《智能仪器》课程实验教学改革尝试与思考

陈建容 陈惠滨

[摘要] 《智能仪器》是我校信息工程电子类本科专业的一门必修课程,本文介绍了对《智能仪器》课程实验教学改革的尝试,并对《智能仪器》课程实验教学改革的要求、目的、效果做了明确的分析和小结。

[关键词] 智能仪器 设计性综合实验 改革

一、引言

《智能仪器》是我校信息工程电子类本科专业的一门必修课程,该课程具有较强的实践性、专业性、应用性,因而,实验教学内容的安排、设置在整个教学过程中尤为重要,为使该课程实验内容能充分调动学生上实验课的积极性、主动性和创造性,真正达到对学生的动手、分析、解决问题的能力以及创新能力的培养,本学期笔者对《智能仪器》课程的实验性质、内容和方法进行了认真的研究,根据专业特点、发展需求,尝试对原有的实验内容进行改革和创新,并在实施过程中,不断总结经验,改进和充实实验教学内容,从而达到了改革的预期目的。

二、特点

这次《智能仪器》课程实验教学改革的目的是培养学生的创新能力,围绕这个目的,我们主要做了以下工作:

1.实验性质定位

众所周知,高校实验教学的内容定位不外乎为验证性实验、设计性实验、综合性实验,这三种实验在教学过程中起着不同的作用:验证性实验主要是通过实验验证有关理论结果,帮助学生加深对课堂理论知识的理解,通常这类实验有详细的指导手册和步骤,学生只要按部就班就可以很快地完成实验任务了;设计性实验通常是指在课程教学中为了证明某一现象(或结果)而让学生动手创造(设计)条件,以便观察某一现象(或结果)变化及运行的过程,由于学生的知识和阅历有限,一般地说要真正独立设计一个有影响力的设计性实验是困难的,因而这类实验通常在实验教材中有所提示,或由指导教师提供部分方案让学生根据实验原理,方法,过程等进行再设计,设计性实验有助于提高学生的素质,提高动手动脑的能力,但受课程限制,这类实验不宜过大难度也有所限制;综合性实验通常由一系列的单项实验组成,每个单项实验都为实验设计的总目标服务,它们既是独立的又是关联的,这一系列实验就构成一个综合性实验,这就要求学生除了要学好本课程外,还应学好相关课程,综合性实验通常又和设计性实验相关,当需要证明一个新的命题或一种新的事实时,就需要设计一系列新的实验,在这种情况下,多个单个的设计性实验组成了设计性综合型实验,这类实验在教学实施上无论是对学生还是教师,对实验室的软硬件要求相对是比较高的,但它对教学的促进,对学生能力的培养却是实实在在的。

按照《智能仪器》课程教学要求和改革思路,我们认为经过两年多的专业学习,学生已基本掌握与课程有关的电子技术、传感器、信号处理、单片机、计算机软硬件等知识,通过学习智能仪器基础知识,理解仪器基本原理,掌握智能仪器主要技术和设计方法,学生有一定能力综合运用所学知识和技术,可直接开展设计性综合实验;同时我们对实验室的软硬件设备进行了评估,认为近年来学校加大对实验室软硬件的建设,购置多台先进的仪器设备,能基本满足课程建设发展需要,因而可不再像过去那样,先验证性后设计,然后再做综合性实验,可直接进入设计性综合实验,以提高学生创新实践能力和充分发挥、有效利用先进的仪器设备,为学生走向社会打下一个良好的基础。

2.实验内容选题

当课程实验定位为设计性综合实验后,实验的内容选择就更为重要。选题的原则是实验的内容必须建立在本课程教学要求的基础上,尽量接近工程实际应用和该课程发展前沿,并结合理论课程的教学,由部分功能模块逐渐形成一个包括软件和硬件的完整系统。为此,我们提出多个实验内容选题,供学生选择。如选题之一:在每日的12:31:00,由DAC0832送出的模拟电压,让AD0809采集,要求在液晶显示器显示时间,在LED上显示数据采集的结果,验证输入量跟输出量之间的关系;同时将AD0809采集的数据,通过串行通信方式发送到另外一台单片机,并由另外一台单片机的DAC0832送出来,比较采集的模拟量跟输出的模拟量之间的关系。这个选题涵盖了AD/DA转换,串行通讯、远程控制方法、I2C总线、时钟芯片控制、LED、LCD控制等内容,将本课程与单片机、计算机等相关课程有机的结合起来,给学生提供一个较大的思维空间,便于学生创新设计。

3.集中安排实验时间

由于实验改为设计性综合实验,原来每个课内实验两学时已不够用,为确保实验的连贯性,提高实验效率,同时考虑设计性综合实验与课程教学进程有关,原则上放在课程进程即将结束或结束时较为合适,为此我们适当调整课程,集中安排实验时间,从时间上保证设计性综合实验的实施。

三、设计性综合实验的实施

1.明确的指导思想

首先我们明确地告诉学生实验的指导思想,就是为了更好地运用本课程与相关课程知识和技术,提高学生软硬件综合应用能力,为学生提供一个创新空间,借此进一步巩固所学知识;其次明确地告诉学生《智能仪器》课程的设计性综合实验是一个较为复杂的过程,为达到设计要求,提高效率,一定要遵循正确的设计原则、依照科学的研制步骤和严谨的科学态度来开展工作,在设计过程中要注意系统的可靠性、稳定性。为此我们提醒学生注意在硬件或软件设计时,应把复杂的、难处理的问题,分为若干个较简单的、容易处理的问题,然后再一个个地加以解决,注意合理选择元器件等事项,并制定了《智能仪器》课程的设计性综合实验指导意见,供学生参考。

2.调动学生积极性,鼓励创新

在实验内容选题上,我们只给出选题,只提供基本的设计思想和要求,不提供具体的、详细的方案、电路与相关程序以及实施步骤,为学生留下较大的思维空间,学生通过自己查阅有关资料,自定设计方案、选择芯片、设计电路、选择软件、编制相应的程序以及选择实验仪器进行安装,调试等,观察实验现象,作好实验记录,进行数据处理分析,写出实验报告。整个设计调试过程学生都是主角,这样做的目的,就是为了调动学生学习积极性,以利于自主创新能力的培养。如时钟芯片选择上,有的同学选择PCF8563芯片,这种芯片我们过去从没介绍过在实验中也没使用过,我们就让学生查阅PCF8563芯片的有关资料,让学生在实验中自己解决时钟控制问题;又如在编程过程中,有的同学认为用汇编语言比较繁琐,就自学C51编程;实验课结束后,及时进行总结,对完全达到课程设计要求的、有创意的设计进行表彰,对部分达到课程设计要求的、有创意的设计的给予鼓励,对因方案不完全成熟或受器件限制没有完成设计的失败者我们也不是一棍子打死,而是告诉他们实验是允许失败的,关键是要从失败中汲取经验,学生通过设计性综合实验,培养软硬件协调设计能力,进一步巩固了专业知识,建立了“我能”的自信心,达到我们课程实验改革的目的。

3.指导教师充分发挥“指”和“导”的作用

设计性综合实验为学生提供一个较大的思维空间,便于学生创新设计,但这并不意味在这过程中放任学生自由,教师无事可干,相反鉴于过去做综合性实验时,学生反映做这类实验,耗时长,精力花费大,因而在这一过程中,不能单靠学生忙乎,要充分发挥教师“指”和“导”的作用,寓教学于实验中。在前期准备工作中,给学生提供适当实验室软硬件资源,提供各种参考书籍和专业网站,教学生学会独立进行资料收集、分析,了解课程的最新资料与发展趋势;认真审核学生的设计方案,当设计方案有问题时不是指责学生,而是和学生一起分析、探讨,只要方案有可行之处,就鼓励学生,尊重学生选择,要大胆创新,不要怕失败,因为失败有时也是一种收获,真正做到让学生唱主角,对有畏难情绪的学生,更是多一份关心,根据具体情况加强指导。

4.开放实验室

对一些提前做好设计调试准备工作的学生,可提前进入实验室,提供相应的软硬件设备,让学生按照其方案去做,以鼓励、激发学生学习的积极性

5.制定合理的考核标准

主要分三部分考核:

前期准备(20%):主要考核学生是否能根据所学知识以及课题要求查阅、收集有关资料,并进行综合分析,自定设计方案,自行处理实验过程中的一切问题,以及方案分析、可行性等

设计调试过程(50%):主要考核、验证学生设计调试结果,分别检查每个模块,电路设计是否完整、正确、可行、实用,编制出软件程序,是否调试通过,综合调试是否达到设计要求等

实验报告(30%):要求根据设计方案和课题要求写出实验报告,内容包括方案设计依据,阐述软硬件设计思想,画出实验原理图和程序流程图,测试方法及有关数据分析,提供有效的程序清单和文档,以及设计调试过程中出现的问题和解决办法。

四、思考与小结

通过《智能仪器》课程实验教学改革尝试,我们注意到该专业两个班级60多人有25%的同学较好地完成设计调试任务,50%的学生基本或部分完成设计调试任务,尽管有些学生未完成任务也不气馁,他们从失败中汲取了经验教训,得到了锻炼,学生尝到了创新教育的甜头:学生反映他们学到了许多课堂上学不到的知识,开拓了视野,增强了自信心,对专业的发展和个人未来的发展有了新的评价,我们发现,那些较好地完成设计调试任务学生深受用人单位的青睐,有学生告诉我,他到某大国企应聘,由于有这次设计性综合实验的经历,对自己充满信心,能娴熟地回答有关专业问题,顺利地被录用。同样创新教育也为教师注入新的活力:在实验过程中,有些学生设计思路新颖,有超前意识,这对教师是个促进,教师、学生互相学习,使得师生之间的沟通更密切,交流更频繁,互动更有效。

改革尝试让我们收益匪浅,在下一步的改革中要注意完善:一是准确把握选题难易程度,选题难易程度把握不准,太易,学生轻而易举地完成设计任务达不到课程教学目的;太难,学生完不成设计任务容易产生挫败感,甚至会出现抄袭现象;二是不打无准备之仗,有个别学生未做好前期工作,等到集中实验时再做准备,结果手慌脚乱,心情浮躁,影响实验顺利进行,因而,学生要早做好前期准备工作;三是做好实验总结;四是加强、增加实践训练,尤其是硬件设计,培养学生软硬件协调设计能力;五是要让学生逐步参与课程的设计,让实验课成为一个平台,通过这个平台,达到“以基本能力训练为基础,以综合素质培养为核心,以创新精神教育为主线,明确实验教学任务,更新实验教学内容,改革实验教学方法和手段,强化实验教学考核,提高实验教学质量”,使《智能仪器》课程教学更上一个台阶。

参考文献:

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