路燈，光控路燈不僅給行人帶來更大的方便，還能自動切換路燈的開關狀態，有效降低路燈管理和維護費用。教師從應用需求出發，提出問題1：光控路燈的原理和組成是什么？引導學生進行如下分析。首先要有光傳感器，把監測到的光強度轉換成電壓信號，記為vi，光越強，vi越大，設定光強到一定值時，路燈就熄滅，此時對應的電壓記為參考電壓VREF。其次為實現光控路燈功能，需要將vi和VREF進行比較，比較的結果可以用電壓的高低電平來區分。在電子電路中，這種對2個輸入電壓進行大小比較，在輸出端用高、低電平給出比較結果的電路被稱為電壓比較器[5]。為了更直觀形象地表示電壓比較器的功能，教師可以采用曲線的形式描述輸出電壓vo與輸入電壓vi的函數關系，即比較器的電壓傳輸特性，然后與學生互動，分析光控路燈電路中電壓比較器的傳輸特性。（二）回顧遷移，構造電路教師在分析出功能和特性的基礎上，提出問題2：選擇什么器件構造電壓比較器？啟發學生思考傳輸特性和理想集成運放的電壓傳輸特性，用工作在非線性區的運放器件構造電壓比較器。接著提出問題3：如何利用運放設計電路實現光控路燈的功能？引導學生進行如下分析。將光控路燈“vilt;VREF，vo＝VOH；vigt;VREF，vo＝VOL”的需求和運放“vPgt;vN，vo＝+Vom；vPlt;vN，vo＝-Vom”的特性做對比發現，令vN接輸入信號vi，vP接參考電壓VREF，就構成了一個最基本的電壓比較器。在電壓比較器中，輸出電壓發生跳變時對應輸入電壓的值稱為門限電壓或閾值電壓。根據運放的特性，令同相端電壓和反相端電壓相等時求得的vi值即為門限電壓。電壓比較器不只應用于光控路燈，在心率監測、模數轉換、電機控制、水雷觸發等場合都有廣泛應用。教師根據電壓比較器的不同應用需求場景，提出問題4：如何改變門限電壓？引導學生進行如下分析。可以調整參考電壓VREF的方案，但可調直流電源的便利性和可操作性遠不如可調電阻，所以，可以加入2個電阻分壓以達到調節門限電壓的目的。由此，學生總結出電壓比較器的分析方法：一是“虛斷”，這是由運放器件自身特性決定的，是內因；二是比較同相端和反相端電壓，vPgt;vN時vo＝+Vom，vPlt;vN時vo＝-Vom，這是由于外部結構的連接使運放工作在非線性區，是外因。上述構造電路的過程是先基于運放器件具有非線性特性和輸出二值性這樣的內因，再給它接上信號和電阻，創造合適的外部條件，才實現了比較器功能。此處，教師可利用內外因辯證原理開展課程思政，啟發學生在觀察事物、分析問題時，要堅持運用內外因相結合的方法。內外因辯證關系具有重要的方法論意義，指導學生踏實做好日常工作，修好“內功”，并不失時機地抓住外部機遇，促進個人發展。教師從實際需求出發，分別通過框圖、數學表達式和電壓傳輸特性等方面對光控路燈電路進行分析，這是從具體到抽象；接著利用先修知識分析解決這個抽象問題，并生成了單限比較器這個新知識，這又是從抽象到具體的過程。在這個過程中，教師運用了歸納與演繹、抽象與具體的辯證思維方法，有助于培養學生的辯證思維能力。（三）仿真驗證，發現問題設計的電路能否實現光控路燈功能，可以采用虛擬仿真實驗進行驗證。在仿真環境下搭建單門限電壓比較器，設置參考電壓為3V，運放反相端接一個按指數規律增長的電壓，模擬黎明時分光線逐漸變強的過程，用示波器觀察輸入輸出波形和小燈的亮滅。虛擬仿真實驗驗證了前面設計的電路能實現光控路燈功能。教師根據實際情況，提出問題5：它能應用到實際光控路燈中嗎？引導學生進行如下分析。對于實際路燈來說，它不是處于真空狀態，天空中的烏云、霧氣、周圍的光源等都會對它附近的光強造成影響。對此，學生需要通過仿真實驗觀察受到干擾的輸入電壓作用于單限比較器時的輸出情況。學生通過新的仿真電路發現，單限比較器的輸入遇到門限電壓時，輸出就跳變，靈敏度高，但如果干擾在門限電壓附近造成光線變化過程中出現了曲折，抗干擾能力就差。抗干擾能力差會造成誤判，如路燈的頻繁亮滅。（四）圍繞特性，改進電路教師根據仿真實驗時出現的現象，提出問題6：如何提高比較器的抗干擾能力？引導學生進行如下分析。先假設黎明時分光線逐漸增強，vi變大，超過設置的門限電壓VT，輸出低電平，將燈熄滅，接著光線繼續增強，燈維持滅的狀態。如果此時突然飄來一陣霧氣，使路燈附近局部的光強暫時減弱，小于VT時，并不希望輸出電壓因為這個干擾發生跳變，而希望它有一定“容忍度”，或者說“反應遲鈍”一些，在受到霧氣干擾時仍能保持滅的狀態，所以，此時由低電平跳變到高電平的門限就不再是VT，要比它小一些，記為VT-。因此，即使光線受到干擾在VT附近減小了，但只要沒減小到VT-，輸出繼續保持低電平狀態，燈就不會亮。教師引導學生繼續分析夜幕降臨光線逐漸減弱的情況。當vi變小，低于設置的門限電壓VT時，輸出高電平，燈亮。如果光線繼續減弱，燈維持亮的狀態沒問題，但如果突然受到車燈或其他光源的干擾，路燈附近的光強暫時增大，超過VT，仍希望路燈繼續保持原來亮的狀態，所以，將輸出由高電平跳變到低電平的門限設置得比VT大一些，記為VT+。這樣，即使光線受到干擾在VT附近增大了，但只要沒增大到VT+，輸出繼續保持高電平狀態，燈就不會滅。改進后的傳輸特性為輸入信號由小到大變化和由大到小變化時的門限電壓不一樣，即“不走回頭路”。單限比較器在門限電壓處雙向靈敏，只要穿越門限就跳變，抗干擾能力差，而改進后的特性沿某一方向越過門限電壓發生跳變后，再沿反方向變化時，輸出的跳變發生在另一個門限電壓處，即反方向的跳變點延遲或者滯后了，因此抗干擾能力增強。具有這種傳輸特性的比較器被稱為遲滯比較器。（五）分析原理，仿真驗證電路改進完畢，教師提出問題7：遲滯比較器是否具備遲滯特性？引導學生進行如下分析。先分析工作原理，假設vilt;VT-，一定也小于VT+，所以，此時反相端電壓一定小于同相端電壓，輸出高電平。輸出高電平就決定了此時同相端電壓是VT+，隨著輸入電壓逐漸增大，當增大到VT時，輸出才從高電平跳變到低電平。在輸出跳變到-Vom時，門限電壓也隨之改變，變為VT-，所以，輸入電壓vi從大于VT+開始減小，減到VT+時并不會發生跳變，因為此時的門限電壓是VT-，當vi減小到VT-時，輸出才從低電平跳變到高電平。輸出跳變到高電平后，門限電壓又隨之變為VT+，如此不斷，確實實現了遲滯特性。學生分析后再借助虛擬仿真實驗驗證遲滯比較器能否解決霧氣干擾造成路燈頻繁亮滅的問題。在仿真環境下搭建含遲滯比較器的光控路燈電路，設置好元件參數，用示波器觀察輸入輸出波形和小燈的亮滅。仿真結果表明，當輸入信號受到干擾時，輸出并沒有頻繁跳變，小燈也不再閃爍。可見，遲滯比較器具有一定的抗干擾能力，能克服霧氣對光強的干擾。以上是理論分析和虛擬仿真實驗，進一步激發了學生的學習興趣，提高了其實踐創新能力。隨后，教師布置實踐作業，要求學生課后在面包板上搭建基于單限比較器和遲滯比較器的光控路燈電路，調整參數，觀察現象，對比分析。（六）特性對比，總結提升從結構上看，單限比較器是開環結構，遲滯比較器引入正反饋。從電壓傳輸特性上看，單限比較器只有1個門限電壓，靈敏度高，但也“固執”和“嚴格”，非此即彼，也就是抗干擾能力差；而遲滯比較器有2個門限電壓，有一定的“容忍度”，能承受一定范圍的變化，抗干擾能力強。遲滯比較器的抗干擾能力用回差電壓ΔVT來衡量，ΔVT越大，電路維持原狀態的范圍越寬，抗干擾能力越強；ΔVT越小，抗干擾能力越弱。但ΔVT不是越大越好，ΔVT太大，該跳變的時候則不跳變了，所以抗干擾能力增強的同時也帶來了靈敏度下降的問題。可見，抗干擾能力和靈敏度是一對兒矛盾，實際應用中要根據具體情況在這兩者間尋找一個平衡點。學生在日常學習、工作和生活中，以及處理人際關系時，也要在嚴格和寬容之間找到一個平衡點。四、結束語文章以設計光控路燈電路為任務，圍繞電壓傳輸特性，由具體需求到抽象分析，再到具體實現，由個別電路到一般分析方法，由器件內因到創設外因，依次設計出了單限比較器和遲滯比較器，并對二者進行對比。在教學過程中，教師始終以實際應用需求為牽引，以一系列環環相扣、層層遞進的問題為主線，引導學生在發現、分析、解決問題的過程中創新運用已有知識，逐步形成新的知識，學以致用，理論聯系實際，培養系統觀念及分析解決問題能力[6]。內容主線與邏輯思維主線交織并行，相輔相成。學生在學習電壓比較器的工作原理、參數計算和傳輸特性的同時，體會蘊含