試論提高電子資訊類專業實驗教學質量的方法

　　摘 要：實驗室擔負著向學生傳播知識與技術、培養學生動手的能力和創新能力的重要使命。隨著社會經濟的發展及教學改革地不斷深入, 實驗教學在整個教學體系中的地位越來越突出，實驗教學模式的改革已經迫在眉睫。本文主要分析了實驗教學的傳統模式與存在的問題，並提出了提高電子資訊類專業實驗教學質量的方法[1]。

　　關鍵詞：電子資訊類專業　實驗教學質量　模式　模擬技術　Simulink 元件

　　0 引 言

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

　　1 實驗教學的傳統模式與存在的問題

　　國內高校工科教育當中，實驗教學存在著硬體條件不足、硬體實驗條件的發展與技術要求不相符[2]，加上近幾年高校擴招，實驗教學的硬體條件更是供不應求。進一步加大對教學硬體條件的投入，豐富實踐教學的內容、加強實驗條件的改革及建設，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採取了一些推進實踐教學改革及建設的措施。如：在全國高校本科的教學水平評估中，實驗室基地建設與建設投資及其實驗教學改革被列為一項重要的指標。並且，各高校也逐漸開始響應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，建設了“實驗教學示範中心”。當前，傳統實驗教學模式的缺點主要有以下幾點：驗證性的實驗所佔比例較大，與綜合性、設計性、創新性實驗之間的比例失調;實驗模式單一、實驗室裝置陳舊;實驗教學中缺乏先進的實驗教學手段。

　　2 提高電子資訊類專業實驗教學質量的方法

　　2.1 實驗中引入相應的模擬技術來進行虛擬實驗

　　在實驗教學中引入計算機模擬技術，能夠充分調動學生主動學習的積極性，培養學生的學習興趣。同時，教師能夠通過計算機技術對學生的實驗操作的全過程進行觀察，對學生進行良好的跟蹤與指導，更好地進行學生實驗結果的採集工作，先進科學的教學理念與教學手段對於提升實驗教學效果，提高實驗教學水平具有重要作用。引入計算機技術後，理論與實驗教學，教師教學指導與學生操作、思考融合成一個有機整體。以往傳統實驗教學中課堂、課時以及實驗裝置因素的限制作用得到了解決，實驗教學更加靈活化，教學內容在時空上得到進一步的延伸，更好地激發了學生進行實驗的熱情。

　　將計算機模擬技術引入到實驗教學中，通過相應技術進行的虛擬實驗，為學生提供了更為靈活開放的實驗環境，能夠更好地培養學生在實驗過程中獨立思考能力，增強學生的的學習創新意識。對於實驗教學內容，模擬技術的應用，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，同時實驗內容的充實，有利於學生綜合實踐以及探索創新能力的培養。當前，已經有越來越多的高校重新進行了實驗室的規劃建設，通過計算機模擬技術進行虛擬實驗是實驗教學改革發展的新方向。將與實驗教學相關的計算機軟體技術引入到高校實驗室中，為實驗科研提供了良好的平臺，對於激發學生學習的主動性與積極性，培養創新能力具有重要作用。計算機模擬技術的應用，一方面能夠改善實驗教學條件、充實實驗教學的內容，另一方面，還能夠明顯降低實驗成本，提高實驗教學的效率。通過微控制器的實驗教學，能夠發現，教學過程中引入proteus模擬軟，通過該軟體對微控制器的硬體系統進行模擬，克服了實際實驗過程中硬體電路固定以及實驗內容不易改動等因素的限制。實驗設計全過程，除計算機外不用再進行任何硬體的新增即可實驗，這有力地推動了實驗課程教學改革，更有利於學生創新能力的培養。模擬技術的另一重要應用主要表現在學生的業餘愛好上，如挑戰杯、電子設計大賽等等，學生就能夠用計算機來實現模擬，首先用計算機模擬出實驗的模型，再在計算機上進行相應的模擬除錯，最終用硬體來實現。在整個模擬的過程中，學生可以自由發揮自己的潛能，通過大量的模擬對比，來達到設計目的，也可大膽反覆地除錯，避免了器件的損壞。電子設計競賽中，由於proteus開發環的運用，培訓過程中不需投入任何硬體的條件下，學生卻普遍反映，對於微控制器的學習比單純理論知識的學習更易接受也更易得到提高。事實證明，運用proteus進行系統模擬成功後進行的實際製作，可明顯的提高微控制器系統的設計效率。此外，遠端教學中模擬教學的運用具體重要的意義，對於教學改革是一種很好的嘗試[2]。

　　2.2 實驗中引入Matlab軟體內建的Simulink元件技術

　　目前，我國開設了電子資訊類專業的高校中，大部分都將Matlab軟體作為重要的實驗教學平臺，對定理以及演算法進行模擬和驗證實驗。Simulink元件作為Matlab的重要組成，能夠為使用者提供一個模擬分析與動態建模的整合系統環境。該環境下，只需利用滑鼠進行簡單直觀的操作，就能夠完成複雜系統模型的構建，在此過程中避免了大量繁雜的書寫程式。由於 Simulink元件具有適應性強、效率高，結構模擬精細、流程清晰且貼近實際、效率高、使用靈活等諸多優點，Simulink元件技術已經被廣泛地運用於處理數字訊號與控制理論等複雜的模擬設計之中。同時Simulink能夠通過連續、離散取樣時間以及兩種取樣時間混合的的方式進行建模，該元件還可支援多速率系統，不同的系統組成部分的取樣速率不同。此外，Simulink為動態系統模型的建立，提供的圖形使用者介面GUI ，使在進行模型方塊圖的建立時只需通過滑鼠單擊與拖動鼠等簡單操作即可完成，為使用者提供了一種更便捷、更直接的建立方式，同時能夠立即獲得系統模擬結果。

　　該元件的這一特性，一方面可以使演算法的驗證更為簡單，減少學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計性、綜合性試驗中;另一方面，可以使學生更快捷的驗證新思路、新演算法，而不會由於程式碼除錯方面的問題影響了創新實驗的開展。以自適應濾波中的經典RLS 演算法為例，如果直接採用Matlab程式設計方式，在進行程式碼除錯時，就會消耗掉大量的精力，程式碼長度將達到200 行以上。而如果採用Simulink元件模組化設計的思想，只需要滑鼠對模型的拖拽，就能以流程圖的形式將濾波器搭建起來。由於Simulink提供了豐富的元件庫，採用圖形化的表示方法，學生在進行演算法驗證的時候只需呼叫成熟的模組進行引數設計即可。這樣的實驗方法事半功倍，思路清晰，引數的調整也十分便捷，廣受學生歡迎。由此可見，引入Simulink元件後的實驗，既不會影響實驗效果，又能夠提高實驗效率，對學生模組化程式設計的思想也有較好的促進作用。

　　3 結 語

　　當前，社會對人才綜合素質的要求不斷提高，進行實驗教學改革已經迫在眉睫，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，把計算機模擬技術與Simulink元件技術應用到實驗教學中可以充分調動學生主動學習的積極性，充分發掘學生的創造能力，在學習到先進技術的同時，提高學生對社會的適應能力。

　　參考文獻

　　[1] 黃瑤.提高電子資訊類專業實驗教學質量的方法研究[J].價值工程，2011，01.

　　[2] 王燕，伍博，王芳.採用模擬技術推進電子資訊類專業實驗教學[J].電腦知識與技術，2011，31.