彭微

摘 要：該文針對生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)中存在的問題，從實驗內(nèi)容設(shè)置、實驗方式、實驗考核方式及實驗課堂管理方式四個方面進行了教學(xué)改革及實踐。具體做法為：通過精選實驗內(nèi)容而形成梯次的教學(xué)內(nèi)容體系，再利用項目驅(qū)動式實驗教學(xué)方式和多元化的考核方法調(diào)動學(xué)生的自主性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐思維，鍛煉學(xué)生的綜合運用知識能力和動手能力。通過兩年的教學(xué)實踐，該實驗課程的教學(xué)質(zhì)量和水平有了很大的提高，得到學(xué)生的一致好評。

關(guān)鍵詞：生物醫(yī)學(xué)工程 數(shù)字電子技術(shù)實驗 教學(xué)改革 項目驅(qū)動式

中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（b）-0143-03

生物醫(yī)學(xué)工程（biomedical engineering， BME）始于20世紀(jì)60年代，是一門理、工、醫(yī)高度交叉融合的新興邊緣學(xué)科，是電子、計算機、通信、智能儀器、傳感檢測、醫(yī)學(xué)儀器以及生物學(xué)、現(xiàn)代醫(yī)學(xué)等在生命科學(xué)中的應(yīng)用與融合?；卺t(yī)療器械新興產(chǎn)業(yè)對于醫(yī)學(xué)工程人員的巨大市場需求，湖北科技學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)主要培養(yǎng)醫(yī)療儀器的質(zhì)控、維護與研發(fā)及生物醫(yī)學(xué)信息采集、傳輸、處理、分析、存儲等方面的“厚基礎(chǔ)、多口徑、強能力、高素質(zhì)”的復(fù)合應(yīng)用型人才。為了讓學(xué)生具備醫(yī)學(xué)儀器的原理與構(gòu)造知識，具有進行操作、管理、質(zhì)量保證及醫(yī)學(xué)儀器初步設(shè)計與開發(fā)的能力，且能在生物醫(yī)學(xué)工程、電子技術(shù)、計算機與信息科學(xué)等領(lǐng)域從事教學(xué)、科研與開發(fā)工作，則要求學(xué)生必須具有扎實的電子技術(shù)基礎(chǔ)知識及較強的綜合運用能力和研究創(chuàng)新能力。為此，構(gòu)建以實驗、實訓(xùn)課程教學(xué)為主體的電子技術(shù)實驗教學(xué)中心，開展電子技術(shù)類實驗課程，培養(yǎng)學(xué)生電路分析、設(shè)計及應(yīng)用的能力是實現(xiàn)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的必備環(huán)節(jié)[1]。

電子技術(shù)實驗分為數(shù)字電子技術(shù)實驗和模擬電子技術(shù)實驗兩大類，本文針對本院數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)中曾經(jīng)存在的問題，從實驗內(nèi)容的設(shè)置、實驗教學(xué)方式方法的改進等方面進行了教學(xué)改革，以達(dá)到鞏固學(xué)生所學(xué)理論知識，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識、發(fā)現(xiàn)問題及解決問題的能力，且更大程度上提高學(xué)生電路設(shè)計、創(chuàng)新和實踐動手能力，從而提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

1 數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)曾存在的問題

在過去的幾年中，本院生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)曾存在以下幾個主要方面的問題。

（1）實驗內(nèi)容設(shè)置簡單。

數(shù)字電子技術(shù)實驗總學(xué)時為24學(xué)時，每2學(xué)時（90min）為一次課，設(shè)置了12個實驗項目。為了保證在2學(xué)時時間里順利完成實驗，實驗內(nèi)容大多過于簡單，且大部分為基礎(chǔ)驗證性實驗，缺乏綜合性設(shè)計性實驗項目，導(dǎo)致對學(xué)生的綜合能力鍛煉得不到顯著效果。且在后面的實驗過程中，由于學(xué)生已掌握基本實驗操作方法且實驗內(nèi)容過于簡單，實驗完成時間非常短，導(dǎo)致學(xué)生對實驗的重視程度降低，對教師的教學(xué)水平和態(tài)度表示質(zhì)疑。

（2）實驗教學(xué)方式方法傳統(tǒng)。

教師在實驗教學(xué)過程中過于依賴實驗指導(dǎo)書，按部就班的講解書上的實驗內(nèi)容，缺少啟發(fā)學(xué)生思考的行為?？刹捎檬裁捶椒?、什么芯片來實現(xiàn)電路，優(yōu)缺點有哪些；當(dāng)電路出現(xiàn)問題而得不到理想結(jié)果時，問題出現(xiàn)在哪里，如何測試電路，如何找出問題并解決問題；這些問題式、思考式的教學(xué)方法在以往的教學(xué)中體現(xiàn)較少。在實驗操作過程中，教師往往把一個實驗項目從頭到尾演示一遍，學(xué)生依葫蘆畫瓢，對實驗一知半解，不主動思考為什么這樣連接線路，出現(xiàn)問題更是無從下手，更談不上對實驗結(jié)果的分析與總結(jié)。這樣的教學(xué)方式不僅使理論知識得不到鞏固，動手能力也得不到提高，從而使得開展實驗課的意義得不到體現(xiàn)，與專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)要求相處甚遠(yuǎn)。

（3）實驗室教學(xué)管理沉悶。

實驗是個科學(xué)及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男袨?，一般情況下要求學(xué)生獨立完成實驗，但是很多教師在實驗室的管理上過于嚴(yán)格，不允許學(xué)生之間進行相互溝通與交流，實驗氛圍死氣沉沉。這樣雖然可以保證獨立性，但是在一定程度上也影響了實驗效果。有些學(xué)生甚至也不敢和任課教師進行交流，電路出現(xiàn)問題也無法解決，課后抄襲別人的實驗數(shù)據(jù)來完成實驗報告。

（4）考核方式不合理。

實驗教學(xué)考核方式不夠客觀，傳統(tǒng)的實驗考核以實驗報告為主要依據(jù)。由于實驗教學(xué)時，老師不可能同時監(jiān)督所有的實驗學(xué)生，所以抄襲的實驗數(shù)據(jù)及實驗報告的情況時有發(fā)生，致使一些學(xué)生養(yǎng)成了對別人的依賴心理及學(xué)習(xí)懶惰的壞習(xí)慣[2]。

數(shù)字電子技術(shù)實驗是一門邏輯性、實踐性、應(yīng)用性很強的課程，要求學(xué)生具備應(yīng)用系統(tǒng)分析、設(shè)計及制作的能力[3]?；谝陨显霈F(xiàn)的主要問題，在現(xiàn)階段的數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)中，該研究者進行了以下方面的教學(xué)改革與實踐。

2 實驗內(nèi)容改革

在實驗教學(xué)內(nèi)容上，從專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，全面修訂了實驗教學(xué)大綱，優(yōu)化實驗知識結(jié)構(gòu)，形成梯次的教學(xué)內(nèi)容體系，即基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗和創(chuàng)新設(shè)計性實驗。在實驗總學(xué)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(shè)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(xué)科交叉融合，尤其重視醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)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(xué)工程專業(yè)本科生所開設(shè)的數(shù)字電子技術(shù)實驗項目及學(xué)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(xué)時保持未變；從實驗內(nèi)容設(shè)置來看，實驗難度成梯度；實驗類型分為基礎(chǔ)驗證性、設(shè)計性和綜合創(chuàng)新設(shè)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(xué)生使用實驗箱和認(rèn)識芯片實物，向?qū)W生傳授實驗技巧，所需時間較多，因此設(shè)置的內(nèi)容稍簡單，讓學(xué)生的實驗過程既順利又充實而有成就感，從而激起學(xué)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(yīng)用設(shè)計，如果只是單純的芯片功能測試，就缺乏應(yīng)用訓(xùn)練，不利于后面相關(guān)設(shè)計性實驗的開展。實驗二和實驗三為組合邏輯電路設(shè)計，分為小規(guī)模和中規(guī)模，內(nèi)容上不重復(fù)，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(shè)計，考慮到難度稍難及根據(jù)往屆實驗情況，將其學(xué)時調(diào)為3學(xué)時，通過該實驗項目，學(xué)生對時序邏輯電路的設(shè)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(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)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(shè)置了一個采用經(jīng)典的模數(shù)綜合器件555定時器來構(gòu)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(shè)置。在實驗課程的最后，為了綜合考查學(xué)生知識運用、創(chuàng)新、動手操作及團隊合作能力，特設(shè)置了一個系統(tǒng)設(shè)計性實驗項目，如《交通燈控制電路設(shè)計》。該設(shè)計任務(wù)涉及到多個功能模塊，由于電路較復(fù)雜，設(shè)定學(xué)時為6學(xué)時，需要學(xué)生綜合運用所學(xué)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(xué)分為四個階段：基礎(chǔ)訓(xùn)練實驗階段、基礎(chǔ)設(shè)計實驗階段、綜合應(yīng)用訓(xùn)練階段和系統(tǒng)設(shè)計實驗階段。使學(xué)生從基本的實驗設(shè)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(shè)計調(diào)試到實踐創(chuàng)新能力都得到了訓(xùn)練。

3 實驗方式方法改革

在學(xué)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(chǔ)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(wù)。較簡單設(shè)計性實驗采用分立元件連接來構(gòu)建電路，既可以鍛煉學(xué)生動手能力，又可以在規(guī)定時間內(nèi)完成實驗。綜合設(shè)計性實驗由于難度最高，可讓學(xué)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(xué)生完成對實驗的理解，思路的建立。實驗方案的設(shè)計、實驗電路的搭建及問題的排解，要有學(xué)生自主完成。在實驗進行中，教師和學(xué)生各自的定位要準(zhǔn)確，教師主指導(dǎo)，注重培養(yǎng)學(xué)生的實驗興趣。在整堂實驗課中，要讓學(xué)生體現(xiàn)主動性，感受到“做中學(xué)”的樂趣。

由于實驗內(nèi)容大部分為設(shè)計性實驗，如果純粹依賴實驗指導(dǎo)書進行教學(xué)，較難達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生電路設(shè)計能力的目的。因此在現(xiàn)階段，采用項目驅(qū)動法[4]來開展實驗教學(xué)，具體做法為：開學(xué)初把數(shù)字電子技術(shù)實驗的所有實驗項目以電子文檔的形式發(fā)送給學(xué)生，每個設(shè)計性實驗只提供設(shè)計任務(wù)、設(shè)計要求和可供參考使用的芯片種類，設(shè)計方案和電路原理圖由學(xué)生自主完成。這樣既可以改善學(xué)生的懶惰思想，又可以實現(xiàn)課前預(yù)習(xí)、培養(yǎng)學(xué)生查閱參考文獻(xiàn)的和初步設(shè)計的能力。對于學(xué)時較長和難度較大的實驗項目，2～3名學(xué)生可組成小團隊，團隊成員在參閱大量參考文獻(xiàn)后進行小組討論，多次討論后確定設(shè)計方案。在電路構(gòu)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(dǎo)。經(jīng)過兩年的實踐發(fā)現(xiàn)，該實驗教學(xué)方法有效增強了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)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(xué)生不僅對相關(guān)知識有了更深刻的理解，也獲得了滿足感，極大提高了學(xué)生參與實驗的興趣。

4 實驗室教學(xué)管理改革

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

5 實驗考核方式改革

很多學(xué)生不重視數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)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(dǎo)致有些學(xué)生認(rèn)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(xué)生雖然每次實驗都出勤，但是在實驗室并不認(rèn)真做實驗，實驗報告抄襲他人。

基于這些現(xiàn)象，近兩年本院生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)開展的數(shù)字電子技術(shù)實驗考核方式做了如下改革。

（1）電子技術(shù)實驗單獨為一門課程。該課程成績中模擬電子技術(shù)實驗成績占50%，數(shù)字電子技術(shù)實驗成績占50%。就數(shù)字電子技術(shù)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(shè)計實驗考核成績占30%，實驗報告成績占20%。因此，學(xué)生的實驗態(tài)度與實驗?zāi)芰ψ畲蟪潭壬蠜Q定了其課程成績。這就使得絕大部分學(xué)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(shè)計實驗項目考核時，分模塊考核。比如在《交通燈控制電路設(shè)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(shè)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(xué)生信心的情況出現(xiàn)，又可以讓學(xué)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(xué)生的團隊合作能力和答辯能力進行了培養(yǎng)。

6 結(jié)語

通過采用設(shè)置梯次的實驗教學(xué)內(nèi)容、項目式開放式實驗教學(xué)方法及綜合式實驗考核方式等手段對生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)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(xué)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?zāi)芰?，且取得了較好的實驗教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 潘海軍，熊文元.數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)研究[J].時代教育，2011（3）：77-79.

[2] 陳俊梅，李文洪，周晉陽，等.生物醫(yī)學(xué)工程電子學(xué)實驗教學(xué)改革[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2010（2）：129-131.

[3] 吳羽，謝陳躍.數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)研究與實踐[J].牡丹江師范學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2011（3）：77-79.

[4] 施琴，陳軍，孫娣全，等.項目驅(qū)動教學(xué)法在電子技術(shù)實驗課程中的應(yīng)用研究[J].工業(yè)和信息化教育，2013（8）：19-24.