利用传统实验教学优化医用电子学课堂

穆爱霞，周薇

（平凉医学高等专科学校，甘肃平凉744000）

利用传统实验教学优化医用电子学课堂

穆爱霞，周薇

（平凉医学高等专科学校，甘肃平凉744000）

在分析虚拟实验教学特点和不足的基础上，结合医用电子学实验教学，从板书指导、实验内容选取、实验环节设计、学生能力培养、实验报告撰写等方面分析传统实验教学的特点和优势，阐明传统实验教学有效提高了课堂效果，弥补了虚拟仿真实验的不足，特别是在培养学生动手能力、误差分析能力等方面发挥了虚拟仿真软件不可替代的作用。

医用电子学；传统实验教学；虚拟仿真软件

1 医用电子学实验教学现状

近年来，医用电子学实验教学在教学过程、教学内容和教学手段等方面都有了诸多改进，部分院校在经济允许的条件下，以EWB、Proteus、EDA等虚拟仿真软件为操作平台，快速直接地实现了大部分电子学实验[1，2]。虽然该类软件对于改善实验教学有独到之处，但仍需配备电脑、软件系统、数据采集卡和相应的放大电路及连接电缆等设备，才可以构建虚拟的实验平台，完成各种电子线路的连接、测量及调试。而且该类软件大部分是国外研发的电路分析与实物仿真软件，使用时几乎找不到汉化版[3]。在部分院校师资力量薄弱、学生英语基础差等条件限制下，仿真软件的功能不但不能充分发挥，反而会使教师将更多精力用于探索软件功能上，不经意间转移了教学重心，偏离教学目标。有些教师则把此类虚拟仿真软件看成是提高教学质量的灵丹妙药，过分追求和利用此类软件，从而掘弃了一些传统的教学手段。相对学生而言，无疑在理论教学基础上又增加难度，导致学生产生逆反心理，对学习医用电子学课程失去信心。此外，各类仿真软件的使用仅仅是拉近了学生与电脑之间的距离，学生只能通过鼠标操作来完成实验，体会不到仪器的各种故障现象以及实验中出现的各种误差，以致于在临床工作，学生安装或调试一台最简单的心电图机都很困难。

基于以上考虑，虚拟仿真软件的使用还有很多待思考之处，因此，各院校应考虑师生等具体情况，合理采用，而不是盲目尝试。目前，在各院校经费有限、师资力量薄弱、课程开设范围限定等情况下，大部分院校仍根据自己的实验室情况自编实验项目，创造各种条件增加实习课时和实践机会[4～6]。我校也在这方面做出了不懈努力，在没有各种虚拟软件的支持下，利用现有的实验室条件，连续5年创新性地、成功地为检验、影像专业学生开设了多组实验。通过电路连接，各种常用仪器的操作等方式，增加学生接触仪器的机会，使他们在多次的亲手操作过程中，消除对电子电路的畏惧心理。通过将医用电子学理论教学与实践教学完美结合，取得良好教学效果，为学生继续学习医疗仪器等其他课程奠定了坚实基础。

2 传统实验教学在教学中的优化与创新

为达到上述目标，体现医用电子学的特点，激发学生的实验兴趣，我们根据学生所学理论知识和实验大纲要求设计了部分实验内容，主要开设万用电表的使用、伏安法测二极管的特性、三极管管脚的测定、示波器的使用、单管放大电路、差动放大电路、功率放大器、门电路逻辑功能及测试、组合逻辑电路的设计、触发器、译码器等实验，详细介绍了万用电表、示波器、模拟实验箱、数字实验箱等的使用。通过这些实验教学，使学生熟悉各种仪器的操作，掌握一定的实验知识，发挥了传统实验教学比较明显的优势。现就传统实验教学在医用电子学课程中的优势予以探讨。

2.1 传统实验教学板书的指导作用

通过板书能清晰展示实验目标、实验仪器、实验步骤及实验注意事项等内容，教师可以利用提前准备好的板书进行理论讲解，学生随时按照板书提示进行实验操作。同时，对于实验应注意的重点部分，可以用彩色粉笔做出标注，指导学生顺利完成实验；教师按照板书设计，合理调节讲解速度，给学生留下思考和记笔记的时间。总之，传统实验教学巧妙借助板书的指导作用，为完成实验做了基本保障。

2.2 传统实验教学环节的灵活设计

一堂课巧妙的开头，能使学生很快集中到课堂教学内容上，激发学生浓厚的学习兴趣和强烈的求知欲，使学生学习状态由被动变为主动，在轻松愉悦的氛围中学到知识。因此，我校在传统实验教学环节的新课导入方面进行了创新与改进，教学效果良好，现介绍如下。

（1）对于第一次操作实验——万用电表的使用，除介绍该电表的“万能”作用外，更应强调使用仪器的规范性。设计了“人体安全电压是多少”“我们如何测量插线板插孔中的电压”等问题引入，面对自身安全问题，惧怕电、胆小的学生一开始就专注于教师的讲解，测量操作会更规范，从而牢固掌握万用电表测量电压、电阻、电流等物理量的方法。同时，学生以亲身获得的直接经验为基础，有利于将书本知识转化为自己的知识。

（2）在示波器使用实验中，以“示波器就是医生的眼睛，它可以用来观测人体的心电、脑电、肌电等物理量”开场，作为一名医学生有义务、有责任学好它，充分开发它的功能，更好地为临床诊疗服务。此外，按照实验目标，借助于信号发生器，我们需调节出各种完整的波形，观察李萨如图形等，在波形的调解过程中，告诫学生不急不躁，轻调慢旋旋钮，培养学生耐心细致和严谨认真的好习惯。

（3）在组合逻辑门电路实验中，让学生利用最简单的与门、或门、与非门、或非门、非门电路等集成块组合成一些实用数字电路，如三人表决电路、计数器等，以增加学生的学习兴趣，掌握数字电路设计的一般规律。通过实验，学生对数字电路有了初步认识，对模拟电路与数字电路在信号处理方式方法上的不同有所了解。

因此，传统实验教学可根据学生的实际情况，通过教师的讲授引导及示范，对各教学环节灵活处理，相比虚拟仿真软件的机械控制具有很强的亲和力和可调节性。

2.3 传统实验教学内容的灵活掌控

以第一次实验万用电表的使用为例，在明确万用电表使用注意事项的基础上，我们开发了伏安法测二极管的特性、三极管管脚的测定实验，在实验中突破常规，大胆创新，有效降低了课程难度，收到良好效果。

例如，在三极管管脚的测定实验中，我们创新性地发现三极管其实就是两个PN结实质性地结合在一起。因此，我们将NPN型三极管可以看成一对二极管背靠背连接在一起，而PNP型三极管则为一对二极管头对头连接在一起，如图1（a）、（b）所示。

图1 三极管结构

2.3.1 三极管管型、基极的确定万用表在欧姆电路中，红表笔为电池负极，黑表笔为电池正极。如在图1（a）、（b）这个理论模型基础上，我们利用二极管的单向导电性，先确定三极管管型及基极。假设用黑表笔接假定的基极，红表笔依次接其余两极，若两次电阻值都小，则该管为NPN型三极管，且黑表笔所接就是基极b（此时两个PN结都处于导通状态，正向电阻很小，万用表指针偏转角度很大）。若测得两次电阻值都较大，则该管为PNP型三极管，且黑表笔所接就是基极b（此时两个PN结都处于截止状态，正向电阻很大，万用表指针偏转角度很小，甚至不动）。若两次阻值一大一小，则证明不动的表笔所接的一极不是基极。因此，如上述方法，我们确定出三极管的管型及基极。

2.3.2 集电极、发射极的确定例如，如图2所示，对于已确定管型的NPN型三极管，利用三极管处于放大工作状态时电阻小的特性，我们用黑表笔接假定的集电极，红表笔接假定的发射极，再在假定的集电极和基极间加上湿手指（相当于一偏置电阻），此时，可构成最简单的固定偏置放大电路，若观察到万用电表（欧姆档）的指针偏转大（此时电阻小），则说明该三极管处于放大状态，黑表笔所接就是集电极c，另外一极则是发射极e。如法可得出PNP型三极管的e、c极。

图2 NPN型三极管e、c极的确定实验原理图

在三极管管脚的测定实验中，我们创新地提供给学生一个如图1所示的简单易懂的三极管模型，将课程中的理论学习记录加以整理分析，就可有效得出实验结论。当然，根据学生层次不同，我们可以对实验内容进行合理安排和取舍，学生通过多次测试，可增强理论知识的记忆，而不是虚拟仿真软件显示屏得出的一条简单结论。

2.4 传统实验教学学生动手能力的培养

例如，在二极管测试实验中，我们增加了利用发光二极管连接电路的实验内容，学生急切期盼看到二极管的发光状态，根据二极管的单向导电性质，利用万用电表先确定出其正负极，并迅速连接好电路，接通电源，却观察到发光二极管亮光仅是昙花一现，随后立即熄灭。当互换表笔，再次用万用电表电阻档检测该二极管时，测得此发光二极管两次阻值都大（或都小），表明发光二极管已被烧毁（或击穿）。因此，在思考题中我们设计了“发光二极管的使用注意事项”问题，督促学生寻找答案。经相互讨论及查阅相关资料，学生找到使用发光二极管时必须要正向偏置，并在电路中串接一个限流电阻。虽此次实验有材料的损耗，但仅仅是一个小器件，却让学生掌握了正确的使用方法和条件，从而使其懂得应加强基础理论知识与实践的联系，在临床工作中，并不仅仅会按每台仪器的“ON/OFF”键，认识到规范操作仪器的重要性，从而减少不必要的损失。

此类传统实验方式，大大增加了学生参与实践的机会，成功者从中获得了喜悦，激发起创新兴趣和激情，失败者从中吸取经验和教训，促进其思考与创新。教学过程成为学生学会求知，培养创新精神和实践能力的过程，在培养学生动手能力，故障检查、误差分析能力等方面发挥了虚拟仿真软件不可替代的作用。

2.5 传统实验教学的小结与思考

在实验过程中，学生可以按照下发的实验报告将实验结果填写至数据表格，最终对实验做出小结并完成思考题。此类传统的实验教学方法全面培养了学生撰写实验报告、分析实验结果、规范实验操作等方面的综合素质，促进学生全面发展。当然，我们也在不断改进现有实验教学的固定模式，把单一的验证性实验变为发展学生多元智力、形式多样的实践活动，切实提高课堂教学效率，优化实验教学。

3 结论

在考虑诸多因素的基础上，我们找到了传统实验教学的优势：借助于清晰的板书，利用合理的教学环节设计、凝练的实验内容，在培养学生动手能力、误差分析能力等方面发挥了虚拟仿真软件不可替代的作用。因此，传统实验教学将在今后的教学中继续发挥着优势作用。

[1]汤乐民，王欣.基于EWB的《医学电子学基础》教学实践[J].中国医学教育技术，2002，16（6）：362－363.

[2]柳秀山.Proteus在电子实践教学课程中应用研究[J].中国校外教育理论，2008，24（5）：514－515.

[3]程阳.物理仿真实验教学心得[J].数理医药学杂志，2009（2）：241－242.

[4]瞿曌，邓居祁.虚拟实验的特点与实现[J].现代远距离教育，2007，4（112）：60－61.

[5]陈艳霞，柴英.医用电子学实验的优化与整合[J].医学信息，2010，23（1）：43－44.

[6]匡宝平，苗丽华.简易医疗仪器在医学电子学实验教学中的应用[J].实验室科学，2012，15（2）：176－177.

G424.31

A

1671-1246（2015）01-0104-03

注：本文系国家自然科学基金项目（10774120，10475066）；甘肃省自然科学基金项目（3ZS05 A25-013）