开展研究型实验教学培养创新人才

2022-09-11

《单片机原理及应用》是生物医学工程专业的必修专业基础课。主要讲授单片机的基本原理、应用系统配置及其接口技术、在控制方面的典型应用等内容。涉及硬件和软件两个方面知识的教学, 具有极强的实践性和较广知识面的特点。因此, 与其相应的实验教学就显得非常重要。从2 0 0 2年开始进行本实验教学的改革, 对实验教学理念、实验内容、教学方法及教学管理等进行了深入的改革和探讨, 构建了基本验证型实验、综合设计型实验、开放研究型实验的三级实验教学体系。

1 建立三级实验教学体系, 培养研究创新型人才

《单片机原理和应用》教学的特点是其实验教学在整个教学体系中占有重要地位。为此, 对本课程的实验教学进行了改革。减少单一的实验教学内容和实验题目, 增加综合研究型实验内容, 着重加强综合设计性及开放研究性的培养和训练。我们开设了《课程设计》的研究型实验课程, 构建由浅入深, 先局部后扩展、综合, 再到开放研究性的三层次实验教学体系。

基本验证性实验:与改革前相比, 对基本验证性实验进行重新整合, 将实验平台熟悉、软件编程调试实验等3个题目压缩为1个实验;将单片机P 1口演示、并行口扩充8 2 5 5 A、中断实验等整合为并行口及扩充、8 2 5 5 A中断控制2个实验;将D/A转换, A/D转换合并为1个实验。学时由3 6学时减到1 2学时。

综合设计性实验:旨在将本课程各知识点和难点的理论知识及基本实验内容进行有机的综合, 使学生在较复杂的实验要求和内容下, 提高运用多种实验仪器设备的能力;提高综合运用理论知识、实验方法、实验技能的能力;提高软硬件相结合的综合设计能力;提高实验资源合理分配及优化的能力;提高在实验过程中分析对比, 解决实际问题的研究能力。此类实验具有启发性、研究性及实际应用性, 能充分发挥学生的主观能动性。开设了《微机及接口技术综合实验》课程, 2 7学时并给出独立学分。

下面以本专业2 0 0 3级实施的实验教学过程为例说明。实验平台——如图所示。其中温度采集、电机控制及微型打印机控制等模块可根据综合实验内容来选取。

教学内容分为必做内容和选作内容。必做内容要求每组学生在1 2学时内完成。包括 (1) 硬件:由单片机小系统、键盘、LED模块构成基本控制平台;软件:编写监控程序, 包括功能键定义, L E D动态显示。 (2) 硬件:单片机小系统与8255A工作在不同工作方式下的连接;软件:根据不同的工作方式编写驱动程序。 (3) 硬件:通过M A X 2 3 2完成2个单片机小系统之间串行连接;软件:编写点对点的串行通讯程序。这部分实验的教学目的是使学生通过不同的工作方式进一步理解8 2 5 5 A的工作性能及本质;使学生学会MAX232硬件连接、原理及工作方式, 串行通信程序编写技巧、联络方式、校验方式及调试方法。举一反三灵活使用, 培养学生的研究兴趣。

选做内容是在必做内容完成后才可进行。学生可从L C D显示、微型打印机、温度采集、电机控制、步进电机控制及允许特种车辆通过的交通灯等实验题目中选择4个实验题目, 1 5学时完成。

对于选作实验内容, 要求绘制电原理图, 确定硬件的连接, 说明工作原理和控制过程, 编写程序。以上这些工作要求在进入实验室前完成。预习内容在本课程的考核中占2 5%。

选作内容进一步激发了学生学习的积极性和研究兴趣, 提高综合设计和优化能力。部分能力较强的同学对选作的内容再综合, 进行探索研究性实验。

开放研究型实验——课程设计:《课程设计》以培养学生的研究创新能力及适应社会需求为目的, 独立开设实验课程, 3 6学时, 2学分。以课题组为组织形式, 每个小组3~5名学生, 实行导师制。指导教师提出一些与科研联系密切, 符合社会需求的有利于启发创新思维, 培养科学研究意识, 有一定的科学和应用价值的实验课题。而如何实现, 理论根据和实验路线以及如何进行资源配置则由学生自主研究和实践, 直至完成课题。因此, 学生课题组基本独立完成查阅资料、设计实验方案、实验调试及分析解决问题、实验结果讨论及撰写实验课题报告等工作。在课程设计结束时, 由3~5位指导教师组成答辩组。每名学生用5分钟进行报告, 2分中进行答辩。鼓励学生提问进行讨论, 教师答辩组综合实验研究过程、实验报告写作水平及表达能力给出实验成绩。

实施方法。在第7学期开设《课程设计》。采用紧凑的小教学周形式。下面以本专业2 0 0 3级本科生实施《课程设计》为例予以说明。

本班有学生2 7人, 每3人一组, 由课程设计教学组给出9个题目, 每个题目设置指导教师。

选题——通过学生自选和教学组讨论每个小组选定一个题目。

任务书——本实验环节是以任务书的形式交给学生。任务书包括:课程设计题目、研究目的、实验方案设计、技术指标、课程设计报告书格式要求、课程设计答辩要求及学时进度要求。

安排——本次课程设计3 6学时, 分9次, 每次4学时。第1次是讲解要求, 下达任务书, 指导学生撰写任务书。在第2次上课时按任务书要求提交书面实验方案。从第2次到第8次, 连续4周, 学生在开放实验室进行实验研究和调试。在此期间指导教师给予指导并掌握课题完成进度, 撰写课程设计实验报告。第9次进行课程设计答辩。

成绩——课程设计的考核成绩由两部分组成。 (1) 课程设计实施和报告。占总成绩的7 5%, 由指导教师评分。 (2) 答辩成绩, 占2 5%。

题目——2003级《课程设计》题目如下。

理疗波形发生器、路生物电数据收发器、数字体温计、简易病房呼叫系统1、简易病房呼叫系统2、生物电信号采集器、电刺激治疗仪主控板设计、电刺激治疗仪功率输出设计、热敏传感器系统设计。

2 结语

本专业的实验教学改革已经实施了近5年的时间, 实验教学改革基本达到了预期的效果, 也取得了一定的成绩, 但我们感到还有要在稳定的实验教师队伍, 更新实验教师知识结构, 采用先进的实验教学理念和方法, 提高实验室管理水平, 启发学生的创新思维和研究意识等方面努力工作, 培养更多的符合社会需求的、具有创新意识的研究型人才。

摘要：单片机原理及应用实验课是一门实践性极强的课程。如何使其更接近社会实践需求, 具有研究创新性是一个亟待解决的共性问题。通过几年来的教学改革实践, 逐步形成了具有研究性特点的实验教学方法, 包括:研究型综合设计实验、研究创新型开放型实验, 有效的加强了本实验课程的研究性。

关键词：研究型,教学改革,实验