利用傳統(tǒng)實驗教學(xué)優(yōu)化醫(yī)用電子學(xué)課堂

穆愛霞，周薇

（平?jīng)鲠t(yī)學(xué)高等專科學(xué)校，甘肅平?jīng)?44000）

利用傳統(tǒng)實驗教學(xué)優(yōu)化醫(yī)用電子學(xué)課堂

穆愛霞，周薇

（平?jīng)鲠t(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校，甘肅平?jīng)?44000）

在分析虛擬實驗教學(xué)特點和不足的基礎(chǔ)上，結(jié)合醫(yī)用電子學(xué)實驗教學(xué)，從板書指導(dǎo)、實驗內(nèi)容選取、實驗環(huán)節(jié)設(shè)計、學(xué)生能力培養(yǎng)、實驗報告撰寫等方面分析傳統(tǒng)實驗教學(xué)的特點和優(yōu)勢，闡明傳統(tǒng)實驗教學(xué)有效提高了課堂效果，彌補了虛擬仿真實驗的不足，特別是在培養(yǎng)學(xué)生動手能力、誤差分析能力等方面發(fā)揮了虛擬仿真軟件不可替代的作用。

醫(yī)用電子學(xué)；傳統(tǒng)實驗教學(xué)；虛擬仿真軟件

1 醫(yī)用電子學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀

近年來，醫(yī)用電子學(xué)實驗教學(xué)在教學(xué)過程、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段等方面都有了諸多改進，部分院校在經(jīng)濟允許的條件下，以EWB、Proteus、EDA等虛擬仿真軟件為操作平臺，快速直接地實現(xiàn)了大部分電子學(xué)實驗[1，2]。雖然該類軟件對于改善實驗教學(xué)有獨到之處，但仍需配備電腦、軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡和相應(yīng)的放大電路及連接電纜等設(shè)備，才可以構(gòu)建虛擬的實驗平臺，完成各種電子線路的連接、測量及調(diào)試。而且該類軟件大部分是國外研發(fā)的電路分析與實物仿真軟件，使用時幾乎找不到漢化版[3]。在部分院校師資力量薄弱、學(xué)生英語基礎(chǔ)差等條件限制下，仿真軟件的功能不但不能充分發(fā)揮，反而會使教師將更多精力用于探索軟件功能上，不經(jīng)意間轉(zhuǎn)移了教學(xué)重心，偏離教學(xué)目標(biāo)。有些教師則把此類虛擬仿真軟件看成是提高教學(xué)質(zhì)量的靈丹妙藥，過分追求和利用此類軟件，從而掘棄了一些傳統(tǒng)的教學(xué)手段。相對學(xué)生而言，無疑在理論教學(xué)基礎(chǔ)上又增加難度，導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生逆反心理，對學(xué)習(xí)醫(yī)用電子學(xué)課程失去信心。此外，各類仿真軟件的使用僅僅是拉近了學(xué)生與電腦之間的距離，學(xué)生只能通過鼠標(biāo)操作來完成實驗，體會不到儀器的各種故障現(xiàn)象以及實驗中出現(xiàn)的各種誤差，以致于在臨床工作，學(xué)生安裝或調(diào)試一臺最簡單的心電圖機都很困難。

基于以上考慮，虛擬仿真軟件的使用還有很多待思考之處，因此，各院校應(yīng)考慮師生等具體情況，合理采用，而不是盲目嘗試。目前，在各院校經(jīng)費有限、師資力量薄弱、課程開設(shè)范圍限定等情況下，大部分院校仍根據(jù)自己的實驗室情況自編實驗項目，創(chuàng)造各種條件增加實習(xí)課時和實踐機會[4～6]。我校也在這方面做出了不懈努力，在沒有各種虛擬軟件的支持下，利用現(xiàn)有的實驗室條件，連續(xù)5年創(chuàng)新性地、成功地為檢驗、影像專業(yè)學(xué)生開設(shè)了多組實驗。通過電路連接，各種常用儀器的操作等方式，增加學(xué)生接觸儀器的機會，使他們在多次的親手操作過程中，消除對電子電路的畏懼心理。通過將醫(yī)用電子學(xué)理論教學(xué)與實踐教學(xué)完美結(jié)合，取得良好教學(xué)效果，為學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)醫(yī)療儀器等其他課程奠定了堅實基礎(chǔ)。

2 傳統(tǒng)實驗教學(xué)在教學(xué)中的優(yōu)化與創(chuàng)新

為達到上述目標(biāo)，體現(xiàn)醫(yī)用電子學(xué)的特點，激發(fā)學(xué)生的實驗興趣，我們根據(jù)學(xué)生所學(xué)理論知識和實驗大綱要求設(shè)計了部分實驗內(nèi)容，主要開設(shè)萬用電表的使用、伏安法測二極管的特性、三極管管腳的測定、示波器的使用、單管放大電路、差動放大電路、功率放大器、門電路邏輯功能及測試、組合邏輯電路的設(shè)計、觸發(fā)器、譯碼器等實驗，詳細介紹了萬用電表、示波器、模擬實驗箱、數(shù)字實驗箱等的使用。通過這些實驗教學(xué)，使學(xué)生熟悉各種儀器的操作，掌握一定的實驗知識，發(fā)揮了傳統(tǒng)實驗教學(xué)比較明顯的優(yōu)勢?，F(xiàn)就傳統(tǒng)實驗教學(xué)在醫(yī)用電子學(xué)課程中的優(yōu)勢予以探討。

2.1 傳統(tǒng)實驗教學(xué)板書的指導(dǎo)作用

通過板書能清晰展示實驗?zāi)繕?biāo)、實驗儀器、實驗步驟及實驗注意事項等內(nèi)容，教師可以利用提前準(zhǔn)備好的板書進行理論講解，學(xué)生隨時按照板書提示進行實驗操作。同時，對于實驗應(yīng)注意的重點部分，可以用彩色粉筆做出標(biāo)注，指導(dǎo)學(xué)生順利完成實驗；教師按照板書設(shè)計，合理調(diào)節(jié)講解速度，給學(xué)生留下思考和記筆記的時間。總之，傳統(tǒng)實驗教學(xué)巧妙借助板書的指導(dǎo)作用，為完成實驗做了基本保障。

2.2 傳統(tǒng)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的靈活設(shè)計

一堂課巧妙的開頭，能使學(xué)生很快集中到課堂教學(xué)內(nèi)容上，激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣和強烈的求知欲，使學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)由被動變?yōu)橹鲃?，在輕松愉悅的氛圍中學(xué)到知識。因此，我校在傳統(tǒng)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的新課導(dǎo)入方面進行了創(chuàng)新與改進，教學(xué)效果良好，現(xiàn)介紹如下。

（1）對于第一次操作實驗——萬用電表的使用，除介紹該電表的“萬能”作用外，更應(yīng)強調(diào)使用儀器的規(guī)范性。設(shè)計了“人體安全電壓是多少”“我們?nèi)绾螠y量插線板插孔中的電壓”等問題引入，面對自身安全問題，懼怕電、膽小的學(xué)生一開始就專注于教師的講解，測量操作會更規(guī)范，從而牢固掌握萬用電表測量電壓、電阻、電流等物理量的方法。同時，學(xué)生以親身獲得的直接經(jīng)驗為基礎(chǔ)，有利于將書本知識轉(zhuǎn)化為自己的知識。

（2）在示波器使用實驗中，以“示波器就是醫(yī)生的眼睛，它可以用來觀測人體的心電、腦電、肌電等物理量”開場，作為一名醫(yī)學(xué)生有義務(wù)、有責(zé)任學(xué)好它，充分開發(fā)它的功能，更好地為臨床診療服務(wù)。此外，按照實驗?zāi)繕?biāo)，借助于信號發(fā)生器，我們需調(diào)節(jié)出各種完整的波形，觀察李薩如圖形等，在波形的調(diào)解過程中，告誡學(xué)生不急不躁，輕調(diào)慢旋旋鈕，培養(yǎng)學(xué)生耐心細致和嚴(yán)謹認真的好習(xí)慣。

（3）在組合邏輯門電路實驗中，讓學(xué)生利用最簡單的與門、或門、與非門、或非門、非門電路等集成塊組合成一些實用數(shù)字電路，如三人表決電路、計數(shù)器等，以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，掌握數(shù)字電路設(shè)計的一般規(guī)律。通過實驗，學(xué)生對數(shù)字電路有了初步認識，對模擬電路與數(shù)字電路在信號處理方式方法上的不同有所了解。

因此，傳統(tǒng)實驗教學(xué)可根據(jù)學(xué)生的實際情況，通過教師的講授引導(dǎo)及示范，對各教學(xué)環(huán)節(jié)靈活處理，相比虛擬仿真軟件的機械控制具有很強的親和力和可調(diào)節(jié)性。

2.3 傳統(tǒng)實驗教學(xué)內(nèi)容的靈活掌控

以第一次實驗萬用電表的使用為例，在明確萬用電表使用注意事項的基礎(chǔ)上，我們開發(fā)了伏安法測二極管的特性、三極管管腳的測定實驗，在實驗中突破常規(guī)，大膽創(chuàng)新，有效降低了課程難度，收到良好效果。

例如，在三極管管腳的測定實驗中，我們創(chuàng)新性地發(fā)現(xiàn)三極管其實就是兩個PN結(jié)實質(zhì)性地結(jié)合在一起。因此，我們將NPN型三極管可以看成一對二極管背靠背連接在一起，而PNP型三極管則為一對二極管頭對頭連接在一起，如圖1（a）、（b）所示。

圖1 三極管結(jié)構(gòu)

2.3.1 三極管管型、基極的確定萬用表在歐姆電路中，紅表筆為電池負極，黑表筆為電池正極。如在圖1（a）、（b）這個理論模型基礎(chǔ)上，我們利用二極管的單向?qū)щ娦?，先確定三極管管型及基極。假設(shè)用黑表筆接假定的基極，紅表筆依次接其余兩極，若兩次電阻值都小，則該管為NPN型三極管，且黑表筆所接就是基極b（此時兩個PN結(jié)都處于導(dǎo)通狀態(tài)，正向電阻很小，萬用表指針偏轉(zhuǎn)角度很大）。若測得兩次電阻值都較大，則該管為PNP型三極管，且黑表筆所接就是基極b（此時兩個PN結(jié)都處于截止?fàn)顟B(tài)，正向電阻很大，萬用表指針偏轉(zhuǎn)角度很小，甚至不動）。若兩次阻值一大一小，則證明不動的表筆所接的一極不是基極。因此，如上述方法，我們確定出三極管的管型及基極。

2.3.2 集電極、發(fā)射極的確定例如，如圖2所示，對于已確定管型的NPN型三極管，利用三極管處于放大工作狀態(tài)時電阻小的特性，我們用黑表筆接假定的集電極，紅表筆接假定的發(fā)射極，再在假定的集電極和基極間加上濕手指（相當(dāng)于一偏置電阻），此時，可構(gòu)成最簡單的固定偏置放大電路，若觀察到萬用電表（歐姆檔）的指針偏轉(zhuǎn)大（此時電阻?。?，則說明該三極管處于放大狀態(tài)，黑表筆所接就是集電極c，另外一極則是發(fā)射極e。如法可得出PNP型三極管的e、c極。

圖2 NPN型三極管e、c極的確定實驗原理圖

在三極管管腳的測定實驗中，我們創(chuàng)新地提供給學(xué)生一個如圖1所示的簡單易懂的三極管模型，將課程中的理論學(xué)習(xí)記錄加以整理分析，就可有效得出實驗結(jié)論。當(dāng)然，根據(jù)學(xué)生層次不同，我們可以對實驗內(nèi)容進行合理安排和取舍，學(xué)生通過多次測試，可增強理論知識的記憶，而不是虛擬仿真軟件顯示屏得出的一條簡單結(jié)論。

2.4 傳統(tǒng)實驗教學(xué)學(xué)生動手能力的培養(yǎng)

例如，在二極管測試實驗中，我們增加了利用發(fā)光二極管連接電路的實驗內(nèi)容，學(xué)生急切期盼看到二極管的發(fā)光狀態(tài)，根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦再|(zhì)，利用萬用電表先確定出其正負極，并迅速連接好電路，接通電源，卻觀察到發(fā)光二極管亮光僅是曇花一現(xiàn)，隨后立即熄滅。當(dāng)互換表筆，再次用萬用電表電阻檔檢測該二極管時，測得此發(fā)光二極管兩次阻值都大（或都?。?，表明發(fā)光二極管已被燒毀（或擊穿）。因此，在思考題中我們設(shè)計了“發(fā)光二極管的使用注意事項”問題，督促學(xué)生尋找答案。經(jīng)相互討論及查閱相關(guān)資料，學(xué)生找到使用發(fā)光二極管時必須要正向偏置，并在電路中串接一個限流電阻。雖此次實驗有材料的損耗，但僅僅是一個小器件，卻讓學(xué)生掌握了正確的使用方法和條件，從而使其懂得應(yīng)加強基礎(chǔ)理論知識與實踐的聯(lián)系，在臨床工作中，并不僅僅會按每臺儀器的“ON/OFF”鍵，認識到規(guī)范操作儀器的重要性，從而減少不必要的損失。

此類傳統(tǒng)實驗方式，大大增加了學(xué)生參與實踐的機會，成功者從中獲得了喜悅，激發(fā)起創(chuàng)新興趣和激情，失敗者從中吸取經(jīng)驗和教訓(xùn)，促進其思考與創(chuàng)新。教學(xué)過程成為學(xué)生學(xué)會求知，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力的過程，在培養(yǎng)學(xué)生動手能力，故障檢查、誤差分析能力等方面發(fā)揮了虛擬仿真軟件不可替代的作用。

2.5 傳統(tǒng)實驗教學(xué)的小結(jié)與思考

在實驗過程中，學(xué)生可以按照下發(fā)的實驗報告將實驗結(jié)果填寫至數(shù)據(jù)表格，最終對實驗做出小結(jié)并完成思考題。此類傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法全面培養(yǎng)了學(xué)生撰寫實驗報告、分析實驗結(jié)果、規(guī)范實驗操作等方面的綜合素質(zhì)，促進學(xué)生全面發(fā)展。當(dāng)然，我們也在不斷改進現(xiàn)有實驗教學(xué)的固定模式，把單一的驗證性實驗變?yōu)榘l(fā)展學(xué)生多元智力、形式多樣的實踐活動，切實提高課堂教學(xué)效率，優(yōu)化實驗教學(xué)。

3 結(jié)論

在考慮諸多因素的基礎(chǔ)上，我們找到了傳統(tǒng)實驗教學(xué)的優(yōu)勢：借助于清晰的板書，利用合理的教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計、凝練的實驗內(nèi)容，在培養(yǎng)學(xué)生動手能力、誤差分析能力等方面發(fā)揮了虛擬仿真軟件不可替代的作用。因此，傳統(tǒng)實驗教學(xué)將在今后的教學(xué)中繼續(xù)發(fā)揮著優(yōu)勢作用。

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G424.31

A

1671-1246（2015）01-0104-03

注：本文系國家自然科學(xué)基金項目（10774120，10475066）；甘肅省自然科學(xué)基金項目（3ZS05 A25-013）