走自制實驗設備之路 促進實驗教學改革

楊 宏，李國輝

（西安郵電大學 電子工程學院，陜西 西安 710121）

實驗教學是高等學校教學體系的重要組成部分［1］，它對學生的綜合能力培養起著十分重要的作用。為了促進教學實驗室的建設與發展，克服教育經費投入不足的困難，西安郵電大學鼓勵教師和實驗技術人員發揚自力更生、勤儉辦校的精神，充分利用現有實驗室的條件，因地制宜地自制實驗設備［2］。

1 自制實驗設備的必要性

國內許多學者對自制實驗設備在人才培養、科學研究等方面的作用進行了一些探索。文獻［3］對自制實驗設備與提升實踐教學質量的關系進行了探討；文獻［4］論述了高校自制實驗儀器設備在應用型人才培養中的作用；文獻［5］給出了自制實驗設備在專業實驗教學中的應用；文獻［6］就改進和研制實驗儀器、更好為實驗教學服務進行了探討；文獻［7］介紹了創新實驗項目的開發及設備研制；文獻［8］和文獻［9］論述了優化實驗室管理、提高實驗室投資效益的問題。這些探索是有益的，但自制實驗設備如何更好地促進實驗教學改革還需進一步探討。

自制實驗設備是教學改革的重要內容，是本科教學工作優秀學校評價的重要組成部分［10］。自制實驗設備直接推動了教學內容、教學體系及教學方法的改革，符合高校辦學的具體要求。自制實驗設備也是基礎課教師和基礎教學實驗室人員參加學校自擬科研課題的主要形式。

西安郵電大學作為以信息科學技術為特色，工、管、理、經、文、法、藝多學科協調發展的普通高等院校，如果沒有自制實驗設備的能力，就難以取得高水平的教學質量。

2 科研與實踐教學相結合自制實驗設備

筆者自制了實驗設備“混沌實驗平臺”、“ARM實驗平臺”和“DSP實驗平臺”，運用到實驗教學中后取得了良好的效果。

2.1 自制混沌實驗平臺

根據混沌系統的數學模型，利用運算放大器、電壓比較器、電流傳輸器和模擬乘法器等電子器件設計混沌電路實驗平臺［11］。混沌實驗的內容包括：觀察電路輸出信號，觀察電路輸出的相圖及頻譜圖，設計該系統的同步系統，混沌偽隨機信號發生器等。

2.2 自制ARM實驗平臺

自制ARM嵌入式實驗平臺的硬件主要包括電源電路、復位電路、時鐘電路、JTAG電路、LED控制電路、串口電路、SPI驅動顯示電路、USB接口電路、I2C電路等。該平臺的實物如圖1所示。自制ARM嵌入式實驗平臺主要可以完成以下實驗：蜂鳴器、流水燈、UART0、I2C、SPI、定時器、脈寬調制器、AD轉換器、實時時鐘、看門狗、中斷相關實驗、步進電機控制、μCOS－II基礎實驗（GPIO、UART1、SPI、ADC、DAC、I2C、RTC、PWM、LCD顯示漢字）。

圖1 ARM嵌入式實驗平臺的實物圖

2.3 自制DSP實驗平臺

自制DSP實驗平臺的硬件主要包括單片機系統電路、DSP系統電路、串口通信、音頻控制電路、外部中斷控制電路、USB控制電路、MP3解碼電路、LCD顯示電路、鍵盤電路等。該平臺的實物圖如圖2所示。自制DSP實驗平臺主要可以完成以下實驗：CpuTimer定時器實驗、外擴SRAM實驗、擴展中斷輸入實驗、鍵盤掃描實驗、MCBSP立體聲警報實驗、網卡發送接收實驗、PCM格式和WAV格式歌曲播放實驗、錄音回放實驗、MP3音樂播放實驗、LCD實驗、FAT16實驗。

圖2 DSP實驗平臺的實物圖

3 自制實驗設備的各種措施

（1）制定政策，保證自制實驗設備經費的落實；在晉級晉職時，自制實驗設備項目的主持人予以優先。

（2）嚴格審批，確保自制實驗設備項目的實施。自制實驗設備以立項形式管理，每年審批一次。申請的項目必須是為了本校教學計劃內的實驗教學，在探索實驗教學內容、方法及手段的改革和增開新的教學實驗項目等方面需要自制的實驗設備。申請項目的負責人應具有中級以上職稱，且必須經過充分的可行性論證，填寫“自制實驗設備項目申請表”，經實驗室主任及院（系）主管領導審核、簽署意見后，報送教務處，再由教務處組織有關專家評審。評審工作嚴格遵循獨創性、實用性、先進性、可行性和經濟性的原則，確定自制項目的立項并落實經費，明確項目進度和項目負責人的責任，促使研制者達到項目的預期目的。

（3）總結推廣，持續開展自制和改制教學儀器設備的工作。

4 自制實驗設備的效果

自制實驗設備節約了經費、鍛煉了教工隊伍、提高了教學質量、促進了學生就業，取得了良好的效果。

（1）拓寬了實驗教學內容，促進了實驗教學改革，提高了實驗教學效果。為了滿足教學改革對實驗設備的數量和檔次的新要求，廣大教師和實驗技術人員以主人翁的責任感自制實驗設備，保證了實驗教學需要。

（2）鍛煉了實驗技術隊伍，提高了教師和實驗技術人員的業務素質。開展自制實驗設備的過程也是鍛煉隊伍的過程。每項自制設備，教師和實驗技術人員都要自己搜集資料、進行設計和安裝調試，同時還要將實驗裝置的研制改造和編寫實驗教材結合起來。這些要求，促使每位研制人員不斷拓寬知識面，在實踐中增長才干，提高自己的理論水平和技術水平。

（3）提高了學生綜合設計及應用研究能力。自制實驗設備，除了依靠教師和實驗技術人員外，還適當吸收部分本科生參加。學生結合實驗室開放或畢業設計等實踐環節參與研制實驗設備，加強了工程實踐能力的鍛煉與培養。

（4）加強了實驗室建設。通過對自制設備的研制，實驗室的規模不斷擴大，促進了實驗室的建設，增強了實驗室的實力和影響力。

5 結束語

自制實驗設備對實驗教學的促進作用已毋庸置疑。自行研制新的實驗設備的組織與實踐，不但使實驗室引進了新的技術，還使教師的業務能力得到鍛煉，增長了新的技能，增加了工作的成就感，同時使理論與實踐有機地結合，為解決教學中的問題打下堅實基礎。高校自制實驗設備，必將對實驗教學改革、大學生創新能力的培養產生積極的影響。

（References）

［1］周童，曲占慶，陳德春.走自制設備之路 提高師生實驗創新能力［J］.實驗室研究與探索，2010，29（2）：168－169.

［2］李振鍵，席巧娟，蘇家芬，等.開展自制（改制）教學儀器設備，提高實驗室綜合效益［J］.實驗技術與管理，1999，16（3）：113－115.

［3］賈志濤.深化自制實驗設備工作提升實踐教學質量［J］.價值工程，2010（33）：229－230.

［4］朱正林，吳強，潘效軍.談高校自制實驗儀器設備在應用型人才培養中的作用［J］.中國科教創新導刊，2007（21）：12－13.

［5］曹勇鋒，張可方.自制設備在專業實驗教學中的應用［J］.實驗科學與技術，2009，7（3）：135－137.

［6］翟玉平.改進和研制實驗儀器更好為實驗教學服務［J］.實驗室科學，2007（4）：164－165.

［7］溫利紅，高金良.創新實驗項目的開發及設備研制［J］.機電產品開發與創新，2007，20（6）：48－50.

［8］馮鴻周，王一山.淺談當前高校實驗室的管理問題［J］.實驗室科學，2006（4）：86－87.

［9］張明長.優化實驗室管理 提高實驗室投資效益［J］.北京印刷學院學報，2006，12（6）：72－73.

［10］應安明，王桂玲，劉桂濤.自制實驗儀器設備在教學中的使用［J］.實驗室研究與探索，2003，22（1）：20－21.

［11］楊宏.混沌實驗創新教學模式的探索［J］.濰坊教育學院學報，2009，22（2）：53－54.