劉復(fù)玉, 郝憲鋒, 陳 璨, 李 林

(中國石油大學(xué)(華東) 信息與控制工程學(xué)院, 山東 青島 266580)

近年來我國許多高校進(jìn)行工程教育專業(yè)認(rèn)證,這不僅是工程教育改革的必然趨勢和內(nèi)在要求,也是各高校促進(jìn)專業(yè)建設(shè)、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的契機(jī)[1-2]。我國的大學(xué)教育現(xiàn)在正從精英教育向大眾教育轉(zhuǎn)變,換句話說也就是從知識型人才培養(yǎng)向工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變,只有培養(yǎng)更多“能解決實(shí)際問題,具有較強(qiáng)的實(shí)踐動手能力”的人才才能符合時(shí)代特色和社會需求。我校信息與控制工程學(xué)院從2014年開始進(jìn)行工程教育專業(yè)認(rèn)證,為了改善實(shí)驗(yàn)室硬件條件和環(huán)境,先后投資數(shù)百萬元更新實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備,與此同時(shí)也有相應(yīng)數(shù)量的廢舊設(shè)備和儀器需要報(bào)廢和處理。這些廢舊儀器和設(shè)備品種眾多,如果僅僅按照過去的設(shè)備報(bào)廢和處理程序,交給相應(yīng)的回收企業(yè)簡單處理,這些廢舊設(shè)備和儀器殘值很少。這些設(shè)備因?yàn)槟晗藓透聯(lián)Q代等原因退出正常教學(xué),但是并不意味著這些廢舊設(shè)備毫無再利用的價(jià)值，相反在提高學(xué)生動手能力,增強(qiáng)系統(tǒng)意識和工程意識方面還大有用處?；诖?課題組圍繞著報(bào)廢設(shè)備和儀器做了一些嘗試[3-5]。

1 儀器和設(shè)備實(shí)物展示

因電子技術(shù)發(fā)展設(shè)備需要更新?lián)Q代,或者儀器設(shè)備到了需要報(bào)廢的年限,實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心需要定期購入新設(shè)備,淘汰廢舊的老設(shè)備。以2014年為例,實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心共有數(shù)十種儀器和設(shè)備退出了正常的教學(xué)和科研進(jìn)行報(bào)廢處理。這些儀器設(shè)備品種多、門類齊全,例如有示波器、直流電源、信號發(fā)生器等,而這些儀器設(shè)備有些型號或者種類因課程的改革或者技術(shù)的進(jìn)步等,在今后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不再使用。如果這些報(bào)廢的設(shè)備只是簡單地全部交給回收企業(yè)處理掉,新入校的學(xué)生就很少有機(jī)會再看到以前舊型號設(shè)備的實(shí)物了,失去了歷史傳承,不能從電子儀器和設(shè)備的更新?lián)Q代了解電子技術(shù)發(fā)展歷程[6-7]。因此在實(shí)驗(yàn)室專門留出空間,把部分典型的廢舊儀器設(shè)備樣品進(jìn)行實(shí)物展示,如圖1所示。

圖1 儀器設(shè)備實(shí)物展示圖

通過把不同時(shí)代的實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備、電子產(chǎn)品等進(jìn)行系列展示,學(xué)生既了解了電子技術(shù)的發(fā)展,又感受到了實(shí)驗(yàn)室硬件條件的不斷改善。例如把大家都非常熟悉的示波器按照年代進(jìn)行集中展示,既有報(bào)廢的老式的模擬示波器又有較新的數(shù)字示波器；把歷屆學(xué)生的實(shí)習(xí)作品收音機(jī)進(jìn)行展示,有電子管的、晶體管的,還有集成電路的,這樣的展示不但對現(xiàn)在的學(xué)生是啟迪和教育,同時(shí)對完成這些作品的已畢業(yè)的學(xué)生也留下了一份情懷和紀(jì)念。

2 報(bào)廢實(shí)驗(yàn)設(shè)備和認(rèn)識實(shí)習(xí)

依據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),很多學(xué)生對自己所用的實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)部的結(jié)構(gòu)很感興趣,希望打開實(shí)驗(yàn)箱了解一下內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和所用器件,然而,常規(guī)的教學(xué)主要是傳授學(xué)生如何使用這些儀器設(shè)備進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn),而對這些儀器設(shè)備本身的工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)注很少,甚至直接忽略。這既有主觀原因也有客觀原因,主要還是這些儀器設(shè)備價(jià)值不菲,不可能讓學(xué)生隨便拆卸,研究內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和功能。而對于報(bào)廢的設(shè)備來說就不存在這個(gè)問題,實(shí)驗(yàn)中心設(shè)立了專門的認(rèn)識實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)室,把歷年來淘汰下來的廢舊實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備創(chuàng)造性地轉(zhuǎn)化為學(xué)生可以隨便拆卸的實(shí)習(xí)工具和認(rèn)識載體,不用擔(dān)心損壞設(shè)備或者不能恢復(fù)等問題造成心理壓力,學(xué)生可以放開手腳大膽嘗試[8]。在這一過程中,學(xué)生除了鍛煉了動手能力外,還收獲了很多常規(guī)實(shí)驗(yàn)學(xué)不到的知識和能力:

(1) 通過打開設(shè)備外殼,可以認(rèn)識具體的器件,把一個(gè)一個(gè)電子器件的符號具體化。例如以前學(xué)習(xí)示波器的工作原理時(shí),內(nèi)部結(jié)構(gòu)只能通過圖片和文字抽象學(xué)習(xí),學(xué)生根本沒有具體的概念,只能憑空想象。通過拆解報(bào)廢的示波器,學(xué)生可以很清楚地看到示波管及其顯示電路、垂直偏轉(zhuǎn)電路、水平偏轉(zhuǎn)電路、標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器、穩(wěn)壓電源等器件的實(shí)物,這是任何文字和圖片無法替代的。

(2) 通過打開設(shè)備外殼,可以了解一個(gè)設(shè)備的布局、功能單元的劃分、具體功能的實(shí)現(xiàn)。以電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱為例:首先是電源模塊,電源模塊又分正負(fù)12 V和正負(fù)5 V,然后是過流保護(hù)模塊以及其他功能模塊等。過流保護(hù)模塊是防止學(xué)生做實(shí)驗(yàn)過程中電源短路損壞電源。實(shí)際上實(shí)驗(yàn)箱的很多功能就是學(xué)生在模擬電路、數(shù)字電路理論課正在學(xué)習(xí)的知識,例如數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱的信號源產(chǎn)生電路就是數(shù)字電子技術(shù)理論課必講的555典型電路,以及電路實(shí)驗(yàn)里的恒壓源、恒流源等都是模擬電路中的運(yùn)放電路的典型應(yīng)用。以前學(xué)生只知道如何使用,卻不知道是如何產(chǎn)生的,即使理論課講到這方面的內(nèi)容,卻很少有機(jī)會看到實(shí)物和具體應(yīng)用,而這些就在學(xué)生的身邊,只需要打開設(shè)備的后蓋即可。引入廢舊儀器和設(shè)備到學(xué)生的認(rèn)識實(shí)習(xí),學(xué)生可以通過具體的實(shí)物,不僅更好地了解和掌握了正在學(xué)習(xí)的相關(guān)專業(yè)知識,還能比較實(shí)際應(yīng)用的成熟產(chǎn)品和實(shí)驗(yàn)室所做的簡單實(shí)驗(yàn)的區(qū)別,在今后的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)時(shí)考慮得會更全面、更合理。

3 儀器設(shè)備的典型電路分析和綜合實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)電子技術(shù)教學(xué)中,常常存在理論課講解很多,但實(shí)驗(yàn)課因?yàn)橄抻诮?jīng)費(fèi)等客觀條件,大多數(shù)實(shí)驗(yàn)仍然是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),缺少與實(shí)際工程背景相關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn),同時(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一再簡化和縮水,所實(shí)現(xiàn)的功能常常都是理想化的、最簡化的,理論與實(shí)際脫節(jié),學(xué)生思路簡單、考慮問題不全面,缺乏現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)思想和方法,很多具體問題都沒有考慮,學(xué)生應(yīng)用專業(yè)知識能力不強(qiáng),所設(shè)計(jì)的電路與實(shí)際需求有很大的距離,例如過壓、過流、抗干擾等實(shí)際問題，學(xué)生很少考慮到,這一點(diǎn)在電子競賽、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)中有集中體現(xiàn)[9-10]。

每一臺報(bào)廢的設(shè)備和儀器實(shí)際上都是一個(gè)有具體功能的系統(tǒng),雖然因?yàn)槭褂脡勖仍蛐枰顺鋈粘＝虒W(xué),但是儀器里的電路設(shè)計(jì)、功能實(shí)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)布局、焊接工藝等很多是值得學(xué)生學(xué)習(xí)的,為學(xué)生提供了一個(gè)難得的學(xué)習(xí)平臺和實(shí)訓(xùn)機(jī)會,尤其是一些經(jīng)典的電路和設(shè)計(jì)是不會過時(shí)的,可以作為學(xué)習(xí)目標(biāo),引導(dǎo)學(xué)生盡量貼近實(shí)際,考慮問題更加全面,而不是僅僅限于做個(gè)簡單的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)。

利用報(bào)廢的100多臺學(xué)生做實(shí)驗(yàn)用的直流電源,創(chuàng)造性地開設(shè)了有關(guān)電源設(shè)計(jì)的綜合性實(shí)驗(yàn)。教師事先把設(shè)備的經(jīng)典電路的原理圖畫出來,首先在理論課上進(jìn)行講解,使學(xué)生明白電源的工作原理,理解和掌握電源設(shè)計(jì)的理論知識,然后在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行實(shí)物學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作。學(xué)生可以看到具體的實(shí)物,積極性很高,同時(shí)允許學(xué)生動手操作。因?yàn)槭且呀?jīng)報(bào)廢的設(shè)備,所以在安全的前提下,學(xué)生可以放開手腳操作,例如對電路中某個(gè)器件的作用不是很清楚,教師首先進(jìn)行講解,然后進(jìn)行實(shí)物驗(yàn)證,例如去掉一個(gè)電阻電容,加上一個(gè)電感等,判斷電源的特性是否有明顯的改變,以及實(shí)用電源這樣設(shè)計(jì)的原因等。這些遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是常規(guī)的電源實(shí)驗(yàn)所能涉及到的,學(xué)生學(xué)到的知識更加實(shí)用,更加貼近實(shí)際。

4 儀器設(shè)備的功能改進(jìn)與畢業(yè)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)是高等學(xué)校應(yīng)屆畢業(yè)生的總結(jié)性獨(dú)立作業(yè),要求學(xué)生針對某一課題,綜合運(yùn)用有關(guān)課程的理論和技術(shù),做出解決實(shí)際問題的設(shè)計(jì)。我院每年畢業(yè)學(xué)生眾多,時(shí)間段相對集中,造成無論是實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)還是實(shí)驗(yàn)場地都非常緊張,正因?yàn)榭陀^條件的限制,難免出現(xiàn)設(shè)計(jì)題目與往屆雷同、相似、難度區(qū)別不大等問題,有時(shí)候甚至只能通過計(jì)算機(jī)仿真,這與培養(yǎng)學(xué)生動手能力、提高綜合素質(zhì)的初衷相去甚遠(yuǎn)。

廢舊實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備的引入,給學(xué)生提供了難得的研究條件和機(jī)會,學(xué)生可以照貓畫虎,由淺入深,每一個(gè)廢舊儀器都是一個(gè)現(xiàn)成的老師,通過這種方式縮小了理論與實(shí)際應(yīng)用的距離,學(xué)生不知不覺中克服了畏難心理[11-12]。針對不同類型的廢舊儀器和設(shè)備,設(shè)計(jì)了一系列有針對性的設(shè)計(jì)題目。如針對報(bào)廢的穩(wěn)壓源,要求學(xué)生分析穩(wěn)壓源每部分的功能、查出所用的器件的具體型號和功能、分析穩(wěn)壓源設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),在此基礎(chǔ)上抽取電路原理圖,自己制版,分塊實(shí)現(xiàn)其功能，又如針對電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱,要求學(xué)生在搞明白實(shí)驗(yàn)箱每部分功能的基礎(chǔ)上,結(jié)合自己過去做實(shí)驗(yàn)使用實(shí)驗(yàn)箱的體會,提出自己的合理化建議和改進(jìn)意見,以便在今后自制實(shí)驗(yàn)箱的過程中使其功能更加完善,更適應(yīng)本實(shí)驗(yàn)室和專業(yè)實(shí)訓(xùn)的需要。因此部分學(xué)生就提出并實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)有廢舊電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱的改進(jìn),在原有實(shí)驗(yàn)箱的功能基礎(chǔ)上,增加單片機(jī)和部分必要的外圍電路,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)箱功能的智能化。通過為實(shí)驗(yàn)箱添加無線通信模塊,利用遠(yuǎn)端的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集實(shí)驗(yàn)箱的狀態(tài)信息,隨時(shí)掌握學(xué)生實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度,實(shí)現(xiàn)對學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程的監(jiān)測。系統(tǒng)的總框圖如圖2所示。

圖2 智能實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)總框圖

5 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備是學(xué)生實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐的硬件基礎(chǔ),貫穿于學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)過程中,學(xué)生對其功能和使用方法都比較熟悉,但因?yàn)榉N種原因限制,很少有學(xué)生了解其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和原理。通過創(chuàng)造性引入廢舊的實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備,打開儀器設(shè)備后蓋,為學(xué)生提供了一個(gè)嶄新的學(xué)習(xí)平臺和實(shí)訓(xùn)機(jī)會。從對儀器和設(shè)備外觀的簡單認(rèn)識、內(nèi)部電路功能的分析到功能的完善和豐富,由淺入深,消除了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)設(shè)備的神秘感,克服了畏難心理,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了廢物利用,節(jié)約了成本。