走自制實驗設(shè)備之路 促進實驗教學(xué)改革

楊 宏，李國輝

（西安郵電大學(xué) 電子工程學(xué)院，陜西 西安 710121）

實驗教學(xué)是高等學(xué)校教學(xué)體系的重要組成部分［1］，它對學(xué)生的綜合能力培養(yǎng)起著十分重要的作用。為了促進教學(xué)實驗室的建設(shè)與發(fā)展，克服教育經(jīng)費投入不足的困難，西安郵電大學(xué)鼓勵教師和實驗技術(shù)人員發(fā)揚自力更生、勤儉辦校的精神，充分利用現(xiàn)有實驗室的條件，因地制宜地自制實驗設(shè)備［2］。

1 自制實驗設(shè)備的必要性

國內(nèi)許多學(xué)者對自制實驗設(shè)備在人才培養(yǎng)、科學(xué)研究等方面的作用進行了一些探索。文獻［3］對自制實驗設(shè)備與提升實踐教學(xué)質(zhì)量的關(guān)系進行了探討；文獻［4］論述了高校自制實驗儀器設(shè)備在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的作用；文獻［5］給出了自制實驗設(shè)備在專業(yè)實驗教學(xué)中的應(yīng)用；文獻［6］就改進和研制實驗儀器、更好為實驗教學(xué)服務(wù)進行了探討；文獻［7］介紹了創(chuàng)新實驗項目的開發(fā)及設(shè)備研制；文獻［8］和文獻［9］論述了優(yōu)化實驗室管理、提高實驗室投資效益的問題。這些探索是有益的，但自制實驗設(shè)備如何更好地促進實驗教學(xué)改革還需進一步探討。

自制實驗設(shè)備是教學(xué)改革的重要內(nèi)容，是本科教學(xué)工作優(yōu)秀學(xué)校評價的重要組成部分［10］。自制實驗設(shè)備直接推動了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)體系及教學(xué)方法的改革，符合高校辦學(xué)的具體要求。自制實驗設(shè)備也是基礎(chǔ)課教師和基礎(chǔ)教學(xué)實驗室人員參加學(xué)校自擬科研課題的主要形式。

西安郵電大學(xué)作為以信息科學(xué)技術(shù)為特色，工、管、理、經(jīng)、文、法、藝多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的普通高等院校，如果沒有自制實驗設(shè)備的能力，就難以取得高水平的教學(xué)質(zhì)量。

2 科研與實踐教學(xué)相結(jié)合自制實驗設(shè)備

筆者自制了實驗設(shè)備“混沌實驗平臺”、“ARM實驗平臺”和“DSP實驗平臺”，運用到實驗教學(xué)中后取得了良好的效果。

2.1 自制混沌實驗平臺

根據(jù)混沌系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，利用運算放大器、電壓比較器、電流傳輸器和模擬乘法器等電子器件設(shè)計混沌電路實驗平臺［11］?；煦鐚嶒灥膬?nèi)容包括：觀察電路輸出信號，觀察電路輸出的相圖及頻譜圖，設(shè)計該系統(tǒng)的同步系統(tǒng)，混沌偽隨機信號發(fā)生器等。

2.2 自制ARM實驗平臺

自制ARM嵌入式實驗平臺的硬件主要包括電源電路、復(fù)位電路、時鐘電路、JTAG電路、LED控制電路、串口電路、SPI驅(qū)動顯示電路、USB接口電路、I2C電路等。該平臺的實物如圖1所示。自制ARM嵌入式實驗平臺主要可以完成以下實驗：蜂鳴器、流水燈、UART0、I2C、SPI、定時器、脈寬調(diào)制器、AD轉(zhuǎn)換器、實時時鐘、看門狗、中斷相關(guān)實驗、步進電機控制、μCOS－II基礎(chǔ)實驗（GPIO、UART1、SPI、ADC、DAC、I2C、RTC、PWM、LCD顯示漢字）。

圖1 ARM嵌入式實驗平臺的實物圖

2.3 自制DSP實驗平臺

自制DSP實驗平臺的硬件主要包括單片機系統(tǒng)電路、DSP系統(tǒng)電路、串口通信、音頻控制電路、外部中斷控制電路、USB控制電路、MP3解碼電路、LCD顯示電路、鍵盤電路等。該平臺的實物圖如圖2所示。自制DSP實驗平臺主要可以完成以下實驗：CpuTimer定時器實驗、外擴SRAM實驗、擴展中斷輸入實驗、鍵盤掃描實驗、MCBSP立體聲警報實驗、網(wǎng)卡發(fā)送接收實驗、PCM格式和WAV格式歌曲播放實驗、錄音回放實驗、MP3音樂播放實驗、LCD實驗、FAT16實驗。

圖2 DSP實驗平臺的實物圖

3 自制實驗設(shè)備的各種措施

（1）制定政策，保證自制實驗設(shè)備經(jīng)費的落實；在晉級晉職時，自制實驗設(shè)備項目的主持人予以優(yōu)先。

（2）嚴格審批，確保自制實驗設(shè)備項目的實施。自制實驗設(shè)備以立項形式管理，每年審批一次。申請的項目必須是為了本校教學(xué)計劃內(nèi)的實驗教學(xué)，在探索實驗教學(xué)內(nèi)容、方法及手段的改革和增開新的教學(xué)實驗項目等方面需要自制的實驗設(shè)備。申請項目的負責(zé)人應(yīng)具有中級以上職稱，且必須經(jīng)過充分的可行性論證，填寫“自制實驗設(shè)備項目申請表”，經(jīng)實驗室主任及院（系）主管領(lǐng)導(dǎo)審核、簽署意見后，報送教務(wù)處，再由教務(wù)處組織有關(guān)專家評審。評審工作嚴格遵循獨創(chuàng)性、實用性、先進性、可行性和經(jīng)濟性的原則，確定自制項目的立項并落實經(jīng)費，明確項目進度和項目負責(zé)人的責(zé)任，促使研制者達到項目的預(yù)期目的。

（3）總結(jié)推廣，持續(xù)開展自制和改制教學(xué)儀器設(shè)備的工作。

4 自制實驗設(shè)備的效果

自制實驗設(shè)備節(jié)約了經(jīng)費、鍛煉了教工隊伍、提高了教學(xué)質(zhì)量、促進了學(xué)生就業(yè)，取得了良好的效果。

（1）拓寬了實驗教學(xué)內(nèi)容，促進了實驗教學(xué)改革，提高了實驗教學(xué)效果。為了滿足教學(xué)改革對實驗設(shè)備的數(shù)量和檔次的新要求，廣大教師和實驗技術(shù)人員以主人翁的責(zé)任感自制實驗設(shè)備，保證了實驗教學(xué)需要。

（2）鍛煉了實驗技術(shù)隊伍，提高了教師和實驗技術(shù)人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)。開展自制實驗設(shè)備的過程也是鍛煉隊伍的過程。每項自制設(shè)備，教師和實驗技術(shù)人員都要自己搜集資料、進行設(shè)計和安裝調(diào)試，同時還要將實驗裝置的研制改造和編寫實驗教材結(jié)合起來。這些要求，促使每位研制人員不斷拓寬知識面，在實踐中增長才干，提高自己的理論水平和技術(shù)水平。

（3）提高了學(xué)生綜合設(shè)計及應(yīng)用研究能力。自制實驗設(shè)備，除了依靠教師和實驗技術(shù)人員外，還適當(dāng)吸收部分本科生參加。學(xué)生結(jié)合實驗室開放或畢業(yè)設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)參與研制實驗設(shè)備，加強了工程實踐能力的鍛煉與培養(yǎng)。

（4）加強了實驗室建設(shè)。通過對自制設(shè)備的研制，實驗室的規(guī)模不斷擴大，促進了實驗室的建設(shè)，增強了實驗室的實力和影響力。

5 結(jié)束語

自制實驗設(shè)備對實驗教學(xué)的促進作用已毋庸置疑。自行研制新的實驗設(shè)備的組織與實踐，不但使實驗室引進了新的技術(shù)，還使教師的業(yè)務(wù)能力得到鍛煉，增長了新的技能，增加了工作的成就感，同時使理論與實踐有機地結(jié)合，為解決教學(xué)中的問題打下堅實基礎(chǔ)。高校自制實驗設(shè)備，必將對實驗教學(xué)改革、大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)產(chǎn)生積極的影響。

（References）

［1］周童，曲占慶，陳德春.走自制設(shè)備之路 提高師生實驗創(chuàng)新能力［J］.實驗室研究與探索，2010，29（2）：168－169.

［2］李振鍵，席巧娟，蘇家芬，等.開展自制（改制）教學(xué)儀器設(shè)備，提高實驗室綜合效益［J］.實驗技術(shù)與管理，1999，16（3）：113－115.

［3］賈志濤.深化自制實驗設(shè)備工作提升實踐教學(xué)質(zhì)量［J］.價值工程，2010（33）：229－230.

［4］朱正林，吳強，潘效軍.談高校自制實驗儀器設(shè)備在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的作用［J］.中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2007（21）：12－13.

［5］曹勇鋒，張可方.自制設(shè)備在專業(yè)實驗教學(xué)中的應(yīng)用［J］.實驗科學(xué)與技術(shù)，2009，7（3）：135－137.

［6］翟玉平.改進和研制實驗儀器更好為實驗教學(xué)服務(wù)［J］.實驗室科學(xué)，2007（4）：164－165.

［7］溫利紅，高金良.創(chuàng)新實驗項目的開發(fā)及設(shè)備研制［J］.機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2007，20（6）：48－50.

［8］馮鴻周，王一山.淺談當(dāng)前高校實驗室的管理問題［J］.實驗室科學(xué)，2006（4）：86－87.

［9］張明長.優(yōu)化實驗室管理 提高實驗室投資效益［J］.北京印刷學(xué)院學(xué)報，2006，12（6）：72－73.

［10］應(yīng)安明，王桂玲，劉桂濤.自制實驗儀器設(shè)備在教學(xué)中的使用［J］.實驗室研究與探索，2003，22（1）：20－21.

［11］楊宏.混沌實驗創(chuàng)新教學(xué)模式的探索［J］.濰坊教育學(xué)院學(xué)報，2009，22（2）：53－54.