走自制实验设备之路 促进实验教学改革

杨 宏，李国辉

（西安邮电大学 电子工程学院，陕西 西安 710121）

实验教学是高等学校教学体系的重要组成部分［1］，它对学生的综合能力培养起着十分重要的作用。为了促进教学实验室的建设与发展，克服教育经费投入不足的困难，西安邮电大学鼓励教师和实验技术人员发扬自力更生、勤俭办校的精神，充分利用现有实验室的条件，因地制宜地自制实验设备［2］。

1 自制实验设备的必要性

国内许多学者对自制实验设备在人才培养、科学研究等方面的作用进行了一些探索。文献［3］对自制实验设备与提升实践教学质量的关系进行了探讨；文献［4］论述了高校自制实验仪器设备在应用型人才培养中的作用；文献［5］给出了自制实验设备在专业实验教学中的应用；文献［6］就改进和研制实验仪器、更好为实验教学服务进行了探讨；文献［7］介绍了创新实验项目的开发及设备研制；文献［8］和文献［9］论述了优化实验室管理、提高实验室投资效益的问题。这些探索是有益的，但自制实验设备如何更好地促进实验教学改革还需进一步探讨。

自制实验设备是教学改革的重要内容，是本科教学工作优秀学校评价的重要组成部分［10］。自制实验设备直接推动了教学内容、教学体系及教学方法的改革，符合高校办学的具体要求。自制实验设备也是基础课教师和基础教学实验室人员参加学校自拟科研课题的主要形式。

西安邮电大学作为以信息科学技术为特色，工、管、理、经、文、法、艺多学科协调发展的普通高等院校，如果没有自制实验设备的能力，就难以取得高水平的教学质量。

2 科研与实践教学相结合自制实验设备

笔者自制了实验设备“混沌实验平台”、“ARM实验平台”和“DSP实验平台”，运用到实验教学中后取得了良好的效果。

2.1 自制混沌实验平台

根据混沌系统的数学模型，利用运算放大器、电压比较器、电流传输器和模拟乘法器等电子器件设计混沌电路实验平台［11］。混沌实验的内容包括：观察电路输出信号，观察电路输出的相图及频谱图，设计该系统的同步系统，混沌伪随机信号发生器等。

2.2 自制ARM实验平台

自制ARM嵌入式实验平台的硬件主要包括电源电路、复位电路、时钟电路、JTAG电路、LED控制电路、串口电路、SPI驱动显示电路、USB接口电路、I2C电路等。该平台的实物如图1所示。自制ARM嵌入式实验平台主要可以完成以下实验：蜂鸣器、流水灯、UART0、I2C、SPI、定时器、脉宽调制器、AD转换器、实时时钟、看门狗、中断相关实验、步进电机控制、μCOS－II基础实验（GPIO、UART1、SPI、ADC、DAC、I2C、RTC、PWM、LCD显示汉字）。

图1 ARM嵌入式实验平台的实物图

2.3 自制DSP实验平台

自制DSP实验平台的硬件主要包括单片机系统电路、DSP系统电路、串口通信、音频控制电路、外部中断控制电路、USB控制电路、MP3解码电路、LCD显示电路、键盘电路等。该平台的实物图如图2所示。自制DSP实验平台主要可以完成以下实验：CpuTimer定时器实验、外扩SRAM实验、扩展中断输入实验、键盘扫描实验、MCBSP立体声警报实验、网卡发送接收实验、PCM格式和WAV格式歌曲播放实验、录音回放实验、MP3音乐播放实验、LCD实验、FAT16实验。

图2 DSP实验平台的实物图

3 自制实验设备的各种措施

（1）制定政策，保证自制实验设备经费的落实；在晋级晋职时，自制实验设备项目的主持人予以优先。

（2）严格审批，确保自制实验设备项目的实施。自制实验设备以立项形式管理，每年审批一次。申请的项目必须是为了本校教学计划内的实验教学，在探索实验教学内容、方法及手段的改革和增开新的教学实验项目等方面需要自制的实验设备。申请项目的负责人应具有中级以上职称，且必须经过充分的可行性论证，填写“自制实验设备项目申请表”，经实验室主任及院（系）主管领导审核、签署意见后，报送教务处，再由教务处组织有关专家评审。评审工作严格遵循独创性、实用性、先进性、可行性和经济性的原则，确定自制项目的立项并落实经费，明确项目进度和项目负责人的责任，促使研制者达到项目的预期目的。

（3）总结推广，持续开展自制和改制教学仪器设备的工作。

4 自制实验设备的效果

自制实验设备节约了经费、锻炼了教工队伍、提高了教学质量、促进了学生就业，取得了良好的效果。

（1）拓宽了实验教学内容，促进了实验教学改革，提高了实验教学效果。为了满足教学改革对实验设备的数量和档次的新要求，广大教师和实验技术人员以主人翁的责任感自制实验设备，保证了实验教学需要。

（2）锻炼了实验技术队伍，提高了教师和实验技术人员的业务素质。开展自制实验设备的过程也是锻炼队伍的过程。每项自制设备，教师和实验技术人员都要自己搜集资料、进行设计和安装调试，同时还要将实验装置的研制改造和编写实验教材结合起来。这些要求，促使每位研制人员不断拓宽知识面，在实践中增长才干，提高自己的理论水平和技术水平。

（3）提高了学生综合设计及应用研究能力。自制实验设备，除了依靠教师和实验技术人员外，还适当吸收部分本科生参加。学生结合实验室开放或毕业设计等实践环节参与研制实验设备，加强了工程实践能力的锻炼与培养。

（4）加强了实验室建设。通过对自制设备的研制，实验室的规模不断扩大，促进了实验室的建设，增强了实验室的实力和影响力。

5 结束语

自制实验设备对实验教学的促进作用已毋庸置疑。自行研制新的实验设备的组织与实践，不但使实验室引进了新的技术，还使教师的业务能力得到锻炼，增长了新的技能，增加了工作的成就感，同时使理论与实践有机地结合，为解决教学中的问题打下坚实基础。高校自制实验设备，必将对实验教学改革、大学生创新能力的培养产生积极的影响。

（References）

［1］周童，曲占庆，陈德春.走自制设备之路 提高师生实验创新能力［J］.实验室研究与探索，2010，29（2）：168－169.

［2］李振键，席巧娟，苏家芬，等.开展自制（改制）教学仪器设备，提高实验室综合效益［J］.实验技术与管理，1999，16（3）：113－115.

［3］贾志涛.深化自制实验设备工作提升实践教学质量［J］.价值工程，2010（33）：229－230.

［4］朱正林，吴强，潘效军.谈高校自制实验仪器设备在应用型人才培养中的作用［J］.中国科教创新导刊，2007（21）：12－13.

［5］曹勇锋，张可方.自制设备在专业实验教学中的应用［J］.实验科学与技术，2009，7（3）：135－137.

［6］翟玉平.改进和研制实验仪器更好为实验教学服务［J］.实验室科学，2007（4）：164－165.

［7］温利红，高金良.创新实验项目的开发及设备研制［J］.机电产品开发与创新，2007，20（6）：48－50.

［8］冯鸿周，王一山.浅谈当前高校实验室的管理问题［J］.实验室科学，2006（4）：86－87.

［9］张明长.优化实验室管理 提高实验室投资效益［J］.北京印刷学院学报，2006，12（6）：72－73.

［10］应安明，王桂玲，刘桂涛.自制实验仪器设备在教学中的使用［J］.实验室研究与探索，2003，22（1）：20－21.

［11］杨宏.混沌实验创新教学模式的探索［J］.潍坊教育学院学报，2009，22（2）：53－54.