利用傳統實驗教學優化《醫用電子學》課堂

穆愛霞，周 薇

(平涼醫學高等?？茖W校，甘肅平涼 744000)

近年來，《醫用電子學》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，快速直接的實現了大部分電子學實驗［1-2］。雖該類軟件對于改善傳統教學有獨到之處，但仍需配備電腦、軟件系統、數據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象，實驗中出現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，大部分院校仍根據自己的實驗室情況自編實驗項目開設實驗，創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，利用現有的實驗室條件，連續五年創新性的、成功的為檢驗、影像專業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，為他們繼續學習醫療儀器等其他課程奠定了堅實基礎。

1 傳統實驗教學在教學中的優化與創新

為了達到上述目標，體現醫學電子學的特點，激發學生的實驗興趣，我們根據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，在傳統實驗教學中發揮了比較明顯的優勢，以下就傳統實驗教學在《醫用電子學》課程中的優勢予以探討。

1.1 傳統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，合理調節講解速度，給學生留下思考和記筆記的時間。

1.2 傳統實驗教學環節的靈活設計

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，能激發學生濃厚的學習興趣和強烈的求知欲，使學生學習狀態由被動變為主動，讓他們在輕松愉悅的氛圍中學到知識。因此，在我校傳統實驗教學環節的新課導入方面也進行了創新與改進，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，作為一名醫學生必須有義務、有責任學好它，充分開發它的功能，更好地為自己將來臨床診療服務。此外，按照實驗目標，借助于信號發生器，我們需調節出各種完整波形，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字電路，如三人表決電路、計數器等，增加同學們的學習興趣，同時也掌握了數字電路設計的一般規律。通過實驗，學生對數字電路有了初步的認識，同時也對模擬電路與數字電路在信號處理的方式方法上的不同有所了解。

因此，傳統實驗教學可根據學生的實際情況，通過教師的講授引導及示范，對各教學環節靈活處理，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性。

1.3 傳統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，大膽創新，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，我們創新性的發現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，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，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，黑表筆所接就是集電極c，另外一極則是發射極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 傳統實驗教學學生動手能力的培養

例如，在二極管測試實驗中，我們增加了利用發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光狀態，根據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，卻觀察到發光二極管亮光僅是曇花一現，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，測得此發光二極管兩次阻值都大(或都小)，表明發光二極管已被燒毀(或擊穿)。因此，在思考題中我們設計了“發光二極管的使用注意事項”問題，督促學生尋找答案，經相互討論及查閱相關知識，找到了使用發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，而應更加規范操作儀器，從而減少不必要的損失。

此類傳統實驗方式，大大增加了學生參與實踐的機會。成功者從中獲得了喜悅，激發起他們的創新興趣和激情，失敗者也從中吸取經驗和教訓，激發其認真思考，勇于創新。使教學過程成為以學生學會求知，培養創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、誤差分析等方面發揮了虛擬仿真軟件不可替代的作用。

1.5 傳統實驗教學的小結與思考

在實驗過程中，學生可以按照下發的實驗報告單將實驗結果填寫至數據表格，最終對實驗做出小結并完成思考題。此類傳統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、規范實驗操作等各方面的綜合素質，讓全體學生得到全面發展。當然，我們也不斷改進現有實驗教學的固定模式，把單一的驗證性實驗變為發展學生多元智力、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，找到了傳統實驗教學中的充分優勢，它借助于清晰的板書教學，利用合理的教學環節設計，凝練的實驗內容，扎實的實驗報告撰寫，特別是在培養學生實際動手能力、培養學生誤差分析等方面發揮了虛擬仿真軟件不可替代的作用，因此，傳統實驗教學將在今后的教學中繼續發揮優勢作用。

［1］湯樂民，王欣.基于EWB的《醫學電子學基礎》教學實踐［J］.中國醫學教育技術，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］.數理醫藥學雜志，2009(2):241-242.

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

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

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