基于卓越工程师的模拟电子实验教学改革

李正美　崔 栋　房 鹰　郑 浩　鲁 雯*



基于卓越工程师的模拟电子实验教学改革

李正美①崔 栋①房 鹰①郑 浩①鲁 雯①*

[摘要]目的：为了推行“卓越工程师教育培养计划”，培养和造就既具备工程师的能力与素质，又具有较强的创新能力的应用型人才。方法：在生物医学工程专业基础课“模拟电子技术”理论教学的同时，结合专业特点剖析在实验教学模式中存在的问题，探索生物医学工程专业“模拟电子技术”实验创新教学改革。在改进实验设备、优化实验内容、建立Multisim虚拟实验室以及将PBL教学法引入实验教学中的4个方面进行实验创新教学改革。结果：分析实验效果和对比研究证明，基于卓越工程师的“模拟电子技术”实验教学改革显著优于传统的实验教学模式。结论：该实验教学改革有利于帮助学生掌握基本理论和基本技能，生物医学工程专业基础课的实践能力得到了很大提高，实验教学效果显著。

[关键词]卓越工程师；实验教学；模拟电子技术

①泰山医学院放射学院 山东 泰安 271016

李正美,女,(1979-),硕士，讲师。泰山医学院放射学院，从事生物医学工程方面的理论教学与实验教学研究工作。

[First-author’s address]Taishan Medical University,Taian 271016,China.

根据“卓越工程师”培养计划，医学院生物医学工程专业入选为山东省2013年启动的省“卓越工程师教育培养计划”[1-2]。医学院对生物医学工程专业基础课“模拟电子技术”进行了实验创新教学改革，帮助学生掌握基本理论和基本技能，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，其目标是培养造就一批具有良好社会责任感、富有创新精神、工程实践能力强、适应山东经济社会发展需要的高素质工程技术人才[3-4]。

1　改进医学实验设备

目前，模拟电子技术实验设备主要是实验箱，在多年的实验教学中发现，现有的实验箱存在一定问题。许多实验设备厂商生产的实验箱都将元器件藏在面板下面，学生做实验时只能看到元件符号，看不到元件实物，无感性认识。学生做实验首先应该从认识元器件开始，真正做到理论联系实际，提高实际操作能力[5]。医学院研制的实验箱的实验板采用模块化设计和独特的两用板工艺，正面贴膜，印有原理图和相应的元器件符号，反面为印制导线，需要测量、观察的部分装有自锁紧式接插件，所有的元器件实物都安装在实验板正面，元器件在反面与电路焊接安装。实验箱体为铝合金框架式结构，外形尺寸为450 mm×300 mm×130 mm，使用直观，可靠性强，维修方便。实验箱配备函数信号发生器和示波器便可完成20余种低频模拟电子技术实验。编写配套的实验教材《电子学实验教程》，以满足医工院校模拟电子技术课程实验教学需要。学生通过实验认识实验对象，便于增强学生的感性认识，加深对其特性、原理和功能的理解。

2　重视基础性实验

模拟电子实验课是培养工科类专业学生从事电子设计与制作的重要教学环节，训练学生的基本实验技能必不可少[6]。在基础实验阶段，应用自行研制的模拟实验箱，要求学生从认识元器件开始，完成电路的连接与调试。该阶段实验学时占总学时的60%，通过常用电子仪器的使用、单管放大电路等常规实验，要求学生掌握示波器、函数信号发生器及交流毫伏表等仪器的一般测量方法和使用步骤。掌握二极管、三极管等元器件的结构和工作特性。通过基础实验阶段的锻炼，使学生能够根据不同功能的电路，正确、合理地选用电子元器件；能够在实验电路中合理布局元器件并合理连线，以防止电路中寄生参数的存在(如分布电容、寄生电容等)和外界的电磁干扰；能够根据模拟电子器件的特性参数分散性大(即普通铝电解电容器的误差可以达到100%)的特点，对实际电路进行调试，使实际电路的性能指标满足设计要求[7]。

3　积极拓展综合性实验

“卓越工程师”应具有扎实的基础知识，动手和创新能力强，能够运用所学理论知识解决实际问题[8]。经过基础实验阶段的训练，学生已经具备了一定的实验基础。在综合实验阶段，教师设定工程研发项目，仅提供部分核心器件和少量电路图，以学生为主体完成电路的设计与制作。该阶段实验学时占总学时的40%，需要完成音频功率放大器、函数信号发生器、直流稳压电源等实验内容。实验过程中要求学生2～3人一组，指导学生在设计电子线路时，应当根据所要完成的功能，从电子线路整体出发，分析线路内部各组成元件之间的关系，判断电子线路的类型，明确所要设计的电路应具备的功能以及用哪个功能模块实现。通过综合性实验可以培养学生理论联系实际的能力，为以后学习与工程实践打下良好的基础。

4　建立Multisim模拟电路仿真虚拟实验室

“卓越工程师”要求学生在相对有限的时间能将理论与实践有机结合，全面提高工程素质[9]。传统的模拟电子技术实验需要连接电路、测量数据及观察波形等，这些过程需要花费大量时间。为了使实验摆脱时间和空间的限制，建立Multisim模拟电路仿真虚拟实验室，学生可以随时随地通过虚拟实验平台进行实验。在实验前通过Multisim模拟电路仿真，在计算机上设计并搭建电路，根据设计要求修改电路和相关元器件的参数，利用虚拟仪表，启动仿真程序，完成数据测量和波形观察。学生通过仿真预习，做到整个实验过程心中有数，之后即可进入实验室应用具体电路完成硬件设备的实际操作。通过理论学习→虚拟实验室仿真→实验实践的教学模式，将理论教学和实验教学融为一体，在仿真结果与硬件实验结果比较的过程中，使学生加深对电路原理的理解和掌握[10]。在实验学时有限的情况下，合理使用教学仿真软件有效地改善了实验效果，提高了实验效率。

5　将PBL教学法引入实验教学

传统的模拟电子实验教学模式是以实验项目为基础，学生按实验教材提供的实验方法和实验步骤，在教师的指导下完成实验内容，实验过程缺乏与工程实际的联系不利于激发学生的学习兴趣[11]。如何优化现有的实验教学模式，确保模拟电子技术这门专业基础课的教学质量，是亟待解决的问题。根据模拟电子技术实验课工程实践性强，实验学时相对较少的特点将基于问题的学习(problem based learning，PBL)教学法引入实验教学中，优化现有的实验教学方法，使实验教学既能很好地强化基础理论知识，又能加强工程实践能力的培养。在模拟电子技术实验教学中，灵活运用PBL教学法，仅将其应用于综合性实验中，对于基础性实验部分因为所涉及的理论知识和放大电路的分析方法相对固定，仍然采用传统的实验教学方法[12]。

功率放大电路和稳压器的设计，以及信号源的设计等综合性实验内容是利用自行研制的实验箱和一些辅助电路连接而成。根据教学大纲的要求提出一系列的问题，如设计信号源并对其电路进行详细分析，引导学生利用课余时间查阅资料，分析原理图。实验过程中要求学生以小组为单位进行讨论，对实验原理进行分析，提出实验中可能会出现的问题，讲解实验中所用到的仪器，并通过Multisim模拟电路仿真预习。经过讨论后由实验教师确定最终实验方案。综合性实验内容是二极管和三极管的具体应用，学生通过小组讨论，查找问题，分析问题，最终在工程应用中解决实际问题，从而培养了团队合作能力和创新能力[13]。

6　结语

“卓越工程师”的培养是一个复杂的、长期的系统工程。实验教学是培养卓越工程师的有力保障[14]。实践证明，通过对模拟电子技术实验教学的一系列改革，能够最大限度地调动学生的主观能动性，并可提高学生对该课程的学习兴趣[15]。理论知识与实验实践相互促进，从而更好地解决工程实践中的问题，为“卓越工程师”的培养打下良好的基础。

参考文献

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[3]刘宏，曾璐，曾东红.面向卓越工程师教育培养的电工电子实践教学体系研究[J].实验室研究与探索，2012，31(7)：358-360.

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[11]马骏，张艳萍，梅文瀚.信息化教学在PBL教学体系中的应用[J].中国高等医学教育，2014(11)：1-2.

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[13]戴伟.基于独立学院基于“卓越工程师”理念的课程改革探索[J].科技信息，2012(33)：45-46.

[14]朱泓，李志义，刘志军.高等工程教育改革与卓越工程师培养的探索与实践[J].高等工程教育研究，2013(6)：68-71.

[15]李正美，郑浩，鲁雯，等.生物医学工程专业实验教学改革探索[J].中国医学装备，2014，11(7)：65-67.

Research on the experimental teaching reform of analog electronic technology basedon excellent engineer

/LI Zheng-mei,CUI Dong,FANG Ying,et al//China Medical Equipment,2016,13(3):132-134.

[Abstract]Objective:To popularize “Excellent Engineer” training plan in education,bring up a large number of engineering staff and technicians of high level who have an ability of engineering practice and innovation.Methods:At the same time in biomedical engineering professional basic course "analog electronic technology" theory teaching,combined with professional features,analyzed the status and existing problems in experimental teaching mode,explored the reform of "analog electronic technology" experiment teaching of new ideas and new methods.The experimental teaching reform is researched from four aspects.Improving experiment device,optimization of experiment contents,establishing Multisim virtual laboratory and the PBL teaching method be introduced into the experiment teaching.Results:Through analysis of experimental results and comparative study,the experimental teaching reform of analog electronic technology based on excellent engineer is significantly superior than traditional experimental teaching mode.Conclusion:Practice shows that the ability to analyze and solve problems and the capacity of engineering practice are enhanced,the experimental teaching effect is improved obviously.

[Key words]Excellent engineer;Experimental teaching;Analog electronic technology

收稿日期：2015-08-22

作者简介

*通讯作者：aluwen@163.com

DOI:10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.03.039

[文章编号]1672-8270(2016)03-0132-03

[中图分类号]R197.39

[文献标识码]A