醫(yī)療儀器專業(yè)“電子技術(shù)”教學(xué)設(shè)計(jì)的探索

[摘 要] 目的：醫(yī)療儀器專業(yè)“電子技術(shù)”的教學(xué)改革以“理實(shí)一體化”為導(dǎo)向，在內(nèi)容選取、教學(xué)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行探索，以適應(yīng)人才實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的需要。方法：結(jié)合醫(yī)學(xué)院醫(yī)療器械專業(yè)學(xué)科特色，以X線機(jī)開(kāi)機(jī)曝光故障分析為例，給出教學(xué)設(shè)計(jì)的案例。結(jié)果：以產(chǎn)學(xué)研課題促進(jìn)教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

[關(guān) 鍵 詞] 電子技術(shù)；醫(yī)療器械；教學(xué)設(shè)計(jì)

[中圖分類號(hào)] R197.39 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2017）36-0216-02

“電子技術(shù)”是醫(yī)學(xué)院校生物醫(yī)學(xué)工程、臨床工程技術(shù)及影像設(shè)備技術(shù)等專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，包含了模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)及單片機(jī)等幾大部分，是電子類課程的綜合應(yīng)用，實(shí)踐性、實(shí)用性都非常強(qiáng)。該課程為醫(yī)學(xué)院學(xué)生未來(lái)從事醫(yī)療儀器的管理與維修以及醫(yī)療儀器的研發(fā)等相關(guān)工作提供理論基礎(chǔ)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。但是在醫(yī)學(xué)院開(kāi)展該門工程類課程存在許多問(wèn)題。筆者通過(guò)產(chǎn)學(xué)研實(shí)踐課題，針對(duì)我校醫(yī)療儀器專業(yè)學(xué)生的專業(yè)特色，對(duì)該課程的內(nèi)容選取及教學(xué)設(shè)計(jì)作一些探討。

一、教學(xué)存在的問(wèn)題

（一）教學(xué)內(nèi)容選取不合理

課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)置不合理，多數(shù)直接照搬工科類的電子課程設(shè)計(jì)，教學(xué)內(nèi)容大多相同，一方面導(dǎo)致內(nèi)容難度大，概念抽象，難于理解；另一方面未能融入醫(yī)療儀器的設(shè)計(jì)理念，缺乏趣味性，學(xué)生容易失去學(xué)習(xí)動(dòng)力。

（二）課程教案存在的問(wèn)題

由于教材內(nèi)容相對(duì)穩(wěn)定，教師按照教學(xué)大綱執(zhí)行統(tǒng)一的教學(xué)計(jì)劃，按部就班地講授知識(shí)點(diǎn)。程序化的教案毫無(wú)創(chuàng)新性和實(shí)踐性，忽視了學(xué)生的專業(yè)背景。設(shè)計(jì)的教案與專業(yè)完全脫節(jié)，課后沒(méi)有記錄教學(xué)效果，缺乏教學(xué)反思。單方面向?qū)W生灌輸知識(shí)，教學(xué)過(guò)于古板，缺少靈活性。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）內(nèi)容選取符合專業(yè)背景

電子技術(shù)課程是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，它直接影響能否理解甚至掌握各種醫(yī)療儀器結(jié)構(gòu)與工作原理。因此，電子技術(shù)課程內(nèi)容的選取不用完全照搬工科類的電子技術(shù)的課程內(nèi)容。結(jié)合醫(yī)學(xué)院學(xué)生有一定的醫(yī)學(xué)背景，需要對(duì)醫(yī)療儀器種類及各自結(jié)構(gòu)有一定掌握和理解的情況，教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)盡量與醫(yī)學(xué)信號(hào)或醫(yī)療儀器有關(guān)，如心電、腦電、脈搏及呼吸等心電圖機(jī)，人體替代裝置，影像設(shè)備等。

（二）內(nèi)容組織模塊化、情境化

在教學(xué)過(guò)程中，筆者結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和教學(xué)規(guī)律，將課程分成各種學(xué)習(xí)情境組織實(shí)施教學(xué)，而每個(gè)學(xué)習(xí)情境的構(gòu)建以完成一個(gè)完整的工作任務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。根據(jù)學(xué)生專業(yè)將系統(tǒng)的理論知識(shí)拆解并融合到具體項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中。這樣理實(shí)一體化的教學(xué)，可以使學(xué)生理論知識(shí)更加扎實(shí)，實(shí)踐能力得以提高。比如設(shè)計(jì)模擬心電信號(hào)發(fā)生器教學(xué)模塊涉及分頻電路、信號(hào)產(chǎn)生電路、加法電路及濾波電路等知識(shí)點(diǎn)，以此提高學(xué)生的興趣，達(dá)到醫(yī)學(xué)院醫(yī)療儀器專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，即醫(yī)工結(jié)合，健行康民。

（三）教學(xué)方法

采用教師用實(shí)際案例分析和學(xué)生討論相結(jié)合的教學(xué)方法，既保證學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提高又能更好地培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。教師首先給出某醫(yī)療儀器的部分電路，分析電路，給出故障現(xiàn)象，組織學(xué)生討論故障原因及解決方案，討論方案的可行性。然后根據(jù)案例，歸納學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)，完善相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生達(dá)到舉一反三的效果。最后，根據(jù)學(xué)生掌握情況，進(jìn)行教學(xué)總結(jié)。

三、X線機(jī)開(kāi)機(jī)瞬間曝光故障分析案例

（一）教學(xué)目的

通過(guò)對(duì)X線機(jī)提前曝光故障的分析，掌握組合邏輯電路，掌握光電耦合的開(kāi)關(guān)特性，理解軟啟動(dòng)與硬件啟動(dòng)的區(qū)別。

（二）課題導(dǎo)入

根據(jù)筆者產(chǎn)學(xué)研期間研發(fā)的課題，播放X線機(jī)開(kāi)機(jī)瞬間非正常曝光以及按手閘正常曝光的視頻，對(duì)比正常曝光與非正常曝光的不同現(xiàn)象；引導(dǎo)學(xué)生增強(qiáng)對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣；講述非正常曝光對(duì)人體及設(shè)備帶來(lái)的危害，增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)常識(shí)；展示曝光控制板的實(shí)物圖，使學(xué)生對(duì)電路板制作工藝，元器件排放、安裝、焊接有些了解。

（三）電路分析

圖1為高頻高壓X線機(jī)曝光控制板的部分電路。各個(gè)輸入端功能如下：HKV為管電壓過(guò)高檢測(cè)端，HKV=1表示管電壓正常，HKV=0表示管電壓過(guò)高；KVEN為主逆變故障檢測(cè)端，HVEN=1表示主逆變電路正常，HVEN=0表示主逆變電路有故障；HAND為手閘，HAND=1表示手閘按下準(zhǔn)備曝光，HAND=0表示沒(méi)有按下手閘；這三個(gè)端都為硬件檢測(cè)端，不受單片機(jī)控制。KVC為主逆變控制端，受單片機(jī)控制，KVC=1表示開(kāi)主逆變，出射線，KVC=0表示關(guān)主逆變，燈絲熄滅。

U3光電耦合器導(dǎo)通，球管的燈絲便出射線，即F為低電平時(shí)，X線機(jī)便曝光。由圖1易知U2A門電路輸出F=HKV·KVEN·HAND·KVC，即X線機(jī)曝光的條件是沒(méi)有檢測(cè)到管電壓過(guò)高，主逆變電路異常等故障，手閘按下且KVC為高電平。理論上，X線機(jī)一上電，手閘不按下，便不會(huì)曝光。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)手閘按下時(shí)便執(zhí)行SETB KVC，置KVC端，球管出射線，但在實(shí)際調(diào)試中，每次開(kāi)機(jī)總是有非常短暫的曝光，對(duì)球管有很大損壞。通過(guò)示波器檢測(cè)，可知上電瞬間KVC端和N端有非常短暫尖峰脈沖干擾信號(hào)，此時(shí)單片機(jī)初始化還未運(yùn)行，導(dǎo)致開(kāi)機(jī)瞬間F出現(xiàn)低電平，從而出現(xiàn)開(kāi)機(jī)曝光現(xiàn)象。上電瞬間后，單片機(jī)執(zhí)行初始化，執(zhí)行CLR KVC，使F由低電平變?yōu)楦唠娖?，從而曝光結(jié)束。因此，開(kāi)機(jī)瞬間出現(xiàn)非正常曝光現(xiàn)象。

（四）故障討論

組織學(xué)生分析故障原因，討論解決故障的方案。學(xué)生討論出的方案大都是更換X線機(jī)的開(kāi)關(guān)電源，避免出現(xiàn)上電時(shí)的干擾信號(hào)。筆者與學(xué)生討論了此方案的可行性，給出另一個(gè)已驗(yàn)證成功的方案。改變硬件電路的邏輯性，再改變軟件代碼里KVC控制端的邏輯性。圖2所示為X線機(jī)曝光控制板的改進(jìn)電路。

在KVC端接入一個(gè)遲滯反相器，使得上電瞬間M端為低電平，從而F端為高電平。上電瞬間后，單片機(jī)初始化，執(zhí)行SETB KVC，使得F端繼續(xù)保持高電平，避免了上電瞬間曝光的現(xiàn)象。當(dāng)手閘按下，單片機(jī)執(zhí)行CLR KVC，復(fù)位KVC端，F(xiàn)=0，球管便出射線。由此可知，增加一個(gè)遲滯反相器以及改變程序的邏輯關(guān)系，將KVC=1變?yōu)镵VC=0，便可消除這個(gè)故障。

（五）知識(shí)點(diǎn)歸納

根據(jù)電路的分析和故障現(xiàn)象的討論，總結(jié)案例中出現(xiàn)的知識(shí)點(diǎn)。比如：組合邏輯電路的分析，光電耦合的運(yùn)用，單片機(jī)匯編語(yǔ)言置位與復(fù)位的編寫(xiě)等。引導(dǎo)學(xué)生完善組合邏輯電路對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，查閱常用的光電耦合器的運(yùn)用，理解匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)。

（六）教學(xué)反思

簡(jiǎn)要總結(jié)本次課內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)邏輯電路功能的分析并巧妙設(shè)置問(wèn)題考查學(xué)生的分析能力，為進(jìn)入組合邏輯電路的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)做好鋪墊，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)使用示波器觀察上電的尖峰脈沖信號(hào)。主動(dòng)查閱資料，開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)。根據(jù)觀察學(xué)生課堂聽(tīng)課的狀態(tài)，參與討論的積極性，筆者發(fā)現(xiàn)很少有學(xué)生能夠?qū)⒂布娐放c軟件代碼綜合性地考慮，對(duì)電子技術(shù)的軟硬結(jié)合缺少理解。筆者應(yīng)該將電路的邏輯功能的分析作為教學(xué)的重點(diǎn)。

（七）案例特點(diǎn)

本教案結(jié)合筆者研發(fā)X線機(jī)控制系統(tǒng)上電曝光故障與電子技術(shù)課程組合邏輯電路單元，做到理論聯(lián)系實(shí)際的整合，教案的設(shè)計(jì)緊扣學(xué)生的專業(yè)背景，啟發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。運(yùn)用實(shí)物電路板演示，將枯燥、抽象的理論形象化。通過(guò)X線機(jī)故障解決的案例，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)邏輯電路的特點(diǎn)，了解電子技術(shù)理論與實(shí)踐的差異性，學(xué)會(huì)融合模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)及單片機(jī)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際工程中遇到的問(wèn)題。

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