利用傳統(tǒng)實驗教學優(yōu)化《醫(yī)用電子學》課堂

穆愛霞，周 薇

(平?jīng)鲠t(yī)學高等專科學校，甘肅平?jīng)?744000)

近年來，《醫(yī)用電子學》實驗教學的研究在教學過程、教學內容和教學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，利用EWB、Proteus、EDA等虛擬仿真軟件為操作平臺，快速直接的實現(xiàn)了大部分電子學實驗［1-2］。雖該類軟件對于改善傳統(tǒng)教學有獨到之處，但仍需配備電腦、軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡和相應的放大電路及連接電纜等設備，才可以構建虛擬的實驗平臺，完成各種電子線路的連接、測量及調試。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、學生英語基礎差等條件的限制下，仿真軟件的功能并不能充分開發(fā)出來，反而會誘導老師在探索軟件功能上分散更多精力，不經(jīng)意間轉移教學的重心，偏離教學目標。各類仿真軟件的使用僅僅是拉近了學生與電腦之間的距離，學生只能通過鼠標操作來完成實驗，但卻忽視了學生的接受能力和記錄過程，其效果事與愿違。當然，虛擬操作軟的真實感不強，體會不到儀器的各種故障現(xiàn)象，實驗中出現(xiàn)的各種誤差也體會不出，以致于在臨床一線上，學生為患者安裝或調試一臺最簡單的心電圖機的也可能得不應手。

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，各院校更應考慮師生等具體情況，合理采用，而不要盲目嘗試。目前，在各大院校經(jīng)費有限、師資力量薄弱、課程開設范圍限定等情況下，大部分院校仍根據(jù)自己的實驗室情況自編實驗項目開設實驗，創(chuàng)造各種條件增加教學實習的課時和實踐的機會［4-6］。我校也在該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)五年創(chuàng)新性的、成功的為檢驗、影像專業(yè)學生開設了多組實驗。通過電路連接，各種常用儀器的操作等途徑，大大增加了學生與看似冰冷儀器的接觸，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，將醫(yī)用電子學理論教學與實踐教學達到完美結合，教學效果良好，為他們繼續(xù)學習醫(yī)療儀器等其他課程奠定了堅實基礎。

1 傳統(tǒng)實驗教學在教學中的優(yōu)化與創(chuàng)新

為了達到上述目標，體現(xiàn)醫(yī)學電子學的特點，激發(fā)學生的實驗興趣，我們根據(jù)學生所學理論知識和實驗大綱要求設計了部分實驗內容，主要開設萬用電表的使用、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，使學生熟悉了各種儀器的操作，掌握了一定的實驗知識，在傳統(tǒng)實驗教學中發(fā)揮了比較明顯的優(yōu)勢，以下就傳統(tǒng)實驗教學在《醫(yī)用電子學》課程中的優(yōu)勢予以探討。

1.1 傳統(tǒng)實驗教學板書的指導作用

我們可在板書上清晰展示實驗目標、實驗儀器、實驗步驟及實驗注意事項等內容，教師可以利用提前準備好的板書進行理論講解，而學生則可以隨時按照板書提示進行實驗操作。同時，對于實驗中應注意的重點部分，我們可以采用彩色粉筆做出標注，指導學生順利完成實驗。同時，教師按照板書設計，合理調節(jié)講解速度，給學生留下思考和記筆記的時間。

1.2 傳統(tǒng)實驗教學環(huán)節(jié)的靈活設計

一堂課巧妙的開頭，能使學生很快的集中到課堂教學內容上來，能激發(fā)學生濃厚的學習興趣和強烈的求知欲，使學生學習狀態(tài)由被動變?yōu)橹鲃?，讓他們在輕松愉悅的氛圍中學到知識。因此，在我校傳統(tǒng)實驗教學環(huán)節(jié)的新課導入方面也進行了創(chuàng)新與改進，教學效果良好。

(1)對于第一次操作實驗——萬用電表的使用，除了介紹該電表的“萬能”作用外，更應強調使用儀器的規(guī)范性。設計了“人體安全電壓是多少”、“我們如何測量插線板插孔中的電壓”等問題引入，面對自身安全問題，對于一些開始就懼怕電、膽小的學生就更專注于老師的講解，測量過程操作會更規(guī)范，使學生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，教會學生必須以親身獲得的直接經(jīng)驗為基礎，才能把書本知識轉化為自己的知識。

(2)在示波器使用的實驗中，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)學生必須有義務、有責任學好它，充分開發(fā)它的功能，更好地為自己將來臨床診療服務。此外，按照實驗目標，借助于信號發(fā)生器，我們需調節(jié)出各種完整波形，觀察李薩如圖形等，在波形的調解過程中，告誡他們不急不躁，旋鈕應輕調慢旋，更培養(yǎng)學生耐心細致和嚴謹認真的好習慣。

(3)在組合邏輯門電路實驗中，同學們可以根據(jù)要求，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，增加同學們的學習興趣，同時也掌握了數(shù)字電路設計的一般規(guī)律。通過實驗，學生對數(shù)字電路有了初步的認識，同時也對模擬電路與數(shù)字電路在信號處理的方式方法上的不同有所了解。

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

1.3 傳統(tǒng)實驗教學內容的靈活掌控

我們以第一次實驗萬用電表的使用為例，在明確萬用電表的使用注意事項的基礎上，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，收到良好的效果。

例如，在三極管管腳的測定實驗中，我們創(chuàng)新性的發(fā)現(xiàn)三極管其實就是兩個PN結實質性的結合在一起。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)所展示。

圖1

(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。在如圖1(a)、(b)這個理論模型基礎上，我們利用二極管的單向導電性，先確定三極管管型及基極。假設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結都處于導通狀態(tài)，正向電阻很小，萬用表指針偏轉角度很大)。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結都處于截止狀態(tài)，正向電阻很大，萬用表指針偏轉角度很小，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)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性三極管，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(相當于一偏置電阻)，此時，可構成最簡單的固定偏置放大電路，若觀察到萬用電表(歐姆檔)的指針偏轉大(此時電阻小)，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

三極管管腳的測定實驗中，我們創(chuàng)新的提供給學生一個如圖1所示的簡單易懂的三極管模型，將課程中的理論學習記錄加以整理分析，快速有效的得出實驗結論。當然，根據(jù)學生層次不同，我們可以對實驗內容進行合理安排和取舍，他們可在多次的測試中，增強理論知識的記憶與整理，而不是虛擬仿真軟件顯示屏得出的一條簡單結論。

1.4 傳統(tǒng)實驗教學學生動手能力的培養(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容，學生們急切期盼看到二極管的發(fā)光狀態(tài)，根據(jù)二極管的單向導電性質，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(或都小)，表明發(fā)光二極管已被燒毀(或擊穿)。因此，在思考題中我們設計了“發(fā)光二極管的使用注意事項”問題，督促學生尋找答案，經(jīng)相互討論及查閱相關知識，找到了使用發(fā)光二極管的時必須要正向偏置，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的練習，卻讓學生掌握了它的正確使用方法、條件。從而讓他們懂得應加強基礎理論知識與實踐的相互聯(lián)系，教會他們在臨床一線上，并不是僅僅對每臺儀器會按“ON/OFF”鍵，而應更加規(guī)范操作儀器，從而減少不必要的損失。

此類傳統(tǒng)實驗方式，大大增加了學生參與實踐的機會。成功者從中獲得了喜悅，激發(fā)起他們的創(chuàng)新興趣和激情，失敗者也從中吸取經(jīng)驗和教訓，激發(fā)其認真思考，勇于創(chuàng)新。使教學過程成為以學生學會求知，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力的過程。同時，在學生實際動手能力、學生故障檢查、誤差分析等方面發(fā)揮了虛擬仿真軟件不可替代的作用。

1.5 傳統(tǒng)實驗教學的小結與思考

在實驗過程中，學生可以按照下發(fā)的實驗報告單將實驗結果填寫至數(shù)據(jù)表格，最終對實驗做出小結并完成思考題。此類傳統(tǒng)的實驗教學方法全面調動了學生撰寫實驗報告、分析實驗結果、規(guī)范實驗操作等各方面的綜合素質，讓全體學生得到全面發(fā)展。當然，我們也不斷改進現(xiàn)有實驗教學的固定模式，把單一的驗證性實驗變?yōu)榘l(fā)展學生多元智力、形式多樣的實踐活動，切實提高了課堂教學效率，優(yōu)化了實驗教學。

2 結 論

在考慮諸多因素的基礎上，找到了傳統(tǒng)實驗教學中的充分優(yōu)勢，它借助于清晰的板書教學，利用合理的教學環(huán)節(jié)設計，凝練的實驗內容，扎實的實驗報告撰寫，特別是在培養(yǎng)學生實際動手能力、培養(yǎng)學生誤差分析等方面發(fā)揮了虛擬仿真軟件不可替代的作用，因此，傳統(tǒng)實驗教學將在今后的教學中繼續(xù)發(fā)揮優(yōu)勢作用。

［1］湯樂民，王欣.基于EWB的《醫(yī)學電子學基礎》教學實踐［J］.中國醫(yī)學教育技術，2002，16(6):362-363.

［2］柳秀山.Proteus在電子實踐教學課程中應用研究［J］.中國校外教育理論，2008，24(5):514-515.

［3］程陽.物理仿真實驗教學心得［J］.數(shù)理醫(yī)藥學雜志，2009(2):241-242.

［4］瞿曌，鄧居祁.虛擬實驗的特點與實現(xiàn)［J］.現(xiàn)代遠距離教育，2007，112(4):60-61.

［5］陳艷霞，柴英.醫(yī)用電子學實驗的優(yōu)化與整合［J］.醫(yī)學信息，2010，23(1):43-44.

［6］匡寶平，苗麗華.簡易醫(yī)療儀器在醫(yī)學電子學實驗教學中的應用［J］.實驗室科學，2012，15(2):176-177.