利用傳統實驗教學優化醫用電子學課堂

穆愛霞，周薇

（平涼醫學高等專科學校，甘肅平涼744000）

利用傳統實驗教學優化醫用電子學課堂

穆愛霞，周薇

（平涼醫學高等專科學校，甘肅平涼744000）

在分析虛擬實驗教學特點和不足的基礎上，結合醫用電子學實驗教學，從板書指導、實驗內容選取、實驗環節設計、學生能力培養、實驗報告撰寫等方面分析傳統實驗教學的特點和優勢，闡明傳統實驗教學有效提高了課堂效果，彌補了虛擬仿真實驗的不足，特別是在培養學生動手能力、誤差分析能力等方面發揮了虛擬仿真軟件不可替代的作用。

醫用電子學；傳統實驗教學；虛擬仿真軟件

1 醫用電子學實驗教學現狀

近年來，醫用電子學實驗教學在教學過程、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，以EWB、Proteus、EDA等虛擬仿真軟件為操作平臺，快速直接地實現了大部分電子學實驗[1，2]。雖然該類軟件對于改善實驗教學有獨到之處，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限制下，仿真軟件的功能不但不能充分發揮，反而會使教師將更多精力用于探索軟件功能上，不經意間轉移了教學重心，偏離教學目標。有些教師則把此類虛擬仿真軟件看成是提高教學質量的靈丹妙藥，過分追求和利用此類軟件，從而掘棄了一些傳統的教學手段。相對學生而言，無疑在理論教學基礎上又增加難度，導致學生產生逆反心理，對學習醫用電子學課程失去信心。此外，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，體會不到儀器的各種故障現象以及實驗中出現的各種誤差，以致于在臨床工作，學生安裝或調試一臺最簡單的心電圖機都很困難。

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，各院校應考慮師生等具體情況，合理采用，而不是盲目嘗試。目前，在各院校經費有限、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，創造各種條件增加實習課時和實踐機會[4～6]。我校也在這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5年創新性地、成功地為檢驗、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方式，增加學生接觸儀器的機會，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。通過將醫用電子學理論教學與實踐教學完美結合，取得良好教學效果，為學生繼續學習醫療儀器等其他課程奠定了堅實基礎。

2 傳統實驗教學在教學中的優化與創新

為達到上述目標，體現醫用電子學的特點，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，使學生熟悉各種儀器的操作，掌握一定的實驗知識，發揮了傳統實驗教學比較明顯的優勢。現就傳統實驗教學在醫用電子學課程中的優勢予以探討。

2.1 傳統實驗教學板書的指導作用

通過板書能清晰展示實驗目標、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，學生隨時按照板書提示進行實驗操作。同時，對于實驗應注意的重點部分，可以用彩色粉筆做出標注，指導學生順利完成實驗；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。總之，傳統實驗教學巧妙借助板書的指導作用，為完成實驗做了基本保障。

2.2 傳統實驗教學環節的靈活設計

一堂課巧妙的開頭，能使學生很快集中到課堂教學內容上，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，在輕松愉悅的氛圍中學到知識。因此，我校在傳統實驗教學環節的新課導入方面進行了創新與改進，教學效果良好，現介紹如下。

（1）對于第一次操作實驗——萬用電表的使用，除介紹該電表的“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，懼怕電、膽小的學生一開始就專注于教師的講解，測量操作會更規范，從而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，學生以親身獲得的直接經驗為基礎，有利于將書本知識轉化為自己的知識。

（2）在示波器使用實驗中，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，作為一名醫學生有義務、有責任學好它，充分開發它的功能，更好地為臨床診療服務。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的波形，觀察李薩如圖形等，在波形的調解過程中，告誡學生不急不躁，輕調慢旋旋鈕，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，讓學生利用最簡單的與門、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，以增加學生的學習興趣，掌握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認識，對模擬電路與數字電路在信號處理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強的親和力和可調節性。

2.3 傳統實驗教學內容的靈活掌控

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

例如，在三極管管腳的測定實驗中，我們創新性地發現三極管其實就是兩個PN結實質性地結合在一起。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）所示。

圖1 三極管結構

2.3.1 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。如在圖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。

2.3.2 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型三極管，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

在三極管管腳的測定實驗中，我們創新地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，就可有效得出實驗結論。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，學生通過多次測試，可增強理論知識的記憶，而不是虛擬仿真軟件顯示屏得出的一條簡單結論。

2.4 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資料，學生找到使用發光二極管時必須要正向偏置，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，卻讓學生掌握了正確的使用方法和條件，從而使其懂得應加強基礎理論知識與實踐的聯系，在臨床工作中，并不僅僅會按每臺儀器的“ON/OFF”鍵，認識到規范操作儀器的重要性，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，激發起創新興趣和激情，失敗者從中吸取經驗和教訓，促進其思考與創新。教學過程成為學生學會求知，培養創新精神和實踐能力的過程，在培養學生動手能力，故障檢查、誤差分析能力等方面發揮了虛擬仿真軟件不可替代的作用。

2.5 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培養了學生撰寫實驗報告、分析實驗結果、規范實驗操作等方面的綜合素質，促進學生全面發展。當然，我們也在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，切實提高課堂教學效率，優化實驗教學。

3 結論

在考慮諸多因素的基礎上，我們找到了傳統實驗教學的優勢：借助于清晰的板書，利用合理的教學環節設計、凝練的實驗內容，在培養學生動手能力、誤差分析能力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著優勢作用。

[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，2007，4（112）：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.

G424.31

A

1671-1246（2015）01-0104-03

注：本文系國家自然科學基金項目（10774120，10475066）；甘肅省自然科學基金項目（3ZS05 A25-013）