陳建容 陳惠濱

[摘要] 《智能儀器》是我校信息工程電子類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)的一門(mén)必修課程,本文介紹了對(duì)《智能儀器》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的嘗試,并對(duì)《智能儀器》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的要求、目的、效果做了明確的分析和小結(jié)。

[關(guān)鍵詞] 智能儀器 設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn) 改革

一、引言

《智能儀器》是我校信息工程電子類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)的一門(mén)必修課程,該課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐性、專(zhuān)業(yè)性、應(yīng)用性,因而,實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的安排、設(shè)置在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中尤為重要,為使該課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性,真正達(dá)到對(duì)學(xué)生的動(dòng)手、分析、解決問(wèn)題的能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng),本學(xué)期筆者對(duì)《智能儀器》課程的實(shí)驗(yàn)性質(zhì)、內(nèi)容和方法進(jìn)行了認(rèn)真的研究,根據(jù)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)、發(fā)展需求,嘗試對(duì)原有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行改革和創(chuàng)新,并在實(shí)施過(guò)程中,不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn),改進(jìn)和充實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,從而達(dá)到了改革的預(yù)期目的。

二、特點(diǎn)

這次《智能儀器》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,圍繞這個(gè)目的,我們主要做了以下工作:

1.實(shí)驗(yàn)性質(zhì)定位

眾所周知,高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容定位不外乎為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn),這三種實(shí)驗(yàn)在教學(xué)過(guò)程中起著不同的作用:驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)主要是通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證有關(guān)理論結(jié)果,幫助學(xué)生加深對(duì)課堂理論知識(shí)的理解,通常這類(lèi)實(shí)驗(yàn)有詳細(xì)的指導(dǎo)手冊(cè)和步驟,學(xué)生只要按部就班就可以很快地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)了;設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)通常是指在課程教學(xué)中為了證明某一現(xiàn)象(或結(jié)果)而讓學(xué)生動(dòng)手創(chuàng)造(設(shè)計(jì))條件,以便觀察某一現(xiàn)象(或結(jié)果)變化及運(yùn)行的過(guò)程,由于學(xué)生的知識(shí)和閱歷有限,一般地說(shuō)要真正獨(dú)立設(shè)計(jì)一個(gè)有影響力的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是困難的,因而這類(lèi)實(shí)驗(yàn)通常在實(shí)驗(yàn)教材中有所提示,或由指導(dǎo)教師提供部分方案讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理,方法,過(guò)程等進(jìn)行再設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)有助于提高學(xué)生的素質(zhì),提高動(dòng)手動(dòng)腦的能力,但受課程限制,這類(lèi)實(shí)驗(yàn)不宜過(guò)大難度也有所限制;綜合性實(shí)驗(yàn)通常由一系列的單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)組成,每個(gè)單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)都為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的總目標(biāo)服務(wù),它們既是獨(dú)立的又是關(guān)聯(lián)的,這一系列實(shí)驗(yàn)就構(gòu)成一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn),這就要求學(xué)生除了要學(xué)好本課程外,還應(yīng)學(xué)好相關(guān)課程,綜合性實(shí)驗(yàn)通常又和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相關(guān),當(dāng)需要證明一個(gè)新的命題或一種新的事實(shí)時(shí),就需要設(shè)計(jì)一系列新的實(shí)驗(yàn),在這種情況下,多個(gè)單個(gè)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)組成了設(shè)計(jì)性綜合型實(shí)驗(yàn),這類(lèi)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)實(shí)施上無(wú)論是對(duì)學(xué)生還是教師,對(duì)實(shí)驗(yàn)室的軟硬件要求相對(duì)是比較高的,但它對(duì)教學(xué)的促進(jìn),對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)卻是實(shí)實(shí)在在的。

按照《智能儀器》課程教學(xué)要求和改革思路,我們認(rèn)為經(jīng)過(guò)兩年多的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí),學(xué)生已基本掌握與課程有關(guān)的電子技術(shù)、傳感器、信號(hào)處理、單片機(jī)、計(jì)算機(jī)軟硬件等知識(shí),通過(guò)學(xué)習(xí)智能儀器基礎(chǔ)知識(shí),理解儀器基本原理,掌握智能儀器主要技術(shù)和設(shè)計(jì)方法,學(xué)生有一定能力綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技術(shù),可直接開(kāi)展設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn);同時(shí)我們對(duì)實(shí)驗(yàn)室的軟硬件設(shè)備進(jìn)行了評(píng)估,認(rèn)為近年來(lái)學(xué)校加大對(duì)實(shí)驗(yàn)室軟硬件的建設(shè),購(gòu)置多臺(tái)先進(jìn)的儀器設(shè)備,能基本滿(mǎn)足課程建設(shè)發(fā)展需要,因而可不再像過(guò)去那樣,先驗(yàn)證性后設(shè)計(jì),然后再做綜合性實(shí)驗(yàn),可直接進(jìn)入設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn),以提高學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力和充分發(fā)揮、有效利用先進(jìn)的儀器設(shè)備,為學(xué)生走向社會(huì)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選題

當(dāng)課程實(shí)驗(yàn)定位為設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)后,實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容選擇就更為重要。選題的原則是實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容必須建立在本課程教學(xué)要求的基礎(chǔ)上,盡量接近工程實(shí)際應(yīng)用和該課程發(fā)展前沿,并結(jié)合理論課程的教學(xué),由部分功能模塊逐漸形成一個(gè)包括軟件和硬件的完整系統(tǒng)。為此,我們提出多個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選題,供學(xué)生選擇。如選題之一:在每日的12:31:00,由DAC0832送出的模擬電壓,讓AD0809采集,要求在液晶顯示器顯示時(shí)間,在LED上顯示數(shù)據(jù)采集的結(jié)果,驗(yàn)證輸入量跟輸出量之間的關(guān)系;同時(shí)將AD0809采集的數(shù)據(jù),通過(guò)串行通信方式發(fā)送到另外一臺(tái)單片機(jī),并由另外一臺(tái)單片機(jī)的DAC0832送出來(lái),比較采集的模擬量跟輸出的模擬量之間的關(guān)系。這個(gè)選題涵蓋了AD/DA轉(zhuǎn)換,串行通訊、遠(yuǎn)程控制方法、I2C總線、時(shí)鐘芯片控制、LED、LCD控制等內(nèi)容,將本課程與單片機(jī)、計(jì)算機(jī)等相關(guān)課程有機(jī)的結(jié)合起來(lái),給學(xué)生提供一個(gè)較大的思維空間,便于學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

3.集中安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間

由于實(shí)驗(yàn)改為設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn),原來(lái)每個(gè)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)兩學(xué)時(shí)已不夠用,為確保實(shí)驗(yàn)的連貫性,提高實(shí)驗(yàn)效率,同時(shí)考慮設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)與課程教學(xué)進(jìn)程有關(guān),原則上放在課程進(jìn)程即將結(jié)束或結(jié)束時(shí)較為合適,為此我們適當(dāng)調(diào)整課程,集中安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間,從時(shí)間上保證設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)的實(shí)施。

三、設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)的實(shí)施

1.明確的指導(dǎo)思想

首先我們明確地告訴學(xué)生實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)思想,就是為了更好地運(yùn)用本課程與相關(guān)課程知識(shí)和技術(shù),提高學(xué)生軟硬件綜合應(yīng)用能力,為學(xué)生提供一個(gè)創(chuàng)新空間,借此進(jìn)一步鞏固所學(xué)知識(shí);其次明確地告訴學(xué)生《智能儀器》課程的設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程,為達(dá)到設(shè)計(jì)要求,提高效率,一定要遵循正確的設(shè)計(jì)原則、依照科學(xué)的研制步驟和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度來(lái)開(kāi)展工作,在設(shè)計(jì)過(guò)程中要注意系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性。為此我們提醒學(xué)生注意在硬件或軟件設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)把復(fù)雜的、難處理的問(wèn)題,分為若干個(gè)較簡(jiǎn)單的、容易處理的問(wèn)題,然后再一個(gè)個(gè)地加以解決,注意合理選擇元器件等事項(xiàng),并制定了《智能儀器》課程的設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)意見(jiàn),供學(xué)生參考。

2.調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性,鼓勵(lì)創(chuàng)新

在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選題上,我們只給出選題,只提供基本的設(shè)計(jì)思想和要求,不提供具體的、詳細(xì)的方案、電路與相關(guān)程序以及實(shí)施步驟,為學(xué)生留下較大的思維空間,學(xué)生通過(guò)自己查閱有關(guān)資料,自定設(shè)計(jì)方案、選擇芯片、設(shè)計(jì)電路、選擇軟件、編制相應(yīng)的程序以及選擇實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行安裝,調(diào)試等,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,作好實(shí)驗(yàn)記錄,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析,寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。整個(gè)設(shè)計(jì)調(diào)試過(guò)程學(xué)生都是主角,這樣做的目的,就是為了調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,以利于自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。如時(shí)鐘芯片選擇上,有的同學(xué)選擇PCF8563芯片,這種芯片我們過(guò)去從沒(méi)介紹過(guò)在實(shí)驗(yàn)中也沒(méi)使用過(guò),我們就讓學(xué)生查閱PCF8563芯片的有關(guān)資料,讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中自己解決時(shí)鐘控制問(wèn)題;又如在編程過(guò)程中,有的同學(xué)認(rèn)為用匯編語(yǔ)言比較繁瑣,就自學(xué)C51編程;實(shí)驗(yàn)課結(jié)束后,及時(shí)進(jìn)行總結(jié),對(duì)完全達(dá)到課程設(shè)計(jì)要求的、有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)進(jìn)行表彰,對(duì)部分達(dá)到課程設(shè)計(jì)要求的、有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)的給予鼓勵(lì),對(duì)因方案不完全成熟或受器件限制沒(méi)有完成設(shè)計(jì)的失敗者我們也不是一棍子打死,而是告訴他們實(shí)驗(yàn)是允許失敗的,關(guān)鍵是要從失敗中汲取經(jīng)驗(yàn),學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)軟硬件協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)能力,進(jìn)一步鞏固了專(zhuān)業(yè)知識(shí),建立了“我能”的自信心,達(dá)到我們課程實(shí)驗(yàn)改革的目的。

3.指導(dǎo)教師充分發(fā)揮“指”和“導(dǎo)”的作用

設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供一個(gè)較大的思維空間,便于學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì),但這并不意味在這過(guò)程中放任學(xué)生自由,教師無(wú)事可干,相反鑒于過(guò)去做綜合性實(shí)驗(yàn)時(shí),學(xué)生反映做這類(lèi)實(shí)驗(yàn),耗時(shí)長(zhǎng),精力花費(fèi)大,因而在這一過(guò)程中,不能單靠學(xué)生忙乎,要充分發(fā)揮教師“指”和“導(dǎo)”的作用,寓教學(xué)于實(shí)驗(yàn)中。在前期準(zhǔn)備工作中,給學(xué)生提供適當(dāng)實(shí)驗(yàn)室軟硬件資源,提供各種參考書(shū)籍和專(zhuān)業(yè)網(wǎng)站,教學(xué)生學(xué)會(huì)獨(dú)立進(jìn)行資料收集、分析,了解課程的最新資料與發(fā)展趨勢(shì);認(rèn)真審核學(xué)生的設(shè)計(jì)方案,當(dāng)設(shè)計(jì)方案有問(wèn)題時(shí)不是指責(zé)學(xué)生,而是和學(xué)生一起分析、探討,只要方案有可行之處,就鼓勵(lì)學(xué)生,尊重學(xué)生選擇,要大膽創(chuàng)新,不要怕失敗,因?yàn)槭∮袝r(shí)也是一種收獲,真正做到讓學(xué)生唱主角,對(duì)有畏難情緒的學(xué)生,更是多一份關(guān)心,根據(jù)具體情況加強(qiáng)指導(dǎo)。

4.開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室

對(duì)一些提前做好設(shè)計(jì)調(diào)試準(zhǔn)備工作的學(xué)生,可提前進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,提供相應(yīng)的軟硬件設(shè)備,讓學(xué)生按照其方案去做,以鼓勵(lì)、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性

5.制定合理的考核標(biāo)準(zhǔn)

主要分三部分考核:

前期準(zhǔn)備(20%):主要考核學(xué)生是否能根據(jù)所學(xué)知識(shí)以及課題要求查閱、收集有關(guān)資料,并進(jìn)行綜合分析,自定設(shè)計(jì)方案,自行處理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的一切問(wèn)題,以及方案分析、可行性等

設(shè)計(jì)調(diào)試過(guò)程(50%):主要考核、驗(yàn)證學(xué)生設(shè)計(jì)調(diào)試結(jié)果,分別檢查每個(gè)模塊,電路設(shè)計(jì)是否完整、正確、可行、實(shí)用,編制出軟件程序,是否調(diào)試通過(guò),綜合調(diào)試是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求等

實(shí)驗(yàn)報(bào)告(30%):要求根據(jù)設(shè)計(jì)方案和課題要求寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告,內(nèi)容包括方案設(shè)計(jì)依據(jù),闡述軟硬件設(shè)計(jì)思想,畫(huà)出實(shí)驗(yàn)原理圖和程序流程圖,測(cè)試方法及有關(guān)數(shù)據(jù)分析,提供有效的程序清單和文檔,以及設(shè)計(jì)調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題和解決辦法。

四、思考與小結(jié)

通過(guò)《智能儀器》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革嘗試,我們注意到該專(zhuān)業(yè)兩個(gè)班級(jí)60多人有25%的同學(xué)較好地完成設(shè)計(jì)調(diào)試任務(wù),50%的學(xué)生基本或部分完成設(shè)計(jì)調(diào)試任務(wù),盡管有些學(xué)生未完成任務(wù)也不氣餒,他們從失敗中汲取了經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),得到了鍛煉,學(xué)生嘗到了創(chuàng)新教育的甜頭:學(xué)生反映他們學(xué)到了許多課堂上學(xué)不到的知識(shí),開(kāi)拓了視野,增強(qiáng)了自信心,對(duì)專(zhuān)業(yè)的發(fā)展和個(gè)人未來(lái)的發(fā)展有了新的評(píng)價(jià),我們發(fā)現(xiàn),那些較好地完成設(shè)計(jì)調(diào)試任務(wù)學(xué)生深受用人單位的青睞,有學(xué)生告訴我,他到某大國(guó)企應(yīng)聘,由于有這次設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)的經(jīng)歷,對(duì)自己充滿(mǎn)信心,能嫻熟地回答有關(guān)專(zhuān)業(yè)問(wèn)題,順利地被錄用。同樣創(chuàng)新教育也為教師注入新的活力:在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,有些學(xué)生設(shè)計(jì)思路新穎,有超前意識(shí),這對(duì)教師是個(gè)促進(jìn),教師、學(xué)生互相學(xué)習(xí),使得師生之間的溝通更密切,交流更頻繁,互動(dòng)更有效。

改革嘗試讓我們收益匪淺,在下一步的改革中要注意完善:一是準(zhǔn)確把握選題難易程度,選題難易程度把握不準(zhǔn),太易,學(xué)生輕而易舉地完成設(shè)計(jì)任務(wù)達(dá)不到課程教學(xué)目的;太難,學(xué)生完不成設(shè)計(jì)任務(wù)容易產(chǎn)生挫敗感,甚至?xí)霈F(xiàn)抄襲現(xiàn)象;二是不打無(wú)準(zhǔn)備之仗,有個(gè)別學(xué)生未做好前期工作,等到集中實(shí)驗(yàn)時(shí)再做準(zhǔn)備,結(jié)果手慌腳亂,心情浮躁,影響實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行,因而,學(xué)生要早做好前期準(zhǔn)備工作;三是做好實(shí)驗(yàn)總結(jié);四是加強(qiáng)、增加實(shí)踐訓(xùn)練,尤其是硬件設(shè)計(jì),培養(yǎng)學(xué)生軟硬件協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)能力;五是要讓學(xué)生逐步參與課程的設(shè)計(jì),讓實(shí)驗(yàn)課成為一個(gè)平臺(tái),通過(guò)這個(gè)平臺(tái),達(dá)到“以基本能力訓(xùn)練為基礎(chǔ),以綜合素質(zhì)培養(yǎng)為核心,以創(chuàng)新精神教育為主線,明確實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù),更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段,強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核,提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量”,使《智能儀器》課程教學(xué)更上一個(gè)臺(tái)階。

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