敲開(kāi)生活之門(mén)，開(kāi)啟學(xué)生思維之門(mén)

黃笑顏

【摘 要】常用半導(dǎo)體元件的課堂教學(xué)中，常運(yùn)用多媒體或者其他的教學(xué)方式教學(xué)，但學(xué)生對(duì)單向?qū)ǖ鹊睦斫獠皇呛芾硐?。此文重點(diǎn)闡釋在半導(dǎo)體基本元件的課堂教學(xué)中，利用生活中的“門(mén)效應(yīng)”來(lái)解釋二極管的單向?qū)ㄐ院腿龢O管的電流放大特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】中職電工電子 二極管 三極管 門(mén)效應(yīng)

電子電工學(xué)主要任務(wù)是，使學(xué)生掌握相關(guān)專(zhuān)業(yè)必備的電子電工技術(shù)與技能，培養(yǎng)學(xué)生解決涉及電學(xué)技術(shù)實(shí)際問(wèn)題的能力，為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。對(duì)文化基礎(chǔ)較弱的中職學(xué)生來(lái)說(shuō)，要求所學(xué)到的知識(shí)“實(shí)用”“夠用”“好用”。在電子電工類(lèi)教學(xué)過(guò)程中，我們碰到過(guò)許多現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題，多媒體教學(xué)或許不滿(mǎn)足于學(xué)生的理解需求，那么現(xiàn)實(shí)生活的例子則起到很大的作用。本文就半導(dǎo)體學(xué)習(xí)過(guò)程中的一些問(wèn)題做些描述。

常用的半導(dǎo)體元件在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，通常有重點(diǎn)難講解、學(xué)生聽(tīng)懂難等很多不利學(xué)習(xí)的因素，利用多媒體教學(xué)及PPT直觀(guān)展現(xiàn)的特點(diǎn)，能很好地講解半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)和知識(shí)點(diǎn)，但很難讓學(xué)生在腦海中留下對(duì)半導(dǎo)體元件特性的印象。那么這時(shí)候教室里隨手可碰到的教室門(mén)，就能為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供很好的啟發(fā)。

一、利用“門(mén)效應(yīng)”突破二極管的“單向?qū)ㄐ浴?/p>

在中職教材中，二極管按照電流電壓的特性曲線(xiàn)圖可分成四種狀態(tài)：正向偏置導(dǎo)通區(qū)、正向偏置死區(qū)、反向偏置截止區(qū)以及反向偏置擊穿區(qū)。見(jiàn)圖1：

圖1 二極管伏安特性

二極管的單向?qū)ㄊ怯袟l件的，必須在正向偏置下，正向加載電壓超過(guò)一定范圍才能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，沒(méi)有達(dá)到一定電壓時(shí)二極管將處于死區(qū)狀態(tài)。這與教室門(mén)處于虛掩狀態(tài)是一個(gè)道理，當(dāng)教室門(mén)處于虛掩狀態(tài)時(shí)，正向推門(mén)的時(shí)候必須加載一定的力量才能打開(kāi)教室門(mén)，如果正向推門(mén)和加載一定力量這兩個(gè)條件缺一個(gè)，門(mén)就會(huì)打不開(kāi)。

二極管按照材料可分成兩類(lèi)：硅二極管和鍺二極管。兩種不同材料構(gòu)成的二極管具有共同的單向?qū)ㄌ匦?。但是這兩種二極管卻有不同的死區(qū)電壓要求，硅二極管在正向偏置時(shí)大約0.5伏特電壓就能使它達(dá)到單向?qū)顟B(tài)，但是鍺二極管卻只要大約0.2伏特電壓就足夠其導(dǎo)通。

兩種不同的電壓正好對(duì)應(yīng)不同材質(zhì)的教室門(mén)，需要推門(mén)的力量也是不同的，但是相對(duì)反向推門(mén)，其所需要的力量是微弱的。

另外二極管還有一種性質(zhì)，以硅二極管為例，正向偏置導(dǎo)通狀態(tài)過(guò)程中，當(dāng)正向電壓達(dá)到約0.7伏特的時(shí)候，二極管能允許通過(guò)的電流值理論上可以無(wú)限大，但是實(shí)際使用過(guò)程中，任何一個(gè)二極管都有最高正向通過(guò)電流的最大值，這也是二極管的主要參數(shù)之一。以教室門(mén)為例，當(dāng)正向推門(mén)達(dá)到一定力量后，門(mén)就可以與門(mén)框成90度夾角，此時(shí)門(mén)已經(jīng)全開(kāi)，那么能通過(guò)的物體在理論上達(dá)到最大值。但實(shí)際上，門(mén)框有大小，太大的物體通過(guò)，會(huì)對(duì)門(mén)框有損失，這就跟二極管正向偏置通過(guò)大電流的時(shí)候會(huì)燒壞二極管是一個(gè)道理。

當(dāng)二極管處于反向偏置時(shí)，二極管分為截止和擊穿兩種狀態(tài)，在反向電壓增大的過(guò)程中，二極管能允許通過(guò)的電流相當(dāng)小，理論上是微安級(jí)別的電流，比正向?qū)〞r(shí)所允許通過(guò)的電流低3個(gè)數(shù)量級(jí)。所以我們認(rèn)為二極管在反向偏置的初始階段是不導(dǎo)通的，如用教室門(mén)解釋的時(shí)候就相當(dāng)于在反向推門(mén)，盡管你的力量很大，但很可惜門(mén)是不會(huì)向外開(kāi)的，但是又不是完全不導(dǎo)通，總有些空氣能在門(mén)縫的間隙處向外流通，這便相當(dāng)于微安級(jí)別的電流了。當(dāng)持續(xù)增大反向偏置電壓的時(shí)候，總會(huì)有電壓能使二極管從反向截至狀態(tài)過(guò)渡到反向擊穿狀態(tài)，隨之而來(lái)的便是二極管被損壞，擊穿的結(jié)果是二極管將失去反向截止的作用。此時(shí)能通過(guò)的電流將劇烈增加，常規(guī)的二極管在被擊穿之后是不能恢復(fù)正常作用的，它將失去二極管的單向?qū)ㄌ匦?，就像一段?dǎo)線(xiàn)。就比如教室門(mén)，當(dāng)反向推門(mén)的力量加載到很大的時(shí)候，門(mén)就被損壞了，當(dāng)門(mén)被破壞之后，就失去門(mén)的作用了，正反兩個(gè)方向都可以通行了。

教師一邊課堂講解，演示PPT的同時(shí)，配合開(kāi)關(guān)門(mén)的動(dòng)作，實(shí)時(shí)讓學(xué)生們了解二極管的特性，然后通過(guò)多媒體的運(yùn)用，例如二極管特性的演示動(dòng)畫(huà)，更能讓學(xué)生了解整個(gè)單向?qū)ǖ倪^(guò)程。

二、利用“門(mén)效應(yīng)”呈現(xiàn)三極管的放大特性

二極管的教學(xué)輔助是靠“門(mén)效應(yīng)”來(lái)進(jìn)行的，三極管也可以。課本介紹的三極管分為PNP和NPN兩種，一個(gè)二極管其實(shí)相當(dāng)于一個(gè)PN結(jié)，那么三極管其實(shí)就是兩個(gè)二極管的配合使用。三極管的主要目的是放大電流，也就是讓微弱的基極電流控制較大的集電極電流變化，從而達(dá)到類(lèi)似放大電流的作用。

圖2

課本上解釋三極管電流放大的時(shí)候用的是最基本的共射極放大電路，那么集電極電流最終將到發(fā)射極。在三極管結(jié)構(gòu)中，集電極電流將流過(guò)三個(gè)半導(dǎo)體區(qū)，分別是：集電區(qū)、基區(qū)以及發(fā)射區(qū)。從圖2例子中的NPN型三極管來(lái)看，利用門(mén)的正向?qū)ㄔ?，我們可以輕松地解釋基區(qū)電流通往發(fā)射區(qū)的單向?qū)ㄌ匦浴Ｄ敲醇妳^(qū)的電流是如何下來(lái)的呢？這時(shí)候我們可以假設(shè)一個(gè)游戲：假設(shè)一間房間里有很多人，這里面的人需要出去只能從門(mén)離開(kāi)，而且只能用推門(mén)的方式打開(kāi)門(mén)，但這扇門(mén)卻是從外向里開(kāi)的，所以從房間內(nèi)推這扇門(mén)肯定是出不去的，那么有什么辦法能讓這個(gè)房間里的人出去呢？學(xué)生們很快就能想到從外面喊個(gè)人來(lái)推開(kāi)這扇門(mén)，那么就能自然引出基極加載的控制電壓了，房間里的人出去的速度是由門(mén)開(kāi)的角度決定的，而門(mén)開(kāi)的角度卻是由外面推門(mén)的人決定的，所以自然而然正向推門(mén)的力量決定了人出去的速度，這就相當(dāng)于較小的基極電流控制較大的集電極電流變化了。PNP型三極管解釋起來(lái)與NPN型三極管的方法類(lèi)似，也可以利用門(mén)的特點(diǎn)來(lái)解釋。

半導(dǎo)體元件這部分的介紹，在整個(gè)電子部分至關(guān)重要，半導(dǎo)體元件介紹得不清楚將直接影響后面的學(xué)習(xí)，對(duì)模擬電子電路和數(shù)字電路而言，半導(dǎo)體元件都是最基本的結(jié)構(gòu)。模擬電路中的放大電路部分知識(shí)，對(duì)數(shù)字電路部分的邏輯門(mén)電路以及后續(xù)七段LED顯示等關(guān)鍵電路教學(xué)過(guò)程中也有一定的影響。

專(zhuān)業(yè)教學(xué)之路很漫長(zhǎng)，所有人都知道普通的課堂教學(xué)對(duì)中職學(xué)生而言，難上加難；學(xué)生們厭學(xué)，教師無(wú)從下手；大量的多媒體技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)引不起學(xué)生的興趣了，即使是教師準(zhǔn)備大量的資料，愿意聽(tīng)課的學(xué)生也寥寥無(wú)幾。在這群愿意聽(tīng)課的人中能聽(tīng)懂的就更少了，所以我們作為一線(xiàn)教師，要改變我們的方法，在課堂教學(xué)中，我們不如利用身邊的一切有利物體對(duì)枯燥無(wú)味的電子電工學(xué)知識(shí)加以講解，以物講物，從而加深學(xué)生了解復(fù)雜的電工電子線(xiàn)路是什么工作原理。

總之，沒(méi)有哪種教學(xué)方法是萬(wàn)能的，是完美的?！敖逃乃囆g(shù)不在本領(lǐng)，而在于激勵(lì)、喚醒與鼓勵(lì)?！钡聡?guó)教育家第斯多惠的這句名言，正確的引導(dǎo)會(huì)促進(jìn)課堂的氣氛。教師在課堂上的每一個(gè)動(dòng)作，每一句話(huà)都能影響學(xué)生。多元教學(xué)方案也是現(xiàn)在職業(yè)教育所倡導(dǎo)的，我們只有不斷在教學(xué)道路上探索，才能找到歸屬于適合學(xué)生的教學(xué)方法。一切以學(xué)生為中心，不斷提高教師的視野，為創(chuàng)建高效的電子電工課堂教學(xué)而努力奮斗。

【參考文獻(xiàn)】

[1]姜大源.德國(guó)“雙元制”職業(yè)教育再解讀[J].中國(guó)職業(yè)技術(shù)教育，2013（33）：5-14.

[2]勞耐爾.雙元制職業(yè)教育：德國(guó)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力的提升動(dòng)力[J].職業(yè)技術(shù)教育，2011（12）：68-71.