“专业课程设计”实验教学平台的搭建

摘要：广东医学院生物医学工程专业“专业课程设计”课程实验是设计类专业实验，与其他常规课程实验有很大不同。在教学中，该课程实验逐步摸索出了一套适合自己的实验教学方法，并在此基础上搭建了一个比较完善的实验教学平台，该平台涉及实验仪器、实验软件、实验测试、实验资料以及实验考核等各个方面。有了这个实验教学平台，该课程实验的教学效果有了明显的提高。

关键词：生物医学工程；课程设计；实验教学；教学平台

作者简介：方向林（1978-），男，安徽霍山人，广东医学院信息工程学院，讲师。（广东?东莞?523808）

基金项目：本文系广东医学院2009年度教育教学研究课题（项目编号：JY0925）的研究成果

中图分类号：G642.423?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）28-0114-01

广东医学院生物医学工程专业主要面向各级医院和各类医疗仪器公司培养临床工程方面的人才，在参加实际工作之前，需要掌握基本电子设备的使用、电子测量基本方法、简单电路故障的检查与排除以及计算机接口技术和软件技术等方面的基础知识，在平时的课程教学中也会有以上几方面实际动手能力的锻炼，但都是在若干课程的实验环节中进行的，如“模拟电路”、“数字电路”、“单片机原理与接口”、“数字信号处理”等，这些课程的实验大多属于传统教学，存在诸多不足。一是实验平台是现成的实验装置，学生只需按步骤动手接线，一旦离开了实验装置，学生几乎不知道如何去动手进行实验；二是实验大多是验证性实验，内容固定且单一；三是时间较短，每次实验一般只有2～3学时，只够完成基本实验内容，无法进行深层次的实验研究；四是前后两次实验间隔较长，有些仪器设备在前次实验中已经用过，但在下次实验中因为时间长又忘记了。从这些零碎的实验教学中，很难实现上述目标，因此需要进行一个综合性实验，尽量多地包括上述要求，生物医学工程“专业课程设计”课程就是为了此目标而设置的实践类课程。

一、问题的提出

“专业课程设计”主要以实验教学为主，而且是自主型实验教学，要求学生自行综合应用所学专业知识，设计并实现一个包括硬件电路和计算机软件在内的系统，实现生物医学信号的采集、放大、滤波、模数转换、传输以及计算机数字信号处理与网络传输等功能，还需要针对所设计的内容、过程和结果撰写报告，详细记录设计过程与结果分析。

“专业课程设计”课程实验所有环节要求学生在教师指导下自己动手进行实践，因此为了便于实验教学的顺利进行，进行了包括实验硬件仪器、软件环境、测试、资料以及考核等在内的整体教学平台的搭建。利用该实验平台，学生在熟悉流程和平台环境的前提下，可以非常方便地自行进行实验。

二、实验教学平台

1.实验仪器系统

在生物医学工程实验室里，该仪器系统配备有10套电子实验仪器，8套供学生使用，一套供测试使用，一套备用。仪器包括直流稳压电源、数字示波器、函数发生器、数字万用表、数字电容表等。直流稳压电源除了0～30V可调台式电源外，实验室还依据本设计情况，设计制作了便携式正负5V双电源，方便实验使用。另外还配有计算机20台，其中16台学生终端，2台测试终端，1台管理用机，1台服务器，全部连入网络。

进行实验时，每组使用的仪器包括4台计算机和2套实验仪器，数字示波器都已经和计算机连接，可以在计算机上直接采集示波器波形。具体的仪器使用方法和使用说明书在实验室内部网站上都有介绍，学生可以通过网络进行浏览。

2.实验软件系统

“专业课程设计”需要使用计算机进行原理性设计和模拟仿真，为此实验室学生终端计算机根据设计需要，配置了相应的专业软件系统，主要包括三个部分：模拟电路原理设计与仿真、单片机和接口电路设计与仿真、上位机程序设计与仿真。软件系统主要包括以下专业软件：Multisim 11、Protues7.5、Keil uVision3、Virtual Serial Port Driver 6.9、SComAssistant V2.2、Visual C# 2005等。具体软件的使用方法在实验室内部网站上都有介绍或教程下载，学生可以通过网络进行浏览。

学生终端计算机采用WinXP SP3系统，安装有上述专业软件，这些软件已经调整至最佳使用设置。为了加强计算机终端管理，每台计算机装有开机还原软件，不用担心学生操作不当引起系统崩溃，也不用担心病毒木马的侵害。终端机装有局域网文件传输软件飞鸽传书，可以在内部任何两台机器间互传文件，避免学生使用自带优盘，终端名根据网络IP地址进行编号，简单易记。

3.实验测试系统

学生在进行设计型实验时，需要自己选择使用芯片来搭建电路，由于大多数人都是首次接触实际电路的连接，因此在实际操作中经常出现违规操作，导致很多时候电路搭建出来后，电路功能不能实现，这时需要进行故障判断和解决，以便确定是何种原因引起的，因此在使用中经常需要进行芯片的测试以确保芯片功能完好。

基于上述原因，搭建了这样一个实验芯片测试系统，主要用于对实验所使用的各种常用芯片进行功能测试，快速检测其功能是否正常。该系统包括信号发生器、示波器、直流电源以及自行设计的测试电路板。针对模拟芯片和数字芯片，测试板分两块，其中模拟芯片测试板主要测试模拟运放芯片，利用电压跟随器输入输出之间的关系，输入端加上标准测试信号，用示波器观察输出端信号以确定结果。数字芯片测试板主要测试单片机、模数转换以及串行接口等芯片的功能，需要事先设计好固定的测试程序，利用程序执行加LED显示的结果来判定。

测试平台的出现，对于常用芯片的测试有很大的方便，在实际使用中节省了不少设计时间。

4.实验资料系统

课程设计大量使用计算机来辅助进行，如利用计算机来进行电路的理论仿真和测试、程序开发、撰写设计报告等，在设计过程中还要通过计算机网络来进行查询，这些资料的有效管理非常必要。资料系统主要分为两个部分，一个是自己设计资料的保存，另外一个是公有资料的获取。为此，实验室架设了专门的服务器来解决上述两个方面，通过FTP服务来满足各组设计资料的保存，通过IIS服务来实现公有资料的获取。