大学生应该具备什么样的动手能力——从一只小小的LED谈起

南京理工大学泰州科技学院 刘增元 孙正凤

当今社会是一个竞争社会，那么靠什么去竞争？——人才！

那么什么样的大学生才是人才，又或者说是人才的苗子呢？

笔者作为一名大学教师已经工作了六年，所任教的学校是一所“三本”院校，对于本专业的学生来说其所培养的学生目标主要是“蓝领”工程师。在这一段说长不长，说短不短的时间内也送走了四届毕业生，在这四届毕业生的用人单位反馈情况来看，有部分人员已然成为了其工作单位的重点培养对象，但有的学生或泯然众人、或另谋高就。将那些成为重点培养对象的学生成绩从数据库中调出来，进行了一下对比与分析，发现这些学生当时的成绩有些并不突出，只在中上左右，但据教过他们的老师们共同回忆，他们中的大多数都具有比较强的“动手能力”。

笔者回忆了一下，当时给他们上一门实用性最强的课就是《仪器仪表技术实训》这门课，这门课主要是配合当时的课程进行动手实践，学生的动手能力就可以从这门课的课堂表现上得窥一斑。这门课的动手课程是从一只小小的发光二极管(LED)开始的。

真正意义上的LED是从20世纪50年代左右开始的，一直到今天才不过60年左右，不论在电子还是在电气专业学习的学生都会对其性能了如指掌。但那也仅仅是来源于课本上那几幅二极管原理说明图，而且仅仅是公式化的说明。而后加上一句LED与二极管的导通条件相同。这些书面上东西很难引起学生们的兴趣，而在仪器仪表这门课上本来应该就各种仪器的性能做一些基本原理的介绍，但如果真仅仅是这样这门课也将变的枯燥而乏味，经过与其他老师们的讨论、同学们的交流，于是就将这一在书中经常出现的器件纳入了本门课程的教学过程中。

(1)万用表

电压，电流，电阻这三个电参量均可以在如图1所示这个电路图中得到。在这幅简单的电路图中可以调节的参数很多，而且使用到了万用表各个档位，首先是在电路连接之前对基本电路参量电动势E、电阻R的测量，之后还有流经电阻及LED上直流电流的测量。在进行简单试验的同时还可以通过改变E或者R的值来改变流过LED的电流。

图1

在这里要指出的是对于LED电阻正反向测量时，采用万用表的种类不同，所采用的方法及所测的数值也会有所不同，仅可以作为判别极性的参考之用。

(2)函数信号发生器、示波器

函数信号发生器与示波器也是学生在学习仪器时所必须学习的两大器件，在与LED进行配合使用时只需做一下代换，将图1中的电动势换作函数信号发生器即可，适当的调节由信号源所产生的波形的幅值及频率，便可以使LED处于“闪烁”的状态，此时便可以利用示波器观察LED两端电压的波形，对比原始信号的波形，应该可以看到明显的“整流”现象。

另外，在进行函数信号发生器的介绍时常用的参数除了“幅值”、“频率”、“占空比”之外还有一个比较重要参数“直流电平”。这个参数有时往往被忽略，而恰恰又是这个参数在配合示波器观察时往往会出现输入耦合不匹配的问题。在“闪烁”状态LED的基础上开始直流电平的叠加会发现其闪烁状态会发生明显的变化，而对应LED两端的电压却有时不分发生任何的改变。“有时”的情况是发生在电压信号输入耦合为“AC”时，而正确的观察方法却是采用“DC”耦合进行观察，这样就可以看到实际作用在LED上的波形——叠加在直流信号上的交流信号。

(3)晶体管特性图示仪

这种仪器本来就是用来测量晶体管参数的，其上面也带有二极管的专用测量接口，对于这种仪器与LED的结合点，除了作为基本的测量工具之外，还可以抛出这样一个问题：如何利用三极管的测量插座来进行测量？在思考了图示仪的基本原理即“提供一定范围的线性扫描电压作横坐标，用来观察在此电压作用基础上的器件上的电压”之后，这一问题也就可迎刃而解了。

当然课上所教授的仪器不止于以上，所举的这些例子也只是提出一条主线教学的例子。当把这个例子，或者类似的例子举出来之后，试想如此一只小小的LED都有如此之多的用法，这样就可以尽量引起学生们对实际电子产品及仪器仪表使用的兴趣。而且相对于其它仪器设备而言，用LED来搭建电路不但简单，而且价格便宜，实验现象也很明显。

那么回到正题上来，当学生的兴趣已经得到激发，那么接下来大学生应该具备什么样的动手能力就摆在了桌面上。然而对于教师来说，这个问题就变成了“我们能教给学生什么样的动手能力”。在马克恩主义哲学中曾经提到：不掌握理论，联系实际就是一句空话；理论掌握不好，就不懂得如何去认识和把握实际，也就谈不上理论与实践相统一。这句话对于大学生来说，也常常反映了其学习方向的一个极端：一切以动手为主，拿到实验电路图，就开始“按图索骥”，以为只要按照参考电路图将电路搭建完毕，一切结果就应该“立竿见影”。这样的学生假以时日，就成为了一名“合格”的“装配工”。但只要实验内容出了一点点变化，学生将变得不知所措，究其原因：学生不知道在自己搭建的电路上出了什么问题。而帮助其解决问题的同学有时候也是一知半解。

下面还有一例是在进行电路设计中出现的问题，一位同学结合在模拟电路及单片机课上所学习的知识，打算选用BJT3904做一个可控开关来控制一组LED。如图2所示。程序的编写非常顺利，联合调试之后也可以正常工作，但所用的BJT3904三极管很烫。由于当时正在上相应的仪器仪表的使用，刚好讲到晶体管特性图示仪一节，讲解检查BJT三极管与LED二极管特性曲线的测绘，他就将这个问题提了出来，并给出了上面的电路图来进行说明，由于1只LED的电流约为20mA，则4只LED的电流上总共流过的电流为IC=4×20＝80mA，选取的R为10kΩ，则可以得到基极电流IB＝(5－0.7)/10＝0.43mA，那么只需选取β＝80/0.43≈186以上的管子就可以正常工作，而3904的放大倍数可以轻松达到这个数字。利用晶体管特性图示仪可以清楚的测得放大倍数在200以上，从测量结果上来说是不存在什么问题的。

图2

在下课之后，在网络上查阅了BJT3904的相关资料，我们发现直流电压增益(hFE)β不仅仅与温度有关，还与集电极电流IC有关，其曲线如图3所示，当集电极电流超过80mA时，β值迅速下降至60左右，这样就导致IB＞80/60＝1.5mA，所以R＜(5－0.7)/1.5≈2.87kΩ，于是将R更换，问题解决。

图3

通过以上LED相关的例子我想说明的是：作为现代大学生，其动手能力十分重要，但仅仅利用所学习的知识，有时仅能做到一知半解。就像上面的例子一样，在课堂上所学习的知识能解决的仅是基本的电路，但在实现的时候多数电路都会有一定的变形，那么就需要对其进一步的了解，比如相关的资料查找、识图能力，相关的元器件的测量与检测，配套的仪器仪表的使用等等。

综上所述，一只小小的LED折射出来的不仅仅是我们现在的学生动手能力有待提高，而且可以指出这些能力所获得的途径。我们需要的大学生所具备的动手能力，但不仅仅是动手，而且要可以手脑并用，可以自行去获得解决问题的方法，我们所需要的是可以解决问题的“现场工程师”，而不是在流水线上安放元件的“装配工”。作为教师我们所做的工作用一句中国的成语来说，就是“授人以渔”。但这并不仅仅是一个开始，老师给学生的不仅仅是“渔”，而且需要的学生自己培养“渔猎”的技巧，很多问题都是在大量动手练习中发现的。只有这么做了，才真正地意味着大学生综合实践能力的提高。

[1]周淑阁.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2004:51.

[2]任杰.谈谈BJT与MOSFET的开关特性[J].电子报,2012,6:78-82.