生物医学工程专业数字系统原理及课程设计_论文

2020-01-04 21:12栏目:诗歌
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生物医学工程专业数字系统原理及课程设计

时间:2017-08-23 14:04点击: 次来源:网络作者:编辑评论:- 小 + 大

摘要:介绍了南通大学生物医学工程专业数字系统原理与设计课程设计的教学开展情况,讨论了如何结合生物医学工程的专业特点,以培养学生实践动手能力,全面提升综合素质,提高教学质量为教学目的,对数字系统原理与设计课程设计进行教学改革的探讨.

关键词:生物医学工程;数字系统;课程设计

引言:

1.生物医学工程是综合生命科学和工程技术,理、工、医相结合的一门边缘交叉学科,是现代工程技术向生物、医学渗透并相互作用的结果.其涉及的学科面广,内容包含生物医学电子学、生物材料、生物力学和生物化学等多个领域,是一门科技含量高,学科范围广、交叉程度深、应用性很强的学科[1].生物医学工程专业主要培养复合型工程人才,强调培养学生自主学习能力、实践能力以及分析问题和解决问题的能力[2].

2.因此,在培养训练中必须加强实践教学环节,引导学生在实践中学习,提高实际动手能力,全面提升综合素质[3].数字系统原理与设计课程对于生物医学工程专业的学生而言是非常重要的专业基础课程,它是所有相关后续专业课程的基础.由于该课程的工程特点,要求学生具备很强的实践动手能力.数字系统原理与设计课程设计就是在数字系统理论知识的基础上为学生开设的重要的实践性教学环节,对巩固学生所学的理论基础知识,培养学生自主学习能力、组织协调能力、动手解决问题能力,锻炼学生的创新精神,全面提高学生的综合素质起着重要作用.在课程设计过程中,如何结合专业特点培养学生的创新意识和科研能力是重要的教学研究课题.

1课程设计的教学现状

1.1南通大学于2010年开始招收并承担工程类生物医学工程专业本科学生的教育任务,由于专业成立时间短,教学体系还不完善,尚缺乏足够的教学经验.目前,在生物医学工程专业数字系统原理与设计课程设计的教学方面,参照电子信息类专业在该课程设计的教学中采用的教学模式和方法.数字系统原理与设计课程设计共2周时间,是在理论和实验课后开设的实践环节,时间安排在期末,这就造成了与前期安排的期末考试时间有所重叠,因此学生往往忙于复习考试,而不能全身心地投入到课程设计中,造成设计质量下降.

1.2整个课程设计的教学过程一般分为4个阶段:布置课程设计任务、学生查阅资料并进行电路设计、电路仿真与下载测试及撰写课程设计报告.在设计任务方面,共提供5个题目供学生选择:简易电子琴、数字式秒表、数字式竞赛抢答器、交通信号灯控制器和简易数字频率计.这些设计题目都属于经典的小规模数字系统设计,有利于学生理解和应用理论知识,通过设计可以使学生初步具备数字系统设计的能力.

澳门游艇会206,1.3但由于选题相对单一,设计思想基本一致,学生大多使用较固定的几款芯片,极大地限制了学生创造性的发挥,造成学生设计方案雷同,缺乏灵活性,在一定程度上影响了学生学习的积极性,使课程设计教学模式处于被动教学的困境,也与生物医学工程专业的教学需求有所差异.在设计过程中,学生一人一组,独立完成整个课程设计.这种实施方法对于学生掌握整个数字系统设计的流程,培养独立思考能力是有利的,但限制了学生间的交流合作.课程设计采用电子线路计算机辅助设计EDA手段,让学生掌握运用EDA设计软件QuartusII,进行电子线路的设计、仿真分析和下载调试,具体步骤为:先根据选题内容画电路图或编写VerilogHDL程序,并进行仿真,然后参照EDA实验箱GW48的使用说明进行管脚锁定,后下载调试,进行验证.这种使用EDA软件结合实验箱来完成设计验证的优点在于可以免去硬件电路的制作和调试等步骤,直接进行软件设计.然而这样的实验方式也存在缺点,即学生在做完设计后只是掌握了软件设计和调试的技巧,对实际硬件电路的设计和调试方法完全没有了解.这种教学方式在一定程度上限制了学生实践动手能力的培养.

1.4由此可见,生物医学工程专业数字系统原理与设计课程设计在当前的教学上有一定的优势,但也存在着一些局限.因此,需要迫切改革课程设计教学模式以提高课程设计质量,培养学生数字电路设计的实践能力.

2整合优化及设计新的教学内容

针对目前生物医学工程专业在数字系统原理与设计课程设计教学内容上出现的一些问题,提出了新的改革方案,在原有的教学内容基础上采取多项措施加以整合优化、推陈出新,从而有效地促进学生自主学习,着力培养学生的电路设计能力以及分析问题和解决实际问题的能力.

数字系统原理与设计课程设计作为一门重要的实践课程,必须与专业教学密切相关,其内容应该配合专业发展而设置,应能够适应专业的发展.在选题方面,原有的课程设计选题仅有5个题目,过于单一,为激发学生的学习兴趣,可以结合生物医学工程的专业特点拓展题目范围,如增加数字温度计、智能呼救系统等与生物医学专业领域密切相关的题目供学生选择,也可以添加一些富有趣味性和实用性的电路,如打地鼠、打砖头和猜数字等游戏电路,调动学生的积极性[4].并且,为鼓励学生的创新思维,也可以在一部分学生中开展自主命题,由学生自己选题,设计实验方案,经指导教师审核通过后再进行电路设计及仿真测试[5],这将极大地锻炼学生的电路设计能力以及分析问题和解决问题的能力.

2.2与时俱进,更新实验技术

为提高课程设计的教学质量,必须积极优化教学环境,改善实验技术.应积极关注现代工程、生产实践技术的时代背景,把先进的数字电子技术引入到数字系统原理与设计课程设计的教学环节,使学生把握电子技术领域国际、国内的新发展动态和研究方向,开拓学生的视野.生物医学工程专业在数字系统原理与设计课程设计的教学中引入了EDA设计软件QuartusII,进行电路的设计仿真和测试,使得数字电路的设计变得较为容易.此外,生物电子学系已引入了美国国家仪器公司(NI,NationalInstrument)电子学教育平台,它是一个将硬件和软件组合成一体的完整的虚拟仪器实验教学套件,集成了多个实验室常有的通用仪器的功能,通过NI平台,学生可以高效、快速地进行电路分析和设计,并且方便地将测试结果和仿真结果加以比较.在数字系统原理与设计的课程设计中,也可以鼓励有能力的学生选学NI平台进行设计,实现多种实验方式的交叉验证,这不仅能培养学生的创新思维能力和动手能力,更能激发其对电子学实验的兴趣,进一步提高学生的电子电路设计、制作及创新综合能力.

3改革教学形式和方法

在时间进度安排上,可以放在数字系统原理与设计理论和实验课开设的下一个学期开学初集中进行,以避开期末考试的时间压力,这样可以给学生充足的时间完成课题,保证课程设计的质量.也可以在理论课程开设的学期初就下发课程设计任务,给学生充足的时间进行选题、查找资料和设计方案,并在学习理论课的过程中根据理论知识不断地调整和完善自己的方案.然后在学期结束前集中一周的时间进入实验室进行方案实现与调试验证,撰写课程设计报告.

3.2开展多样化的分组模式

在课程设计的实施过程中,可以按照原有的教学形式,一人一组独立完成一个题目的设计.但在某些综合性较强的题目上也可以开展多人一组的小组模式,共同讨论并设计电路方案,制定电路和元器件选定,进行电路实现和调试,这样可以充分调动学生参与设计的积极性,培养学生的动手能力和团结协作的精神.实验完毕后,要求每名学生及时总结设计和实验过程中出现的问题、解决方法和设计体会,并每人提交一份课程设计报告,在报告中除了写清整个设计的实验流程,还要求重点突出自己承担的实验部分.

3.3改革考核方式,增强考核灵活性

成绩考核是对课程设计实践教学成效的基本认定,同时也是调动学生积极性的重要手段.考核不单纯是课程设计报告的书面成绩考核,更是理论与技能的综合考评.因此,指导教师必须全面了解学生在整个课程设计过程中的表现,从单纯的课程设计报告延伸到整个实践过程.要随时掌握学生的实践情况,在记录学生平时成绩时,不仅看其实验结果,还要注重督导基本操作技能,鼓励他们多思考、多总结.在课程设计过程中增加与学生的互动交流,全面了解学生的综合能力.目前,在实验结果考核方面,电路的仿真测试是课程设计考核的主要内容,这样的考核方式只关注软件的仿真结果,而没有涉及到实际电路的制作,制约了学生实践动手能力的发挥.因此,可以考虑引入仿真与实物电路制作并行的考核方式.对于电路规模较小、制作较为容易的,可以要求增加实物制作;而电路原理较为复杂,制作可预见性较难的,可以只采用仿真的形式.

4结语

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