淺析采用仿真技術推進電子信息類專業實驗教學的論文

論文摘要: 針對電子信息類專業實驗教學中存在的問題,結合實際的教學條件,對實驗教學提出了改革,將仿真技術應用到實驗體系中,避免了實驗條件的空間和時間限制,充分發揮了學生能動性,提高了實驗教學質量。 論文關鍵詞: 實驗教學改革 仿真技術 實驗整合 實驗是電
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  論文摘要:針對電子信息類專業實驗教學中存在的問題,結合實際的教學條件,對實驗教學提出了改革,將仿真技術應用到實驗體系中,避免了實驗條件的空間和時間限制,充分發揮了學生能動性,提高了實驗教學質量。

  論文關鍵詞:實驗教學改革 仿真技術 實驗整合

  實驗是電子信息類專業學生課程教學的一個重要環節,是對理論教學的補充和深化,其開設方式關系到學生對理論知識的掌握和應用,直接影響著學生的操作技能、主觀能動性和實際動手能力的提高,也決定著理論和實驗的教學水平。因此,在教學過程中一定要加強實驗這個實踐性教學環節,充分利用實驗資源來培養和提高學生解決問題的能力和創新能力,使學生能夠更加快速地適應于將來的工作。加強實驗教學環節,最大限度地利用學校的實驗教學資源,對提高教學水平,培養學生的實際應用能力和綜合素質具有重要的意義。

  1實驗教學的傳統模式和問題

  在我國高校工科教育中,實驗教學硬件條件普遍不足,或者是硬件實驗條件的發展跟不上技術的要求,同時各高校大幅度擴大招生,實驗教學硬件條件更顯不足。加大對實踐教學條件的投入,加強培養實踐教學科技人才,強化實踐教學內容和條件的改革與建設,在當前來說具有特殊重要性[1]。我國教育主管部門也在積極得進行著推進實踐教學的改革與建設。例如:在全國高校本科教學水平評估中,實驗室建設基地和建設經費以及實驗教學改革就是一項重要的指標內容。越來越多的高校開始響應教育部的號召,實行了“雙基”實驗室,并在此基礎上進一步建設“實驗教學示范中心”。

  目前,實驗教學的傳統模式的缺點主要表現有:

  1)實驗設備陳舊,實驗模式單一;

  2)驗證性實驗分量大,與設計性、綜合性和創新性實驗之間的比例失調;

  3)先進的實驗教學手段在實驗教學中的引入還不夠;等。

  2實驗教學方法改革勢在必行

  隨著計算機的普及和應用,在教學中也越來越多地借助計算機來輔助設計方法,同樣,在實驗中借助計算機仿真技術具有很大優點:減少實驗中所需的耗材、降低對實驗器材的破壞性、完成更復雜更高難度的設計性實驗、更加全面地分析實驗對象以及結果的性能指標等,具有高效、快速、直觀、完整的優勢。開展仿真實驗作為一種新型的實驗教學方法是在現有實驗室設備的基礎上采用計算機新型軟件對實驗進行模擬,大大提高了學生對本專業知識的應用能力和科研創新能力。因此,在當今的實驗教學中,仿真實驗的引入勢在必行。

  對當今高校來說,學生人數不斷增加,實驗室設備和資金滿足不了大學中學生的試驗要求,為了不斷提高實驗教學的質量,又進一步解決實驗設備少、不好維護、建設費用高等問題。將仿真技術引入實驗教學中來,學生一方面可以利用計算機實現實驗方案的設計,又可以直觀地驗證仿真過程和結果,不受實驗室條件和空間的限制,可將實驗設計帶入到課余生活中來進行,大大提高了學生對實驗的操作興趣。利用仿真實驗由于方法的靈活性可以充分發揮學生的想像力和創造力,比起傳統的實驗教學更利于培養科技創新人才,且有利于降低實驗成本,能夠使得實驗室的建設和發展進入一個良性循環中。

  3實驗教學改革方案

  3.1實驗中引入相應的仿真技術來進行虛擬實驗

  在實驗教學中引入計算機仿真技術,一方面,充分發揮學生的主觀能動性,激發學生學習興趣,另一方面,老師可以利用計算機技術來觀察學生的實驗過程,采集學生的實驗結果,更好地跟蹤和指導學生,先進的教學理念和教學手段有助于提高實驗教學效果,提高教師的教學水平。而計算機的引入可把實驗設備、理論教學、教師指導和學生的思考、操作有機地融合為一體,克服了傳統實驗教學過程中受到課堂、課時、實驗設備等的限制,使實驗教學內容進一步靈活化,在時間和空間上得到延伸,也進一步激發了學生的實驗熱情。

  在實驗中引入相應的仿真技術來進行虛擬實驗,可以使得學生在進行實驗的過程中培養獨立思考能力,激發學生的學習興趣,提高學生的創新意識,同時為學生提供了更加開放靈活的實驗條件。對實驗內容和實驗教材來說,采用仿真技術把將虛擬實驗和真實的電路實驗有機地整合起來,充實了實驗內容,增強了實驗的能動性和趣味性,有利于實現培養學生綜合實踐和探索創新能力[2]。目前,越來越多的高校重新對實驗室建設進行了規劃,利用計算機仿真技術改革實驗教學是一個新的發展方向。在高校實驗室中引入計算機以及相應的軟件技術不僅可改善實驗條件、改革實驗教學方法、充實實驗教學內容,還可大大提高實驗效率,降低實驗成本,增強學生學習的積極性和創新性,為實驗教學和科研提供良好的實驗平臺[3]。

  以單片機實驗教學為例,在實驗過程中我們引入proteus仿真軟件,用它來模擬單片機硬件系統。由于軟件的靈活性,可以克服實驗箱硬件電路固定、實驗內容難于改動等局限。整個實驗設計都是基于計算機仿真技術的,除了計算機外不再需要任何硬件即可進行實驗,這樣有利于促成課程和教學改革,更有利于人才的培養。仿真技術的另一應用表現在學生的業余愛好上,比如目前的電子設計大賽,挑戰杯等,學生完全可以利用計算機來進行仿真,先用計算機仿真出相應的實驗模型,在計算機上進行模擬調試,最后用硬件實現。在整個過程中,學生可充分發揮自己的才能,通過大量仿真對比,達到設計目的,學生也可以大膽地反復調試,避免了損壞器件。在電子設計競賽中,我們使用proteus開發環境對學生進行培訓,在不需要硬件投入的條件下,學生普遍反映,對單片機的學習比單純學習書本知識更容易接受,更容易提高。實踐證明,在使用proteus進行系統仿真開發成功之后再進行實際制作,能極大提高單片機系統設計效率。

  另外,開展仿真教學對于我國的遠程教學也是一種很好的嘗試,有著重要的意義。

  3.2重新安排各類性質的實驗,適量增加綜合性、設計性實驗

  驗證性實驗是實驗中最基本的,可以使學生鞏固理論知識,它的實驗內容相對簡單,重點培養學生的基本操作、數據處理和計算技能,驗證和加深對課本知識的掌握和理解。綜合性實驗則要求學生必須具有一定的專業基礎知識和基本操作技能,能夠運用某一課程或多門課程的綜合知識,進而對實驗技能和實驗方法進行綜合訓練的一種復合性實驗。目前工科高校中越來越多地提出課程設計也是為了加強學生對綜合知識的運用。為充分調動學生的學習積極性和主觀能動性,設計性實驗也必不可少。設計性實驗能加深學生對理論知識的認識,由學生自己負責計劃和執行,充分提高了學生的思維能力、動手能力、分析和解決工程實際問題的能力[3],發揮了學生的主觀能動性,設計性實驗的完成可以充分借助于計算機仿真技術來完成。

  驗證性、綜合性、設計性實驗相結合,培養了學生基本的實驗技能和方法,同時又促進了學生的創新思維,打破了原有實驗教學附屬于理論教學的模式,建立與理論教學并行的,既相對獨立、又相互聯系的實驗教學體系。在某些應用性強的實驗教學中,綜合性和設計性實驗的比例至少要達到60%以上,同時設計性實驗最好要跟得上科學技術的發展。一方面保證基本實驗技能訓練,另一方面,實驗內容應與當今先進技術的發展相結合,適應社會發展的需要,將科研成果轉化為實驗內容,提高實驗的先進性和代表性。那么,工科院校中一方面加大實驗器材的投入,提高實驗教學條件,開設先進的實驗內容,提高學生的積極性,使學生適應當今社會的發展;另一方面,要充分利用現有的條件,引進先進的仿真技術,使得實驗條件進一步升華,充分發揮教師和學生的主觀能動性和創新能力。

  3.3硬件軟件都要抓,都要硬

  計算機仿真實驗雖然可以準確地反映整個實驗過程,是一種新型的應用技術,十分有效,但是仿真技術不是萬能的,它畢竟不是真正的實驗,在許多場合仿真只能起輔助作用。也就是說不能用仿真實驗來全部代替硬件電路實驗,而是將仿真試驗和傳統的硬件實驗相互結合,根據學校的實際情況和實驗的情況靈活運用,虛擬實驗不是萬能的,如果所有的實驗都用虛擬實驗替代的話,學生在虛擬環境中實驗會產生或多或少的不踏實的虛擬感,實踐能力也不可能得到真正的提高。

  3.4加強對實驗課教師的培訓,通過培訓交流更多地了解新的實驗技術

  在實驗教學改革的同時,必然對教師提出更高的要求:一是教師也應加強專業知識和技能的學習,來提高自己的業務能力和綜合素質,另外,不斷更新專業知識的結構,了解前沿技術的發展也是必需的;二是高校中要大力創造條件促進教師經常參加基礎理論知識的培訓和實驗的培訓以及學術研討會,從而擴大視野,更新教學觀念,及時了解嵌入式系統發展趨勢和動態,促進電子類實驗技術的發展;三是要大力組織專業教師去積極申報相關的創新實驗和科研項目,提倡以科研資金來促進實驗室的建設,用科研成果去改進實驗內容,同時可以提高教師的科研能力,在科研中更好地去鍛煉自己,為實驗教學服務。

  4結論

  隨著社會對人才要求的提高,大力推進實驗教學改革迫在眉睫,而大學實驗教學的改革又直接影響到學生的動手和創新能力。實驗教學必須能夠跟得上時代的腳步,將仿真技術應用到實驗教學中可以充分調動學生的主觀能動性,激發學生的創新能力,加快學生適應社會的能力,同時學習了先進的新技術。

  參考文獻

  [1]丁美榮,柴少明.基于虛擬實驗與真實實驗整合的計算機網絡實驗教學改革[j].現代教育技術,2007,7(17):99-102.

  [2]孫曉明.土力學實驗課程教學方法的研究與改革[j].黑龍江教育,2006(11):59-60.

  [3]高金輝,楊軍平,邱愛中.虛擬儀器技術及虛擬實驗室的構建[j].河南師范大學學報:自然科學版,2008,36(2):63-66.

  [4]鄒自明.成人教育電子技術實驗教學改革的探討[j].高教論壇,2007(12):43-44.

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