楊 宏，李國(guó)輝

（西安郵電大學(xué) 電子工程學(xué)院，陜西 西安 710121）

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等學(xué)校教學(xué)體系的重要組成部分［1］，它對(duì)學(xué)生的綜合能力培養(yǎng)起著十分重要的作用。為了促進(jìn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與發(fā)展，克服教育經(jīng)費(fèi)投入不足的困難，西安郵電大學(xué)鼓勵(lì)教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員發(fā)揚(yáng)自力更生、勤儉辦校的精神，充分利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室的條件，因地制宜地自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備［2］。

1 自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備的必要性

國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備在人才培養(yǎng)、科學(xué)研究等方面的作用進(jìn)行了一些探索。文獻(xiàn)［3］對(duì)自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備與提升實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的關(guān)系進(jìn)行了探討；文獻(xiàn)［4］論述了高校自制實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的作用；文獻(xiàn)［5］給出了自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備在專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用；文獻(xiàn)［6］就改進(jìn)和研制實(shí)驗(yàn)儀器、更好為實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)進(jìn)行了探討；文獻(xiàn)［7］介紹了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)及設(shè)備研制；文獻(xiàn)［8］和文獻(xiàn)［9］論述了優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室管理、提高實(shí)驗(yàn)室投資效益的問題。這些探索是有益的，但自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備如何更好地促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革還需進(jìn)一步探討。

自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備是教學(xué)改革的重要內(nèi)容，是本科教學(xué)工作優(yōu)秀學(xué)校評(píng)價(jià)的重要組成部分［10］。自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備直接推動(dòng)了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)體系及教學(xué)方法的改革，符合高校辦學(xué)的具體要求。自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備也是基礎(chǔ)課教師和基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室人員參加學(xué)校自擬科研課題的主要形式。

西安郵電大學(xué)作為以信息科學(xué)技術(shù)為特色，工、管、理、經(jīng)、文、法、藝多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的普通高等院校，如果沒有自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備的能力，就難以取得高水平的教學(xué)質(zhì)量。

2 科研與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備

筆者自制了實(shí)驗(yàn)設(shè)備“混沌實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”、“ARM實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”和“DSP實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”，運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中后取得了良好的效果。

2.1 自制混沌實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

根據(jù)混沌系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，利用運(yùn)算放大器、電壓比較器、電流傳輸器和模擬乘法器等電子器件設(shè)計(jì)混沌電路實(shí)驗(yàn)平臺(tái)［11］。混沌實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容包括：觀察電路輸出信號(hào)，觀察電路輸出的相圖及頻譜圖，設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的同步系統(tǒng)，混沌偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器等。

2.2 自制ARM實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

自制ARM嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的硬件主要包括電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、JTAG電路、LED控制電路、串口電路、SPI驅(qū)動(dòng)顯示電路、USB接口電路、I2C電路等。該平臺(tái)的實(shí)物如圖1所示。自制ARM嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要可以完成以下實(shí)驗(yàn)：蜂鳴器、流水燈、UART0、I2C、SPI、定時(shí)器、脈寬調(diào)制器、AD轉(zhuǎn)換器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、看門狗、中斷相關(guān)實(shí)驗(yàn)、步進(jìn)電機(jī)控制、μCOS－II基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（GPIO、UART1、SPI、ADC、DAC、I2C、RTC、PWM、LCD顯示漢字）。

圖1 ARM嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)物圖

2.3 自制DSP實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

自制DSP實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的硬件主要包括單片機(jī)系統(tǒng)電路、DSP系統(tǒng)電路、串口通信、音頻控制電路、外部中斷控制電路、USB控制電路、MP3解碼電路、LCD顯示電路、鍵盤電路等。該平臺(tái)的實(shí)物圖如圖2所示。自制DSP實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要可以完成以下實(shí)驗(yàn)：CpuTimer定時(shí)器實(shí)驗(yàn)、外擴(kuò)SRAM實(shí)驗(yàn)、擴(kuò)展中斷輸入實(shí)驗(yàn)、鍵盤掃描實(shí)驗(yàn)、MCBSP立體聲警報(bào)實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)卡發(fā)送接收實(shí)驗(yàn)、PCM格式和WAV格式歌曲播放實(shí)驗(yàn)、錄音回放實(shí)驗(yàn)、MP3音樂播放實(shí)驗(yàn)、LCD實(shí)驗(yàn)、FAT16實(shí)驗(yàn)。

圖2 DSP實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)物圖

3 自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備的各種措施

（1）制定政策，保證自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備經(jīng)費(fèi)的落實(shí)；在晉級(jí)晉職時(shí)，自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備項(xiàng)目的主持人予以優(yōu)先。

（2）嚴(yán)格審批，確保自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備項(xiàng)目的實(shí)施。自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備以立項(xiàng)形式管理，每年審批一次。申請(qǐng)的項(xiàng)目必須是為了本校教學(xué)計(jì)劃內(nèi)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、方法及手段的改革和增開新的教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等方面需要自制的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。申請(qǐng)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人應(yīng)具有中級(jí)以上職稱，且必須經(jīng)過充分的可行性論證，填寫“自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備項(xiàng)目申請(qǐng)表”，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室主任及院（系）主管領(lǐng)導(dǎo)審核、簽署意見后，報(bào)送教務(wù)處，再由教務(wù)處組織有關(guān)專家評(píng)審。評(píng)審工作嚴(yán)格遵循獨(dú)創(chuàng)性、實(shí)用性、先進(jìn)性、可行性和經(jīng)濟(jì)性的原則，確定自制項(xiàng)目的立項(xiàng)并落實(shí)經(jīng)費(fèi)，明確項(xiàng)目進(jìn)度和項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的責(zé)任，促使研制者達(dá)到項(xiàng)目的預(yù)期目的。

（3）總結(jié)推廣，持續(xù)開展自制和改制教學(xué)儀器設(shè)備的工作。

4 自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備的效果

自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備節(jié)約了經(jīng)費(fèi)、鍛煉了教工隊(duì)伍、提高了教學(xué)質(zhì)量、促進(jìn)了學(xué)生就業(yè)，取得了良好的效果。

（1）拓寬了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。為了滿足教學(xué)改革對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的數(shù)量和檔次的新要求，廣大教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員以主人翁的責(zé)任感自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備，保證了實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要。

（2）鍛煉了實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊(duì)伍，提高了教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)。開展自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備的過程也是鍛煉隊(duì)伍的過程。每項(xiàng)自制設(shè)備，教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員都要自己搜集資料、進(jìn)行設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試，同時(shí)還要將實(shí)驗(yàn)裝置的研制改造和編寫實(shí)驗(yàn)教材結(jié)合起來。這些要求，促使每位研制人員不斷拓寬知識(shí)面，在實(shí)踐中增長(zhǎng)才干，提高自己的理論水平和技術(shù)水平。

（3）提高了學(xué)生綜合設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究能力。自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備，除了依靠教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員外，還適當(dāng)吸收部分本科生參加。學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)室開放或畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)參與研制實(shí)驗(yàn)設(shè)備，加強(qiáng)了工程實(shí)踐能力的鍛煉與培養(yǎng)。

（4）加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。通過對(duì)自制設(shè)備的研制，實(shí)驗(yàn)室的規(guī)模不斷擴(kuò)大，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)室的實(shí)力和影響力。

5 結(jié)束語

自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的促進(jìn)作用已毋庸置疑。自行研制新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的組織與實(shí)踐，不但使實(shí)驗(yàn)室引進(jìn)了新的技術(shù)，還使教師的業(yè)務(wù)能力得到鍛煉，增長(zhǎng)了新的技能，增加了工作的成就感，同時(shí)使理論與實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合，為解決教學(xué)中的問題打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。高校自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備，必將對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)產(chǎn)生積極的影響。

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