試論提高電子信息類專業(yè)實驗教學(xué)質(zhì)量的方法

　　摘 要：實驗室擔(dān)負著向?qū)W生傳播知識與技術(shù)、培養(yǎng)學(xué)生動手的能力和創(chuàng)新能力的重要使命。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展及教學(xué)改革地不斷深入, 實驗教學(xué)在整個教學(xué)體系中的地位越來越突出，實驗教學(xué)模式的改革已經(jīng)迫在眉睫。本文主要分析了實驗教學(xué)的傳統(tǒng)模式與存在的問題，并提出了提高電子信息類專業(yè)實驗教學(xué)質(zhì)量的方法[1]。

　　關(guān)鍵詞：電子信息類專業(yè)　實驗教學(xué)質(zhì)量　模式　仿真技術(shù)　Simulink 組件

　　0 引 言

　　實驗教學(xué)是學(xué)校教學(xué)活動的重要組成，教學(xué)質(zhì)量的好壞是對學(xué)校人才培養(yǎng)層次與質(zhì)量的直接體現(xiàn)。實驗作為實驗教學(xué)活動的主要內(nèi)容, 在改善教學(xué)質(zhì)量方面發(fā)揮著不可替代的作用。實驗室在傳播知識的同時，更重要的作用體現(xiàn)在對學(xué)生的創(chuàng)造性思維與想象力的培養(yǎng)上。通過實驗教學(xué)，學(xué)生分析解決問題以及動手能力明顯提高。伴隨教學(xué)改革的日益深入, 實驗教學(xué)的改革也越來越引起人們的關(guān)注，以往的教師灌輸式的理論教授方式，學(xué)生被動接受的教學(xué)模式，已無法滿足社會經(jīng)濟發(fā)展的要求。當前，社會需要的是主動型、能力為主的人才培養(yǎng)。加強學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，必須切實轉(zhuǎn)變以往重理論教學(xué)輕實驗教學(xué)的錯誤觀念，重新認識實驗教學(xué)在學(xué)校教學(xué)活動中的地位與作用，根據(jù)當前社會經(jīng)濟對人才的要求， 改革傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，改革實驗教學(xué)手段，優(yōu)化更新實驗教學(xué)的內(nèi)容，切實提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

　　1 實驗教學(xué)的傳統(tǒng)模式與存在的問題

　　國內(nèi)高校工科教育當中，實驗教學(xué)存在著硬件條件不足、硬件實驗條件的發(fā)展與技術(shù)要求不相符[2]，加上近幾年高校擴招，實驗教學(xué)的硬件條件更是供不應(yīng)求。進一步加大對教學(xué)硬件條件的投入，豐富實踐教學(xué)的內(nèi)容、加強實驗條件的改革及建設(shè)，在目看來具有特殊的重要性。面對這種情況，我國的教育主管部門采取了一些推進實踐教學(xué)改革及建設(shè)的措施。如：在全國高校本科的教學(xué)水平評估中，實驗室基地建設(shè)與建設(shè)投資及其實驗教學(xué)改革被列為一項重要的指標。并且，各高校也逐漸開始響應(yīng)教育部的的這一舉動，紛紛實行了“雙基”型實驗室[2]，與此同時，建設(shè)了“實驗教學(xué)示范中心”。當前，傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的缺點主要有以下幾點：驗證性的實驗所占比例較大，與綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗之間的比例失調(diào);實驗?zāi)Ｊ絾我?、實驗室設(shè)備陳舊;實驗教學(xué)中缺乏先進的實驗教學(xué)手段。

　　2 提高電子信息類專業(yè)實驗教學(xué)質(zhì)量的方法

　　2.1 實驗中引入相應(yīng)的仿真技術(shù)來進行虛擬實驗

　　在實驗教學(xué)中引入計算機仿真技術(shù)，能夠充分調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時，教師能夠通過計算機技術(shù)對學(xué)生的實驗操作的全過程進行觀察，對學(xué)生進行良好的跟蹤與指導(dǎo)，更好地進行學(xué)生實驗結(jié)果的采集工作，先進科學(xué)的教學(xué)理念與教學(xué)手段對于提升實驗教學(xué)效果，提高實驗教學(xué)水平具有重要作用。引入計算機技術(shù)后，理論與實驗教學(xué)，教師教學(xué)指導(dǎo)與學(xué)生操作、思考融合成一個有機整體。以往傳統(tǒng)實驗教學(xué)中課堂、課時以及實驗設(shè)備因素的限制作用得到了解決，實驗教學(xué)更加靈活化，教學(xué)內(nèi)容在時空上得到進一步的延伸，更好地激發(fā)了學(xué)生進行實驗的熱情。

　　將計算機仿真技術(shù)引入到實驗教學(xué)中，通過相應(yīng)技術(shù)進行的虛擬實驗，為學(xué)生提供了更為靈活開放的實驗環(huán)境，能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生在實驗過程中獨立思考能力，增強學(xué)生的的學(xué)習(xí)創(chuàng)新意識。對于實驗教學(xué)內(nèi)容，仿真技術(shù)的應(yīng)用，將虛擬性實驗與真實的電路實驗整合成有機整體，實驗的能動性與趣味性明顯提高，同時實驗內(nèi)容的充實，有利于學(xué)生綜合實踐以及探索創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。當前，已經(jīng)有越來越多的高校重新進行了實驗室的規(guī)劃建設(shè)，通過計算機仿真技術(shù)進行虛擬實驗是實驗教學(xué)改革發(fā)展的新方向。將與實驗教學(xué)相關(guān)的計算機軟件技術(shù)引入到高校實驗室中，為實驗科研提供了良好的平臺，對于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性與積極性，培養(yǎng)創(chuàng)新能力具有重要作用。計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用，一方面能夠改善實驗教學(xué)條件、充實實驗教學(xué)的內(nèi)容，另一方面，還能夠明顯降低實驗成本，提高實驗教學(xué)的效率。通過單片機的實驗教學(xué)，能夠發(fā)現(xiàn)，教學(xué)過程中引入proteus仿真軟，通過該軟件對單片機的硬件系統(tǒng)進行模擬，克服了實際實驗過程中硬件電路固定以及實驗內(nèi)容不易改動等因素的限制。實驗設(shè)計全過程，除計算機外不用再進行任何硬件的添加即可實驗，這有力地推動了實驗課程教學(xué)改革，更有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。仿真技術(shù)的另一重要應(yīng)用主要表現(xiàn)在學(xué)生的業(yè)余愛好上，如挑戰(zhàn)杯、電子設(shè)計大賽等等，學(xué)生就能夠用計算機來實現(xiàn)仿真，首先用計算機仿真出實驗的模型，再在計算機上進行相應(yīng)的模擬調(diào)試，最終用硬件來實現(xiàn)。在整個仿真的過程中，學(xué)生可以自由發(fā)揮自己的潛能，通過大量的仿真對比，來達到設(shè)計目的，也可大膽反復(fù)地調(diào)試，避免了器件的損壞。電子設(shè)計競賽中，由于proteus開發(fā)環(huán)的運用，培訓(xùn)過程中不需投入任何硬件的條件下，學(xué)生卻普遍反映，對于單片機的學(xué)習(xí)比單純理論知識的學(xué)習(xí)更易接受也更易得到提高。事實證明，運用proteus進行系統(tǒng)仿真成功后進行的實際制作，可明顯的提高單片機系統(tǒng)的設(shè)計效率。此外，遠程教學(xué)中仿真教學(xué)的運用具體重要的意義，對于教學(xué)改革是一種很好的嘗試[2]。

　　2.2 實驗中引入Matlab軟件內(nèi)建的Simulink組件技術(shù)

　　目前，我國開設(shè)了電子信息類專業(yè)的高校中，大部分都將Matlab軟件作為重要的實驗教學(xué)平臺，對定理以及算法進行仿真和驗證實驗。Simulink組件作為Matlab的重要組成，能夠為用戶提供一個仿真分析與動態(tài)建模的集成系統(tǒng)環(huán)境。該環(huán)境下，只需利用鼠標進行簡單直觀的操作，就能夠完成復(fù)雜系統(tǒng)模型的構(gòu)建，在此過程中避免了大量繁雜的書寫程序。由于 Simulink組件具有適應(yīng)性強、效率高，結(jié)構(gòu)仿真精細、流程清晰且貼近實際、效率高、使用靈活等諸多優(yōu)點，Simulink組件技術(shù)已經(jīng)被廣泛地運用于處理數(shù)字信號與控制理論等復(fù)雜的仿真設(shè)計之中。同時Simulink能夠通過連續(xù)、離散采樣時間以及兩種采樣時間混合的的方式進行建模，該組件還可支持多速率系統(tǒng)，不同的系統(tǒng)組成部分的采樣速率不同。此外，Simulink為動態(tài)系統(tǒng)模型的創(chuàng)建，提供的圖形用戶接口(GUI) ，使在進行模型方塊圖的創(chuàng)建時只需通過鼠標單擊與拖動鼠等簡單操作即可完成，為用戶提供了一種更便捷、更直接的創(chuàng)建方式，同時能夠立即獲得系統(tǒng)仿真結(jié)果。

　　該組件的這一特性，一方面可以使算法的驗證更為簡單，減少學(xué)生投入在驗證性實驗中所用的時間，而將大部分精力投入到設(shè)計性、綜合性試驗中;另一方面，可以使學(xué)生更快捷的驗證新思路、新算法，而不會由于代碼調(diào)試方面的問題影響了創(chuàng)新實驗的開展。以自適應(yīng)濾波中的經(jīng)典RLS 算法為例，如果直接采用Matlab編程方式，在進行代碼調(diào)試時，就會消耗掉大量的精力，代碼長度將達到200 行以上。而如果采用Simulink組件模塊化設(shè)計的思想，只需要鼠標對模型的拖拽，就能以流程圖的形式將濾波器搭建起來。由于Simulink提供了豐富的元件庫，采用圖形化的表示方法，學(xué)生在進行算法驗證的時候只需調(diào)用成熟的模塊進行參數(shù)設(shè)計即可。這樣的實驗方法事半功倍，思路清晰，參數(shù)的調(diào)整也十分便捷，廣受學(xué)生歡迎。由此可見，引入Simulink組件后的實驗，既不會影響實驗效果，又能夠提高實驗效率，對學(xué)生模塊化編程的思想也有較好的促進作用。

　　3 結(jié) 語

　　當前，社會對人才綜合素質(zhì)的要求不斷提高，進行實驗教學(xué)改革已經(jīng)迫在眉睫，而大學(xué)實驗教學(xué)的改革又直接影響到學(xué)生的動手和創(chuàng)新能力。實驗教學(xué)必須能夠跟得上時代的腳步，把計算機仿真技術(shù)與Simulink組件技術(shù)應(yīng)用到實驗教學(xué)中可以充分調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造能力，在學(xué)習(xí)到先進技術(shù)的同時，提高學(xué)生對社會的適應(yīng)能力。

　　參考文獻

　　[1] 黃瑤.提高電子信息類專業(yè)實驗教學(xué)質(zhì)量的方法研究[J].價值工程，2011，(01).

　　[2] 王燕，伍博，王芳.采用仿真技術(shù)推進電子信息類專業(yè)實驗教學(xué)[J].電腦知識與技術(shù)，2011，(31).