摘要:结合生物医学工程专业学生的特点,以培养医科大学生动手能力和分析解决实际问题能力为教学目的,对“模拟电子技术”课程设计进行了教学实践的改革。改进后的课程设计可以促使学生发现、提出、分析和解决实际问题,这对于培养学生综合运用所学知识实践基础教学理论,锻炼学生的综合素质具有非常重要的意义。教学实践证明,该课程设计的改革取得了较好的效果。
关键词:生物医学工程;模拟电子技术;课程设计;教学改革
作者简介:刘丹(1983-),女,湖北宜昌人,南方医科大学生物医学工程学院,助教,工学硕士,主要研究方向:生物医学工程。(广东 广州 510515)
生物医学工程是一门以理工科研究思路为主进行人体机理和疾病诊治方法探索的跨学科门类的边缘交叉学科。它的创立和发展是与现代医学和工程学的发展密切相关的。虽然传统的西方医学已有悠久的历史,但直到上个世纪40至60年代,随着电子技术、信息技术和计算机技术的出现和发展,生物医学工程才逐步形成。国内外生物医学工程专业大都是从生物医学电子学领域起步的,由于该专业所涉及的学科面广、交叉程度深,其内容很快就从生物医学电子学延伸至生物材料、生物机械、生物力学、生物化学等多个领域,极大地推动着现代医学的发展。[1]生物医学工程是一门科技含量高、学科范围广、技术密集、应用性强的学科,其基础理论、创新探索都必须依赖实践来验证。因此,实践教学占据着战略性的重要地位,是培养创新型人才的关键环节。[2]
“模拟电子技术”是高等院校相关专业开设的一门技术基础课程,它是所有相关后续专业课程的基础,对巩固学生所学知识、提高学生观察和分析问题的能力、培养学生动手解决实际问题起着重要作用。在该课程的教学过程中,学生通常缺少动手从事设计的机会,这对于学生充分理解模拟电子技术基础理论以及如何进行应用是非常不利的,因此“模拟电子技术”课程设计的开展显得尤为必要。“模拟电子技术”课程设计对提高学生的软件设计和硬件调试能力以及培养学生的综合素质具有非常重要的意义。在课程设计过程中,如何培养学生的创新意识和科研能力,是重要的教学研究课题。
一、国内生物医学工程专业模电课程设计的现状
教育的重点是素质教育,素质教育的重点是培养学生的创新精神和实践能力。在基础课程的教学中,这点尤其重要。那么,如何在传授知识的同时,提高学生的实际动手能力、分析和解决问题的能力呢?主要的手段就是实践。实践是对理论学习最有益的直接补充,在学习过程中将实践教学和理论教学同步结合,让学生通过观察实践现象来反思理论,或者带着理论学习的问题从实践中寻找答案。这种理论与实践结合的方式,能极大地提高学生研究探索的兴趣。而课程设计就是实践教学中非常重要的一环。
早期“模拟电子技术”课程设计采用的方法是利用绝缘板上铆钉,然后安装各种元件并进行验证性实验,这种方法虽然能增强学生的动手能力,但对电子线路的整个设计流程,包括电路设计、布线及印刷板制作等环节还是无法全部操作。而且采用传统的实验模式耗时较多,各组数据的一致性差,没有足够的时间进行电路调试,很难收到较好的实验效果。
目前多数院校采用的实验方法是实验箱操作模式,这种方法是将实验电路及元件设置于实验箱中,做设计时只需根据要求,在实验箱上适当位置插入连接线,即可构成完整电路进行实验。这种方法得出的数据一致性好,方便老师进行辅导,是目前采用最多的教学方法,但这种方法的缺点是学生操作比较机械,只能对电路参数进行验证性实验,在锻炼学生的动手能力方面比较欠缺。
二、模电课程设计教学存在的问题
在目前的“模拟电子技术”课程设计的教学过程中存在以下几个问题:
(1)高校普遍扩招,学生的学习能力和自觉性也相对减弱了。
(2)虽然理工专业基础课一般都有相关的课程设计,但长期以来,由于对这部分课程教学不够重视,并没有把课程设计与培养学生的创新能力紧密联系在一起。
(3)在教学方法上始终以教师为中心,课上教师从设计原理到设计方法、设计步骤、注意事项甚至到设计过程中可能出现的问题都要无所不包地进行讲解。学生只是完全机械、被动地按照教师的讲解进行操作,即使遇到问题也不动脑筋思考,而是急于让教师帮着解决。这样的教学不仅不能发挥学生的主观能动性,而且还束缚了学生科学思维能力的发展,极不利于培养学生的工程实践能力。
因此,学生设计和动手能力不强的现状仍没有得到根本改变,反映在以下几个方面:
1.实际动手能力练习不够
在实验箱操作模式中,最大的缺点就是没能使学生从电路的设计、布线及焊锡技术等一系列的操作技能上得到锻炼,学生只能做一些导线插孔的连接及整体电路的测试等工作。做完后,多数学生仍处于知其然不知其所以然的状态,收不到应有的效果。
2.整机设计能力偏低
在目前模式下,培养出来的学生普遍整机设计能力偏低,不能适应社会对大学生的要求。现在的工农业生产模式,要求每个生产者或管理者必须具备系统的理论知识和实际操作技能,必须掌握电子设备的生产流程,对元器件老化处理,电子电路的设计,布线及底板图的设计,锡焊技术,整机调试技术等,都必须熟练掌握,而采用实验箱的教学模式只能学习电路参数测量的知识,其他的操作技术几乎得不到锻炼。这样培养出来的学生缺乏知识的系统性,很难在生产领域中发挥独当一面的作用。
3.综合调试能力不高
电子线路测试的目的就是要检查电路各项参数是否正常。如若不能满足要求,就必须对电路进行综合性调试,使电路工作在最佳状态。所以综合调试能力的培养是每个学习电子线路的学生必须掌握的一项基本功。但是在目前传统的教学模式下,综合调试能力没有得到很好的锻炼,实践线路都是规范化,只要连接正确都能正常工作,测出的数据一致性较好,基本上没有进行调整的必要,所以学生很难学到这方面的操作知识和技能。
三、模电课程设计的改革思路
几年来,我们在模电课程设计上进行了改革尝试,特别增加了设计性套件组装。学生反映良好,收到了较好的效果。在此基础上我们进行了讨论总结,现提出几点改革思路。
(1)教师可以给出题目和要求,每周留出一定的答疑时间,将学生分成小组,每个小组选定相同或不同的题目,让他们自己查阅文献资料,设计电路方案,独立进行实验操作,最终完成设计并得到相应的结果,写出设计总结报告。整个过程学生是主体,教师起指导作用,一般不直接回答和解决学生的问题。最后开展实验报告会,让学生在多媒体教室中讲解自己的实验报告,解答学生和教师的提问,使每个学生对不同题目的设计思路都有一定了解,相互交流和沟通,扩展知识面,开拓视野。
(2)课程设计应从元件测试、底板布线设计做起。在整个课程中,应多进行一些设计性工作,教师提出设计的目的和要求。其他工作全部由学生自己设计,实验室只负责材料及仪器的提供,而电路设计,实践步骤,数据表格均由学生自定,而且从元器件质量的鉴别,印刷板的布线及制造,元件焊接,调试均由学生完成。通过这样的学习,能使学生掌握一般电子产品的生产流程,能较好地锻炼学生的动手能力。
(3)鼓励学生进行独立整机组装,产品开发,开展自制小产品的展览。练习整机制作时,可选择一些定形产品,购买整套散件进行组装调试,如收音机、遥控器、数字万用表、机器猫等,这样可以增加趣味性并且锻炼学生的整机装配及调试能力。在有条件的时候尽量鼓励学生进行小产品的开发、研制,尽力为学生提供材料,并且组织自制的电器小产品展览,共同交流,互相学习,不断提高。
(4)可以结合学院的特色,设计多个不同的课程设计题目,如心电、脑电、心音、心动图、脉搏波或者医学图像等,但每个题目应尽量涵盖所要求掌握的内容,这样学生可以选择自己喜欢的题目,增加课程设计的兴趣,同时又掌握了生物医学专业其他课程的相关内容。
(5)软件和硬件结合,在课堂上除了硬件电路的焊接、安装、调试,还需要向学生讲解绘制电路设计图时所需要用到的相关软件,例如Protel等。每讲完一个章节后进行相应内容的小设计,从而加深对该章节内容的理解,循序渐进,最后可以形成一个综合的设计图,这样不至于使学生到最后实际设计时“临阵抱佛脚”,对一些内容囫囵吞枣,达不到最佳的教学效果。
(6)加强教师队伍的建设。建立一支理论、实践教学并兼顾科研的教师队伍。教师在完成教学的同时要兼顾科研,掌握学科发展的新动向,了解新技术,促进自身学术水平的不断提高,而科研的部分成果简化后可作为新的教学和实践内容,促进教学内容水平的提高。
四、结束语
课程设计的教学作为高等学校教学工作的重要组成部分,在学生能力培养和综合素质提高方面有着独特的作用。高质量的课程设计教学对人才综合素质的培养会起到不可替代的作用,良好的工作习惯和科学的工作作风在这里形成,并将伴随人的一生。我们要不断优化课程设计教学体系,不断提高课程设计教学质量,为国家培养具有创新意识、创新精神和创新能力的合格大学生。
“模拟电子技术”课程是一门理论和技术发展十分迅速、应用非常广泛的基础性学科,其理论性和实践性都很强。模拟电子技术随着科学研究的发展也在不停地变化和发展。而其课程设计作为教学中的重要一环,体现出越来越重要的作用,因此各大学纷纷开设了“模拟电子技术”课程设计。
在模电课程设计中,模电课本上枯燥的理论知识可以通过学生自己做设计题目来进行熟悉,课程设计成功增添了成就感,这大大激发了学生们的学习兴趣,使学生很快地掌握设计方法和解决实际问题的技巧。教学实践证明,课程设计使学生加深了对课堂抽象概念的理解,巩固了课堂上所学的理论知识,[3]取得了良好的教学效果。随着科学研究的发展和教学条件的改善,我们将进一步改进课程设计的教学质量,为学生打下良好的专业基础,从而培养出理论基础扎实、实际工作能力强的高素质生物医学工程专业人才。
参考文献:
[1]甘平.生物医学工程专业大学物理学的课程设计[J].中国医学物理学杂志,2006,23(1):76-78.
[2]钟玲,徐珍霞.二级学院实验室管理体系建设探索[J].实验室研究与探索,2004,23(6):76-77.
[3]李永全.Matlab在数字信号处理课程设计中的应用[J].现代电子技术,2004,(7):37-38.
(责任编辑:麻剑飞)