本文作者：張妍 喬清理 單位：天津醫科大學生物醫學工程學院

在教育部《關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見》頒發后，全國掀起了深化本科教學改革的熱潮。但受原有教學模式和傳統教育觀念的影響，長期以來《生物醫學電子學》的課堂教學主要采取自下而上的教學模式，即從運算放大器的工作原理開始，然后利用這些運算放大器構建一些基本電路，分析這些基本電路的功能，最后給出這些電路的應用例子。但在這種教學模式中學生的學習是被動的，因此需要教師在課程內容和講授方法上進行改革。近年來，我們課程組采用自上而下的教學方法，增強實驗課內容，改革實驗考試方法，充分調動學生學習的積極性，使學生主動掌握如何設計具體電路，同時更早開始設計實用電路。本教學改革旨在把學生融入有意義的任務完成的過程中，讓學生積極地學習、自主地進行知識建構，增強學習興趣。

1教學內容改革

《生物醫學電子學》的開設時間通常是在大三第二學期或大四第一學期，學生已經學完了《電路分析》、《信號與系統》和《模擬電子技術》等課程。《生物醫學電子學》既是電子學的后續和提高課程，又為今后能更好地從事生物物理學和生物醫學儀器設計的研究打下技術基礎。我們使用的教材主要有《MedicalInstrumentation:ApplicationandDesign》，1997;李剛等編著的《現代測控電路》;蔡建新，張唯真編著的《生物醫學電子學》，1997。本課程的主要內容包括:生物醫學信號測量的特殊性及基本條件，信號的檢測、處理、變換和傳輸的基本理論與方法，涉及的電子電路以半導體集成電路為主，注重新型、實用及通用性。通過學習，讓學生較深入地理解電子測量的基本概念、以及解決問題的基本思想方法，逐步掌握測量電路的設計。本課程的理論課共54學時，以生物電信號源為起點，分別介紹生物電檢測的基本方法，生物電信號放大、隔離、濾波和射頻傳輸中的基本理論與方法，使學生能使用放大器和模擬電子學設計我們要實現的系統功能。

我們采用自上而下的講課方法，即先從整體考慮:系統的測量的精度與性能、被測量的量、被測量信號的大小與頻率。然后是測量系統的使用條件和所具有的功能，如信號的顯示、記錄、存儲及其它一些功能。再以信號增益和誤差分配，來確定前向信號通道(即從傳感器到模數轉換器的模擬信號放大、處理部分電路)所需信號放大、濾波或變換電路的級數，各級的增益，濾波器的階數、形式和截止頻率等。最后確定各個組成部分的具體設計要求。在第一節課上，我們將從心電，血壓到超聲，CT儀器，再到醫院實驗室儀器和治療儀器的實際電路圖給學生看，找出儀器電路的共同點，得出一般儀器的一般框架。在此基礎上，將醫學儀器的一般框架與整個課程即將講授的內容逐一聯系起來，讓學生從整體上知道學習的內容和目的。針對每一章，我們也是從一個生理量測量開始，提出技術指標和原始設計要求，然后逐漸過渡到與實際醫學儀器中相關的電路。與此同時，結合各類大學生電子競賽題目，組織學生設計能實現不同功能的集成運算放大器電路，給他們提供開放實驗室，讓學生通過實驗過程，將理論知識轉化為實踐技能，有利于知識的鞏固與吸收。

2實驗改革和手段創新

2．1實驗教學改革

生物醫學電子學實驗課是為了配合生物醫學電子學理論課而設置的，實踐性較強。實驗室是高等學校教學和科研的重要基地，高校的實驗教學與實驗室建設工作是衡量高校辦學實力和人才培養質量的重要標志。過去的實驗課，采用電子實驗箱，任課教師在課前把儀器設備及元器件準備好，學生做實驗就是依照實驗手冊在實驗箱面板上插線，根本看不到電路，學生處于被動地位。采用實驗箱在學生不斷增多情況下，不僅增加教學經費和占用空間，學生也依賴于實驗室。改革后的實驗課由三部分組成，一部分是用Mutisim(一個能Windows下運行的專門用于電子線路仿真與設計的EDA工具軟件)仿真，另一部分是實驗箱實驗，最后一部分是課程設計，即綜合性設計實驗。隨著計算機技術的發展，一部分實驗采用國際流行的電子輔助設計軟件———美國國家儀器公司的Mu-tisim，它不僅是一個能在Windows下運行的專門用于電子線路仿真與設計的EDA工具軟件，也是一個能裝進計算機的實驗室。它具有直觀的圖形界面，整個操作界面就像一個電子實驗工作臺，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點鼠標可用導線將它們連接起來，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實物相似，測量數據、波形和特性曲線如同在真實儀器上看到的一樣。它還有來自美國模擬器件公司(AnalogDevices)、德州儀器(TexasIn-struments)和凌力爾特公司(LinearTechnologies)豐富的元器件和模塊庫和從數字萬用表、函數信號發生器、雙通道示波器、掃頻儀到邏輯分析儀高性能的測試儀器。所設計出的電路除了可用于實驗室的測量之外，還可以做直流工作點分析、交流分析、瞬態分析、傅里葉分析、噪聲分析、失真分析、參數掃描分析、溫度掃描分析、極點———零點分析、傳輸函數分析、靈敏度分析、最壞情況分析和蒙特卡羅分析等定量分析。Multisim不僅提供了高指標的虛擬儀器和充足的元器件資源，還彌補了因實驗儀器及經費不足造成的缺憾。更為重要的是只要有一臺計算機就能擁有自己的實驗室，打破了時間和空間的限制，學生可以在不同的時間、地點和領域自主進行實驗，增強他們提出問題、分析問題和解決問題的能力，并發展自己的興趣愛好。Multisim計算機仿真與虛擬儀器技術可以很好地解決理論教學與實際動手實驗相脫節的問題。學生有機會按自己的思維開展設計性實驗，使他們進行研究性和探索性實驗成為可能。在利用仿真軟件的同時，開展實際硬件的實驗。

實驗室資源有:42臺連著計算機和測量儀表的實驗臺。針對有限的實驗臺資源，把學生分為14個小組，每組安排3人，以小組為單位進行實驗并考核。課程組教師同時擔任著每個小組的實驗導師，學生可以自由提問，教師負責指導他們測量問題、指正錯誤，但不能給出設計思路和方案。通過這樣與學生在實驗中的接觸，了解他們的水平。在實驗操作中，不給出任何具體的提前寫好的實驗提綱，要求學生根據命題自己計劃在實驗中做什么。為了在實驗室的時間更有效率，要求預習實驗，通過仿真軟件來確定設計是否正確，并在實驗箱面包板上將設計圖連線。在實驗室沒有安排固定實驗時，就對學生開放，讓學生可以自由準備實驗。實驗操作的重要環節是開展小組討論，其目的是使學生找出課堂給出的設計問題的解決方案，以便在實驗期間做好準備。約半個小時長的小組討論主要解決以下問題:①理解題目:每位學生都要發現自己有沒有不清楚和不理解的地方。②發表創造性意見:學生對問題能自由想象，展開討論。小組中的一個人記錄問題。③評估上述意見:學生把他們的觀點、意見組織好，把無關的分類出來，把和問題重點相關的記錄下來。④解決問題或計劃如何解決問題:提出具體設計思路和實踐方案。這時，課程組的教師可以幫助他們弄清或解釋相關提問，但要讓學生自己組織施行，只有學生太偏離目標的時候才出來指正。通過這樣的實驗課訓練，很多本科生都利用寒暑假，備戰各種電子大賽，自主設計智能模擬儀器等，在參賽的之余體會到利用運算放大器的靈活性、趣味性及優勢。