《智能儀器》課程實驗教學改革嘗試與思考

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》課程實驗教學改革的嘗試,并對《智能儀器》課程實驗教學改革的要求、目的、效果做了明確的分析和小結。

[關鍵詞] 智能儀器 設計性綜合實驗 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、應用性,因而,實驗教學內容的安排、設置在整個教學過程中尤為重要,為使該課程實驗內容能充分調動學生上實驗課的積極性、主動性和創(chuàng)造性,真正達到對學生的動手、分析、解決問題的能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng),本學期筆者對《智能儀器》課程的實驗性質、內容和方法進行了認真的研究,根據專業(yè)特點、發(fā)展需求,嘗試對原有的實驗內容進行改革和創(chuàng)新,并在實施過程中,不斷總結經驗,改進和充實實驗教學內容,從而達到了改革的預期目的。

二、特點

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

1.實驗性質定位

眾所周知,高校實驗教學的內容定位不外乎為驗證性實驗、設計性實驗、綜合性實驗,這三種實驗在教學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理論結果,幫助學生加深對課堂理論知識的理解,通常這類實驗有詳細的指導手冊和步驟,學生只要按部就班就可以很快地完成實驗任務了;設計性實驗通常是指在課程教學中為了證明某一現(xiàn)象(或結果)而讓學生動手創(chuàng)造(設計)條件,以便觀察某一現(xiàn)象(或結果)變化及運行的過程,由于學生的知識和閱歷有限,一般地說要真正獨立設計一個有影響力的設計性實驗是困難的,因而這類實驗通常在實驗教材中有所提示,或由指導教師提供部分方案讓學生根據實驗原理,方法,過程等進行再設計,設計性實驗有助于提高學生的素質,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計的總目標服務,它們既是獨立的又是關聯(lián)的,這一系列實驗就構成一個綜合性實驗,這就要求學生除了要學好本課程外,還應學好相關課程,綜合性實驗通常又和設計性實驗相關,當需要證明一個新的命題或一種新的事實時,就需要設計一系列新的實驗,在這種情況下,多個單個的設計性實驗組成了設計性綜合型實驗,這類實驗在教學實施上無論是對學生還是教師,對實驗室的軟硬件要求相對是比較高的,但它對教學的促進,對學生能力的培養(yǎng)卻是實實在在的。

按照《智能儀器》課程教學要求和改革思路,我們認為經過兩年多的專業(yè)學習,學生已基本掌握與課程有關的電子技術、傳感器、信號處理、單片機、計算機軟硬件等知識,通過學習智能儀器基礎知識,理解儀器基本原理,掌握智能儀器主要技術和設計方法,學生有一定能力綜合運用所學知識和技術,可直接開展設計性綜合實驗;同時我們對實驗室的軟硬件設備進行了評估,認為近年來學校加大對實驗室軟硬件的建設,購置多臺先進的儀器設備,能基本滿足課程建設發(fā)展需要,因而可不再像過去那樣,先驗證性后設計,然后再做綜合性實驗,可直接進入設計性綜合實驗,以提高學生創(chuàng)新實踐能力和充分發(fā)揮、有效利用先進的儀器設備,為學生走向社會打下一個良好的基礎。

2.實驗內容選題

當課程實驗定位為設計性綜合實驗后,實驗的內容選擇就更為重要。選題的原則是實驗的內容必須建立在本課程教學要求的基礎上,盡量接近工程實際應用和該課程發(fā)展前沿,并結合理論課程的教學,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容選題,供學生選擇。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上顯示數據采集的結果,驗證輸入量跟輸出量之間的關系;同時將AD0809采集的數據,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系。這個選題涵蓋了AD/DA轉換,串行通訊、遠程控制方法、I2C總線、時鐘芯片控制、LED、LCD控制等內容,將本課程與單片機、計算機等相關課程有機的結合起來,給學生提供一個較大的思維空間,便于學生創(chuàng)新設計。

3.集中安排實驗時間

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

三、設計性綜合實驗的實施

1.明確的指導思想

首先我們明確地告訴學生實驗的指導思想,就是為了更好地運用本課程與相關課程知識和技術,提高學生軟硬件綜合應用能力,為學生提供一個創(chuàng)新空間,借此進一步鞏固所學知識;其次明確地告訴學生《智能儀器》課程的設計性綜合實驗是一個較為復雜的過程,為達到設計要求,提高效率,一定要遵循正確的設計原則、依照科學的研制步驟和嚴謹的科學態(tài)度來開展工作,在設計過程中要注意系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性。為此我們提醒學生注意在硬件或軟件設計時,應把復雜的、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》課程的設計性綜合實驗指導意見,供學生參考。

2.調動學生積極性,鼓勵創(chuàng)新

在實驗內容選題上,我們只給出選題,只提供基本的設計思想和要求,不提供具體的、詳細的方案、電路與相關程序以及實施步驟,為學生留下較大的思維空間,學生通過自己查閱有關資料,自定設計方案、選擇芯片、設計電路、選擇軟件、編制相應的程序以及選擇實驗儀器進行安裝,調試等,觀察實驗現(xiàn)象,作好實驗記錄,進行數據處理分析,寫出實驗報告。整個設計調試過程學生都是主角,這樣做的目的,就是為了調動學生學習積極性,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,我們就讓學生查閱PCF8563芯片的有關資料,讓學生在實驗中自己解決時鐘控制問題;又如在編程過程中,有的同學認為用匯編語言比較繁瑣,就自學C51編程;實驗課結束后,及時進行總結,對完全達到課程設計要求的、有創(chuàng)意的設計進行表彰,對部分達到課程設計要求的、有創(chuàng)意的設計的給予鼓勵,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,關鍵是要從失敗中汲取經驗,學生通過設計性綜合實驗,培養(yǎng)軟硬件協(xié)調設計能力,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.指導教師充分發(fā)揮“指”和“導”的作用

設計性綜合實驗為學生提供一個較大的思維空間,便于學生創(chuàng)新設計,但這并不意味在這過程中放任學生自由,教師無事可干,相反鑒于過去做綜合性實驗時,學生反映做這類實驗,耗時長,精力花費大,因而在這一過程中,不能單靠學生忙乎,要充分發(fā)揮教師“指”和“導”的作用,寓教學于實驗中。在前期準備工作中,給學生提供適當實驗室軟硬件資源,提供各種參考書籍和專業(yè)網站,教學生學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;認真審核學生的設計方案,當設計方案有問題時不是指責學生,而是和學生一起分析、探討,只要方案有可行之處,就鼓勵學生,尊重學生選擇,要大膽創(chuàng)新,不要怕失敗,因為失敗有時也是一種收獲,真正做到讓學生唱主角,對有畏難情緒的學生,更是多一份關心,根據具體情況加強指導。

4.開放實驗室

對一些提前做好設計調試準備工作的學生,可提前進入實驗室,提供相應的軟硬件設備,讓學生按照其方案去做,以鼓勵、激發(fā)學生學習的積極性

5.制定合理的考核標準

主要分三部分考核:

前期準備(20%):主要考核學生是否能根據所學知識以及課題要求查閱、收集有關資料,并進行綜合分析,自定設計方案,自行處理實驗過程中的一切問題,以及方案分析、可行性等

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

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

四、思考與小結

通過《智能儀器》課程實驗教學改革嘗試,我們注意到該專業(yè)兩個班級60多人有25%的同學較好地完成設計調試任務,50%的學生基本或部分完成設計調試任務,盡管有些學生未完成任務也不氣餒,他們從失敗中汲取了經驗教訓,得到了鍛煉,學生嘗到了創(chuàng)新教育的甜頭:學生反映他們學到了許多課堂上學不到的知識,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),那些較好地完成設計調試任務學生深受用人單位的青睞,有學生告訴我,他到某大國企應聘,由于有這次設計性綜合實驗的經歷,對自己充滿信心,能嫻熟地回答有關專業(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,有些學生設計思路新穎,有超前意識,這對教師是個促進,教師、學生互相學習,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:一是準確把握選題難易程度,選題難易程度把握不準,太易,學生輕而易舉地完成設計任務達不到課程教學目的;太難,學生完不成設計任務容易產生挫敗感,甚至會出現(xiàn)抄襲現(xiàn)象;二是不打無準備之仗,有個別學生未做好前期工作,等到集中實驗時再做準備,結果手慌腳亂,心情浮躁,影響實驗順利進行,因而,學生要早做好前期準備工作;三是做好實驗總結;四是加強、增加實踐訓練,尤其是硬件設計,培養(yǎng)學生軟硬件協(xié)調設計能力;五是要讓學生逐步參與課程的設計,讓實驗課成為一個平臺,通過這個平臺,達到“以基本能力訓練為基礎,以綜合素質培養(yǎng)為核心,以創(chuàng)新精神教育為主線,明確實驗教學任務,更新實驗教學內容,改革實驗教學方法和手段,強化實驗教學考核,提高實驗教學質量”,使《智能儀器》課程教學更上一個臺階。

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