利用传统实验教学优化《医用电子学》课堂

2014-12-24穆爱霞

大学物理实验 2014年5期

穆爱霞，周薇

(平凉医学高等专科学校，甘肃平凉 744000)

近年来，《医用电子学》实验教学的研究在教学过程、教学内容和教学手段等方面都有了诸多改进，部分院校在经济允许的条件下，利用EWB、Proteus、EDA等虚拟仿真软件为操作平台，快速直接的实现了大部分电子学实验［1-2］。虽该类软件对于改善传统教学有独到之处，但仍需配备电脑、软件系统、数据采集卡和相应的放大电路及连接电缆等设备，才可以构建虚拟的实验平台，完成各种电子线路的连接、测量及调试。而且该类软件大部分是国外研发的电路分析与实物仿真软件，使用时几乎找不到汉化版［3］。在部分院校师资力量薄弱、学生英语基础差等条件的限制下，仿真软件的功能并不能充分开发出来，反而会诱导老师在探索软件功能上分散更多精力，不经意间转移教学的重心，偏离教学目标。各类仿真软件的使用仅仅是拉近了学生与电脑之间的距离，学生只能通过鼠标操作来完成实验，但却忽视了学生的接受能力和记录过程，其效果事与愿违。当然，虚拟操作软的真实感不强，体会不到仪器的各种故障现象，实验中出现的各种误差也体会不出，以致于在临床一线上，学生为患者安装或调试一台最简单的心电图机的也可能得不应手。

基于以上考虑，虚拟仿真软件的使用还有很多待思考之处，因此，各院校更应考虑师生等具体情况，合理采用，而不要盲目尝试。目前，在各大院校经费有限、师资力量薄弱、课程开设范围限定等情况下，大部分院校仍根据自己的实验室情况自编实验项目开设实验，创造各种条件增加教学实习的课时和实践的机会［4-6］。我校也在该方面做出了不懈努力，在没有各种虚拟软件的支持下，利用现有的实验室条件，连续五年创新性的、成功的为检验、影像专业学生开设了多组实验。通过电路连接，各种常用仪器的操作等途径，大大增加了学生与看似冰冷仪器的接触，使他们在多次的亲手操作过程中，消除对电子电路的畏惧心理，将医用电子学理论教学与实践教学达到完美结合，教学效果良好，为他们继续学习医疗仪器等其他课程奠定了坚实基础。

1 传统实验教学在教学中的优化与创新

为了达到上述目标，体现医学电子学的特点，激发学生的实验兴趣，我们根据学生所学理论知识和实验大纲要求设计了部分实验内容，主要开设万用电表的使用、伏安法测二极管的特性、三极管管脚的测定、示波器的使用、单管放大电路、差动放大电路、功率放大器、门电路逻辑功能及测试、组合逻辑电路的设计、触发器、译码器等实验，详细介绍了万用电表、示波器、模拟实验箱、数字实验箱等的使用，通过这些实验教学，使学生熟悉了各种仪器的操作，掌握了一定的实验知识，在传统实验教学中发挥了比较明显的优势，以下就传统实验教学在《医用电子学》课程中的优势予以探讨。

1.1 传统实验教学板书的指导作用

我们可在板书上清晰展示实验目标、实验仪器、实验步骤及实验注意事项等内容，教师可以利用提前准备好的板书进行理论讲解，而学生则可以随时按照板书提示进行实验操作。同时，对于实验中应注意的重点部分，我们可以采用彩色粉笔做出标注，指导学生顺利完成实验。同时，教师按照板书设计，合理调节讲解速度，给学生留下思考和记笔记的时间。

1.2 传统实验教学环节的灵活设计

一堂课巧妙的开头，能使学生很快的集中到课堂教学内容上来，能激发学生浓厚的学习兴趣和强烈的求知欲，使学生学习状态由被动变为主动，让他们在轻松愉悦的氛围中学到知识。因此，在我校传统实验教学环节的新课导入方面也进行了创新与改进，教学效果良好。

(1)对于第一次操作实验——万用电表的使用，除了介绍该电表的“万能”作用外，更应强调使用仪器的规范性。设计了“人体安全电压是多少”、“我们如何测量插线板插孔中的电压”等问题引入，面对自身安全问题，对于一些开始就惧怕电、胆小的学生就更专注于老师的讲解，测量过程操作会更规范，使学生牢固掌握万用电表测量电压、电阻、电流等物理量的方法，同时，教会学生必须以亲身获得的直接经验为基础，才能把书本知识转化为自己的知识。

(2)在示波器使用的实验中，以“示波器就是医生的眼睛，它可以用来观测人体的心电、脑电、肌电等物理量”开场，作为一名医学生必须有义务、有责任学好它，充分开发它的功能，更好地为自己将来临床诊疗服务。此外，按照实验目标，借助于信号发生器，我们需调节出各种完整波形，观察李萨如图形等，在波形的调解过程中，告诫他们不急不躁，旋钮应轻调慢旋，更培养学生耐心细致和严谨认真的好习惯。

(3)在组合逻辑门电路实验中，同学们可以根据要求，利用最简单的与门、或门、与非门、或非门、非门电路等集成块组合成一些实用数字电路，如三人表决电路、计数器等，增加同学们的学习兴趣，同时也掌握了数字电路设计的一般规律。通过实验，学生对数字电路有了初步的认识，同时也对模拟电路与数字电路在信号处理的方式方法上的不同有所了解。

因此，传统实验教学可根据学生的实际情况，通过教师的讲授引导及示范，对各教学环节灵活处理，相比虚拟仿真软件的机械控制具有很高的亲和力和可调节性。

1.3 传统实验教学内容的灵活掌控

我们以第一次实验万用电表的使用为例，在明确万用电表的使用注意事项的基础上，开发了伏安法测二极管的特性、三极管管脚的测定实验，在实验中突破常规，大胆创新，有效降低了课程难度，收到良好的效果。

例如，在三极管管脚的测定实验中，我们创新性的发现三极管其实就是两个PN结实质性的结合在一起。因此，我们将NPN型三极管可以看成一对二极管背靠背连接在一起，而PNP型三极管则为一对二极管头对头连接在一起，如图1(a)、(b)所展示。

图1

(1)三极管管型、基极的确定

万用表在欧姆电路中，红表笔为电池负极，黑表笔为电池正极。在如图1(a)、(b)这个理论模型基础上，我们利用二极管的单向导电性，先确定三极管管型及基极。假设用黑表笔接假定的基极，红表笔依次接其余两极，若两次电阻值都小，则该管为NPN型三极管，且黑表笔所接就是基极b(此时两个PN结都处于导通状态，正向电阻很小，万用表指针偏转角度很大)。若测得两次电阻值都较大，则该管为PNP型三极管，且黑表笔所接就是基极b(此时两个PN结都处于截止状态，正向电阻很大，万用表指针偏转角度很小，甚至不动)。若两次阻值一大一小，则证明不动的表笔所接的一极不是基极。因此，如上述方法，我们确定出三极管的管型及基极。

(2)集电极、发射极的确定

例如，如图2所示，对于已确定管型的NPN性三极管，利用三极管处于放大工作状态时电阻小的特性。我们用黑表笔接假定的集电极，红表笔接假定的发射极，再在假定的集电极和基极间加上湿手指(相当于一偏置电阻)，此时，可构成最简单的固定偏置放大电路，若观察到万用电表(欧姆档)的指针偏转大(此时电阻小)，则说明该三极管处于放大状态，黑表笔所接就是集电极c，另外一极则是发射极e。如法可得出PNP型三极管的 e、c极。

图2 NPN型三极管e、c极的确定实验原理图

三极管管脚的测定实验中，我们创新的提供给学生一个如图1所示的简单易懂的三极管模型，将课程中的理论学习记录加以整理分析，快速有效的得出实验结论。当然，根据学生层次不同，我们可以对实验内容进行合理安排和取舍，他们可在多次的测试中，增强理论知识的记忆与整理，而不是虚拟仿真软件显示屏得出的一条简单结论。

1.4 传统实验教学学生动手能力的培养

例如，在二极管测试实验中，我们增加了利用发光二极管连接电路的实验内容，学生们急切期盼看到二极管的发光状态，根据二极管的单向导电性质，利用万用电表先确定出其正负极，并迅速连接好电路，接通电源，却观察到发光二极管亮光仅是昙花一现，随后立即熄灭。当互换表笔，再次用万用电表电阻档检测该二极管时，测得此发光二极管两次阻值都大(或都小)，表明发光二极管已被烧毁(或击穿)。因此，在思考题中我们设计了“发光二极管的使用注意事项”问题，督促学生寻找答案，经相互讨论及查阅相关知识，找到了使用发光二极管的时必须要正向偏置，并在电路中串接一个限流电阻。虽此次实验有材料的损耗，但仅仅是一个小器件的练习，却让学生掌握了它的正确使用方法、条件。从而让他们懂得应加强基础理论知识与实践的相互联系，教会他们在临床一线上，并不是仅仅对每台仪器会按“ON/OFF”键，而应更加规范操作仪器，从而减少不必要的损失。

此类传统实验方式，大大增加了学生参与实践的机会。成功者从中获得了喜悦，激发起他们的创新兴趣和激情，失败者也从中吸取经验和教训，激发其认真思考，勇于创新。使教学过程成为以学生学会求知，培养创新精神和实践能力的过程。同时，在学生实际动手能力、学生故障检查、误差分析等方面发挥了虚拟仿真软件不可替代的作用。

1.5 传统实验教学的小结与思考

在实验过程中，学生可以按照下发的实验报告单将实验结果填写至数据表格，最终对实验做出小结并完成思考题。此类传统的实验教学方法全面调动了学生撰写实验报告、分析实验结果、规范实验操作等各方面的综合素质，让全体学生得到全面发展。当然，我们也不断改进现有实验教学的固定模式，把单一的验证性实验变为发展学生多元智力、形式多样的实践活动，切实提高了课堂教学效率，优化了实验教学。