陳建容 陳惠濱

[摘要] 《智能儀器》是我校信息工程電子類本科專業(yè)的一門必修課程,本文介紹了對《智能儀器》課程實驗教學(xué)改革的嘗試,并對《智能儀器》課程實驗教學(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)計性綜合實驗 改革

一、引言

《智能儀器》是我校信息工程電子類本科專業(yè)的一門必修課程,該課程具有較強的實踐性、專業(yè)性、應(yīng)用性,因而,實驗教學(xué)內(nèi)容的安排、設(shè)置在整個教學(xué)過程中尤為重要,為使該課程實驗內(nèi)容能充分調(diào)動學(xué)生上實驗課的積極性、主動性和創(chuàng)造性,真正達到對學(xué)生的動手、分析、解決問題的能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng),本學(xué)期筆者對《智能儀器》課程的實驗性質(zhì)、內(nèi)容和方法進行了認(rèn)真的研究,根據(jù)專業(yè)特點、發(fā)展需求,嘗試對原有的實驗內(nèi)容進行改革和創(chuàng)新,并在實施過程中,不斷總結(jié)經(jīng)驗,改進和充實實驗教學(xué)內(nèi)容,從而達到了改革的預(yù)期目的。

二、特點

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

1.實驗性質(zhì)定位

眾所周知,高校實驗教學(xué)的內(nèi)容定位不外乎為驗證性實驗、設(shè)計性實驗、綜合性實驗,這三種實驗在教學(xué)過程中起著不同的作用:驗證性實驗主要是通過實驗驗證有關(guān)理論結(jié)果,幫助學(xué)生加深對課堂理論知識的理解,通常這類實驗有詳細(xì)的指導(dǎo)手冊和步驟,學(xué)生只要按部就班就可以很快地完成實驗任務(wù)了;設(shè)計性實驗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)生動手創(chuàng)造(設(shè)計)條件,以便觀察某一現(xiàn)象(或結(jié)果)變化及運行的過程,由于學(xué)生的知識和閱歷有限,一般地說要真正獨立設(shè)計一個有影響力的設(shè)計性實驗是困難的,因而這類實驗通常在實驗教材中有所提示,或由指導(dǎo)教師提供部分方案讓學(xué)生根據(jù)實驗原理,方法,過程等進行再設(shè)計,設(shè)計性實驗有助于提高學(xué)生的素質(zhì),提高動手動腦的能力,但受課程限制,這類實驗不宜過大難度也有所限制;綜合性實驗通常由一系列的單項實驗組成,每個單項實驗都為實驗設(shè)計的總目標(biāo)服務(wù),它們既是獨立的又是關(guān)聯(lián)的,這一系列實驗就構(gòu)成一個綜合性實驗,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,綜合性實驗通常又和設(shè)計性實驗相關(guān),當(dāng)需要證明一個新的命題或一種新的事實時,就需要設(shè)計一系列新的實驗,在這種情況下,多個單個的設(shè)計性實驗組成了設(shè)計性綜合型實驗,這類實驗在教學(xué)實施上無論是對學(xué)生還是教師,對實驗室的軟硬件要求相對是比較高的,但它對教學(xué)的促進,對學(xué)生能力的培養(yǎng)卻是實實在在的。

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)過兩年多的專業(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、信號處理、單片機、計算機軟硬件等知識,通過學(xué)習(xí)智能儀器基礎(chǔ)知識,理解儀器基本原理,掌握智能儀器主要技術(shù)和設(shè)計方法,學(xué)生有一定能力綜合運用所學(xué)知識和技術(shù),可直接開展設(shè)計性綜合實驗;同時我們對實驗室的軟硬件設(shè)備進行了評估,認(rèn)為近年來學(xué)校加大對實驗室軟硬件的建設(shè),購置多臺先進的儀器設(shè)備,能基本滿足課程建設(shè)發(fā)展需要,因而可不再像過去那樣,先驗證性后設(shè)計,然后再做綜合性實驗,可直接進入設(shè)計性綜合實驗,以提高學(xué)生創(chuàng)新實踐能力和充分發(fā)揮、有效利用先進的儀器設(shè)備,為學(xué)生走向社會打下一個良好的基礎(chǔ)。

2.實驗內(nèi)容選題

當(dāng)課程實驗定位為設(shè)計性綜合實驗后,實驗的內(nèi)容選擇就更為重要。選題的原則是實驗的內(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包括軟件和硬件的完整系統(tǒng)。為此,我們提出多個實驗內(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間,在LED上顯示數(shù)據(jù)采集的結(jié)果,驗證輸入量跟輸出量之間的關(guān)系;同時將AD0809采集的數(shù)據(jù),通過串行通信方式發(fā)送到另外一臺單片機,并由另外一臺單片機的DAC0832送出來,比較采集的模擬量跟輸出的模擬量之間的關(guān)系。這個選題涵蓋了AD/DA轉(zhuǎn)換,串行通訊、遠(yuǎn)程控制方法、I2C總線、時鐘芯片控制、LED、LCD控制等內(nèi)容,將本課程與單片機、計算機等相關(guān)課程有機的結(jié)合起來,給學(xué)生提供一個較大的思維空間,便于學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計。

3.集中安排實驗時間

由于實驗改為設(shè)計性綜合實驗,原來每個課內(nèi)實驗兩學(xué)時已不夠用,為確保實驗的連貫性,提高實驗效率,同時考慮設(shè)計性綜合實驗與課程教學(xué)進程有關(guān),原則上放在課程進程即將結(jié)束或結(jié)束時較為合適,為此我們適當(dāng)調(diào)整課程,集中安排實驗時間,從時間上保證設(shè)計性綜合實驗的實施。

三、設(shè)計性綜合實驗的實施

1.明確的指導(dǎo)思想

首先我們明確地告訴學(xué)生實驗的指導(dǎo)思想,就是為了更好地運用本課程與相關(guān)課程知識和技術(shù),提高學(xué)生軟硬件綜合應(yīng)用能力,為學(xué)生提供一個創(chuàng)新空間,借此進一步鞏固所學(xué)知識;其次明確地告訴學(xué)生《智能儀器》課程的設(shè)計性綜合實驗是一個較為復(fù)雜的過程,為達到設(shè)計要求,提高效率,一定要遵循正確的設(shè)計原則、依照科學(xué)的研制步驟和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度來開展工作,在設(shè)計過程中要注意系統(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)計時,應(yīng)把復(fù)雜的、難處理的問題,分為若干個較簡單的、容易處理的問題,然后再一個個地加以解決,注意合理選擇元器件等事項,并制定了《智能儀器》課程的設(shè)計性綜合實驗指導(dǎo)意見,供學(xué)生參考。

2.調(diào)動學(xué)生積極性,鼓勵創(chuàng)新

在實驗內(nèi)容選題上,我們只給出選題,只提供基本的設(shè)計思想和要求,不提供具體的、詳細(xì)的方案、電路與相關(guān)程序以及實施步驟,為學(xué)生留下較大的思維空間,學(xué)生通過自己查閱有關(guān)資料,自定設(shè)計方案、選擇芯片、設(shè)計電路、選擇軟件、編制相應(yīng)的程序以及選擇實驗儀器進行安裝,調(diào)試等,觀察實驗現(xiàn)象,作好實驗記錄,進行數(shù)據(jù)處理分析,寫出實驗報告。整個設(shè)計調(diào)試過程學(xué)生都是主角,這樣做的目的,就是為了調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,以利于自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。如時鐘芯片選擇上,有的同學(xué)選擇PCF8563芯片,這種芯片我們過去從沒介紹過在實驗中也沒使用過,我們就讓學(xué)生查閱PCF8563芯片的有關(guān)資料,讓學(xué)生在實驗中自己解決時鐘控制問題;又如在編程過程中,有的同學(xué)認(rèn)為用匯編語言比較繁瑣,就自學(xué)C51編程;實驗課結(jié)束后,及時進行總結(jié),對完全達到課程設(shè)計要求的、有創(chuàng)意的設(shè)計進行表彰,對部分達到課程設(shè)計要求的、有創(chuàng)意的設(shè)計的給予鼓勵,對因方案不完全成熟或受器件限制沒有完成設(shè)計的失敗者我們也不是一棍子打死,而是告訴他們實驗是允許失敗的,關(guān)鍵是要從失敗中汲取經(jīng)驗,學(xué)生通過設(shè)計性綜合實驗,培養(yǎng)軟硬件協(xié)調(diào)設(shè)計能力,進一步鞏固了專業(yè)知識,建立了“我能”的自信心,達到我們課程實驗改革的目的。

3.指導(dǎo)教師充分發(fā)揮“指”和“導(dǎo)”的作用

設(shè)計性綜合實驗為學(xué)生提供一個較大的思維空間,便于學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計,但這并不意味在這過程中放任學(xué)生自由,教師無事可干,相反鑒于過去做綜合性實驗時,學(xué)生反映做這類實驗,耗時長,精力花費大,因而在這一過程中,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)于實驗中。在前期準(zhǔn)備工作中,給學(xué)生提供適當(dāng)實驗室軟硬件資源,提供各種參考書籍和專業(yè)網(wǎng)站,教學(xué)生學(xué)會獨立進行資料收集、分析,了解課程的最新資料與發(fā)展趨勢;認(rèn)真審核學(xué)生的設(shè)計方案,當(dāng)設(shè)計方案有問題時不是指責(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,就鼓勵學(xué)生,尊重學(xué)生選擇,要大膽創(chuàng)新,不要怕失敗,因為失敗有時也是一種收獲,真正做到讓學(xué)生唱主角,對有畏難情緒的學(xué)生,更是多一份關(guān)心,根據(jù)具體情況加強指導(dǎo)。

4.開放實驗室

對一些提前做好設(shè)計調(diào)試準(zhǔn)備工作的學(xué)生,可提前進入實驗室,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、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)知識以及課題要求查閱、收集有關(guān)資料,并進行綜合分析,自定設(shè)計方案,自行處理實驗過程中的一切問題,以及方案分析、可行性等

設(shè)計調(diào)試過程(50%):主要考核、驗證學(xué)生設(shè)計調(diào)試結(jié)果,分別檢查每個模塊,電路設(shè)計是否完整、正確、可行、實用,編制出軟件程序,是否調(diào)試通過,綜合調(diào)試是否達到設(shè)計要求等

實驗報告(30%):要求根據(jù)設(shè)計方案和課題要求寫出實驗報告,內(nèi)容包括方案設(shè)計依據(jù),闡述軟硬件設(shè)計思想,畫出實驗原理圖和程序流程圖,測試方法及有關(guān)數(shù)據(jù)分析,提供有效的程序清單和文檔,以及設(shè)計調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題和解決辦法。

四、思考與小結(jié)

通過《智能儀器》課程實驗教學(xué)改革嘗試,我們注意到該專業(yè)兩個班級60多人有25%的同學(xué)較好地完成設(shè)計調(diào)試任務(wù),50%的學(xué)生基本或部分完成設(shè)計調(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,開拓了視野,增強了自信心,對專業(yè)的發(fā)展和個人未來的發(fā)展有了新的評價,我們發(fā)現(xiàn),那些較好地完成設(shè)計調(diào)試任務(wù)學(xué)生深受用人單位的青睞,有學(xué)生告訴我,他到某大國企應(yīng)聘,由于有這次設(shè)計性綜合實驗的經(jīng)歷,對自己充滿信心,能嫻熟地回答有關(guān)專業(yè)問題,順利地被錄用。同樣創(chuàng)新教育也為教師注入新的活力:在實驗過程中,有些學(xué)生設(shè)計思路新穎,有超前意識,這對教師是個促進,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)計任務(wù)達不到課程教學(xué)目的;太難,學(xué)生完不成設(shè)計任務(wù)容易產(chǎn)生挫敗感,甚至?xí)霈F(xiàn)抄襲現(xiàn)象;二是不打無準(zhǔn)備之仗,有個別學(xué)生未做好前期工作,等到集中實驗時再做準(zhǔn)備,結(jié)果手慌腳亂,心情浮躁,影響實驗順利進行,因而,學(xué)生要早做好前期準(zhǔn)備工作;三是做好實驗總結(jié);四是加強、增加實踐訓(xùn)練,尤其是硬件設(shè)計,培養(yǎng)學(xué)生軟硬件協(xié)調(diào)設(shè)計能力;五是要讓學(xué)生逐步參與課程的設(shè)計,讓實驗課成為一個平臺,通過這個平臺,達到“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,明確實驗教學(xué)任務(wù),更新實驗教學(xué)內(nèi)容,改革實驗教學(xué)方法和手段,強化實驗教學(xué)考核,提高實驗教學(xué)質(zhì)量”,使《智能儀器》課程教學(xué)更上一個臺階。

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