生物醫(yī)學工程專業(yè)實驗教學研究

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1實驗內(nèi)容改革

在實驗教學內(nèi)容上,從專業(yè)培養(yǎng)目標出發(fā),全面修訂了實驗教學大綱,優(yōu)化實驗知識結(jié)構,形成梯次的教學內(nèi)容體系,即基礎性實驗、綜合性實驗和創(chuàng)新設計性實驗。在實驗總學時保持不變的前提下,減少驗證性實驗項目,增加了綜合性、設計性實驗項目,并且注重實驗項目課程內(nèi)綜合更新、課程間重組以及跨學科交叉融合,尤其重視醫(yī)學和生物醫(yī)學工程專業(yè)知識綜合運用能力和研究創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。近兩年,面向本院生物醫(yī)學工程專業(yè)本科生所開設的數(shù)字電子技術實驗項目及學時分配如表1所示。從表1可知:實驗項目從12個減少到9個,但是總學時保持未變;從實驗內(nèi)容設置來看,實驗難度成梯度;實驗類型分為基礎驗證性、設計性和綜合創(chuàng)新設計性三種。純粹的驗證性實驗只有2個,分別為實驗一邏輯門測試和實驗四觸發(fā)器功能測試。實驗一為第一次實驗課,先要教會學生使用實驗箱和認識芯片實物,向?qū)W生傳授實驗技巧,所需時間較多,因此設置的內(nèi)容稍簡單,讓學生的實驗過程既順利又充實而有成就感,從而激起學生的實驗興趣。實驗五分為兩個部分:先驗證計數(shù)器及寄存器邏輯功能,隨后重點完成常用計數(shù)器芯片74LS161和寄存器芯片74LS194的擴展應用設計,如果只是單純的芯片功能測試,就缺乏應用訓練,不利于后面相關設計性實驗的開展。實驗二和實驗三為組合邏輯電路設計,分為小規(guī)模和中規(guī)模,內(nèi)容上不重復,電路的實現(xiàn)從采用邏輯門升級到采用中規(guī)模集成芯片。實驗六為經(jīng)典的時序邏輯電路設計,考慮到難度稍難及根據(jù)往屆實驗情況,將其學時調(diào)為3學時,通過該實驗項目,學生對時序邏輯電路的設計流程、動作特點及測試方式有了更深刻的理解。實驗七為綜合性實驗,主要進行綜合實踐訓練,培養(yǎng)學生綜合運用知識的能力。時鐘脈沖信號在數(shù)字電路的工作中起控制作用,因此,特設置了一個采用經(jīng)典的模數(shù)綜合器件555定時器來構建簡易時鐘脈沖信號源的實驗項目。前八個實驗基本涵蓋了數(shù)字電路理論內(nèi)容,且按照理論課章節(jié)順序來設置。在實驗課程的最后,為了綜合考查學生知識運用、創(chuàng)新、動手操作及團隊合作能力,特設置了一個系統(tǒng)設計性實驗項目,如《交通燈控制電路設計》。該設計任務涉及到多個功能模塊,由于電路較復雜,設定學時為6學時,需要學生綜合運用所學知識來實現(xiàn),作為實驗課程考核部分之一。綜上,整個實驗教學分為四個階段:基礎訓練實驗階段、基礎設計實驗階段、綜合應用訓練階段和系統(tǒng)設計實驗階段。使學生從基本的實驗設備和器件的使用、實驗數(shù)據(jù)的處理、知識的綜合運用、電路設計調(diào)試到實踐創(chuàng)新能力都得到了訓練。

2實驗方式方法改革

在學生掌握了常用的實驗儀器如數(shù)字電路實驗箱、萬用表、信號發(fā)生器等的使用方法,熟識了常用的集成電路芯片的基礎上,結(jié)合各實驗項目的要求及特點,采用多種實驗方式來完成實驗。驗證性實驗可只用數(shù)字電路實驗箱來實現(xiàn),多個芯片同時在實驗箱上連接,連線方便,費時較短,一次實驗課中可以完成多個任務。較簡單設計性實驗采用分立元件連接來構建電路,既可以鍛煉學生動手能力,又可以在規(guī)定時間內(nèi)完成實驗。綜合設計性實驗由于難度最高,可讓學生用軟件仿真出電路原理圖,然后制作PCB板,實現(xiàn)電路實物。課程開始時教師講授的時間不易超過15min,主要幫助學生完成對實驗的理解,思路的建立。實驗方案的設計、實驗電路的搭建及問題的排解,要有學生自主完成。在實驗進行中,教師和學生各自的定位要準確,教師主指導,注重培養(yǎng)學生的實驗興趣。在整堂實驗課中,要讓學生體現(xiàn)主動性,感受到“做中學”的樂趣。由于實驗內(nèi)容大部分為設計性實驗,如果純粹依賴實驗指導書進行教學,較難達到培養(yǎng)學生電路設計能力的目的。因此在現(xiàn)階段,采用項目驅(qū)動法來開展實驗教學,具體做法為:開學初把數(shù)字電子技術實驗的所有實驗項目以電子文檔的形式發(fā)送給學生,每個設計性實驗只提供設計任務、設計要求和可供參考使用的芯片種類,設計方案和電路原理圖由學生自主完成。這樣既可以改善學生的懶惰思想,又可以實現(xiàn)課前預習、培養(yǎng)學生查閱參考文獻的和初步設計的能力。對于學時較長和難度較大的實驗項目,2～3名學生可組成小團隊,團隊成員在參閱大量參考文獻后進行小組討論,多次討論后確定設計方案。在電路構建及測試過程中,每個成員都必須積極參與,教師也給予一些必要性的指導。經(jīng)過兩年的實踐發(fā)現(xiàn),該實驗教學方法有效增強了學生的自主學習能力、分析問題及解決問題能力、自我管理能力、團隊合作能力和創(chuàng)新實踐能力。每次實驗完成之后,學生不僅對相關知識有了更深刻的理解,也獲得了滿足感,極大提高了學生參與實驗的興趣。

3實驗室教學管理改革

對于任何一個實驗項目,都允許并鼓勵學生之間相互交流,教師作為引導者雖不過多干預學生的實驗過程,但是也積極關注他們的實驗進度,認真聆聽他們的實驗想法,適時給出建議,甚至和學生進行熱烈討論,幫助他們構建更正確的實驗方案。當學生搭建的電路不能正常工作時,不過多責備,反而是啟發(fā)他們自己尋找問題的所在,鼓勵學生多思路分析問題。因此,實驗室的氛圍既嚴謹又活躍,絕大部分學生都非常專注的投入到實驗中,實驗效果理想率可達到95%以上,實驗數(shù)據(jù)抄襲的現(xiàn)象非常少。

4實驗考核方式改革

很多學生不重視數(shù)字電子技術實驗教學的原因之一就是其考核方式不太合理,實驗成績要么只占數(shù)字電路課程成績的百分之二十,要么只由實驗報告的成績和平時考勤成績組成,導致有些學生認為只要期末考試卷面成績高就行,實驗做不做問題不大,有些學生雖然每次實驗都出勤,但是在實驗室并不認真做實驗,實驗報告抄襲他人?；谶@些現(xiàn)象,近兩年本院生物醫(yī)學工程專業(yè)開展的數(shù)字電子技術實驗考核方式做了如下改革。

(1)電子技術實驗單獨為一門課程。該課程成績中模擬電子技術實驗成績占50%,數(shù)字電子技術實驗成績占50%。就數(shù)字電子技術實驗成績而言,平時出勤率僅占10%,實驗過程中的表現(xiàn)占40%,系統(tǒng)設計實驗考核成績占30%,實驗報告成績占20%。因此,學生的實驗態(tài)度與實驗能力最大程度上決定了其課程成績。這就使得絕大部分學生能以正確、積極的態(tài)度來對待實驗課程,并盡量通過自主努力完成實驗。

(2)系統(tǒng)設計實驗項目考核時,分模塊考核。比如在《交通燈控制電路設計》實驗項目中,總分100分,完成時鐘信號源電路模塊,得10分;完成定時器模塊,得25分;完成控制器模塊,得40分;完成譯碼驅(qū)動器模塊,得15分;設計方案闡述和回答教師提問部分完成,得10分。這樣不僅避免由于電路硬件原因?qū)е码娐废到y(tǒng)最終實驗效果不理想而得零分,打擊學生信心的情況出現(xiàn),又可以讓學生在實驗過程中能逐級測試電路,保證最后的電路系統(tǒng)效果理想,且對學生的團隊合作能力和答辯能力進行了培養(yǎng)。

5結(jié)語

通過采用設置梯次的實驗教學內(nèi)容、項目式開放式實驗教學方法及綜合式實驗考核方式等手段對生物醫(yī)學工程專業(yè)數(shù)字電子技術實驗教學模式進行了改革,改變了以往單一性的、被動的、以教師為主體的實驗教學方式,真正提高了分析問題和解決問題、綜合運用知識、實踐動手及創(chuàng)新思維等多方面的實驗能力,且取得了較好的實驗教學效果。

作者：彭微 單位：湖北科技學院生物醫(yī)學工程學院