電子測(cè)量教學(xué)改革的探索及實(shí)踐

摘要：電子測(cè)量是一門理論性和實(shí)踐性相結(jié)合的綜合課程。為了提高電子測(cè)量的教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，從而培養(yǎng)出具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和解決實(shí)際問題能力的專業(yè)人才，使之能夠快速適應(yīng)社會(huì)對(duì)電子測(cè)量領(lǐng)域的需求。從課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和考核方式等環(huán)節(jié)對(duì)該課程教學(xué)進(jìn)行改革。

關(guān)鍵詞：電子測(cè)量；教學(xué)改革；實(shí)踐

作者簡(jiǎn)介：張東明（1977-），男，河南新鄉(xiāng)人，河南大學(xué)物理與電子學(xué)院，講師；賀明（1954-），男，河南開封人，河南大學(xué)物理與電子學(xué)院，副教授。（河南 開封 475001）

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）05-0070-02

電子測(cè)量是高等院校電子信息科學(xué)技術(shù)類學(xué)科的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門理論性和實(shí)踐性相結(jié)合的綜合課程。其內(nèi)容包括電子測(cè)量工作中常用和基礎(chǔ)的測(cè)量原理與方法、測(cè)量和測(cè)試分析領(lǐng)域的介紹、測(cè)量誤差與不確定度、測(cè)量數(shù)據(jù)處理知識(shí)以及自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)與電子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展介紹等。該課程作為河南大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我院”）電子、測(cè)控、通信工程的重要專業(yè)課，其內(nèi)容具有很強(qiáng)的實(shí)踐性、技術(shù)性和綜合性。該課程作為各類高等院校電子信息類教學(xué)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，其教學(xué)改革具有十分重要的意義。通過幾年來的教學(xué)實(shí)踐，在課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和考核方式等環(huán)節(jié)進(jìn)行了課程教學(xué)改革的探索和嘗試。

一、課堂教學(xué)

1.精選教材

電子測(cè)量發(fā)展速度很快，各種儀器的更新更是日新月異。就“示波器”而言，其通帶寬度、實(shí)時(shí)采樣率、存儲(chǔ)深度、圖像刷新速率都在快速提升，其功能也從單一的時(shí)域儀器，通過組成混合信號(hào)示波器和添加適當(dāng)軟件，就可以成為帶有數(shù)據(jù)域分析和FFT頻域分析功能的多功能儀器。因此，傳統(tǒng)的以典型儀器為主線的教材已無法滿足儀器快速發(fā)展變化的要求。筆者選擇的是蔣煥文、孫續(xù)主編的教材。[1]該教材以電子測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理和方法為主線，注意理論聯(lián)系實(shí)際、提高能力，適應(yīng)測(cè)量理論、技術(shù)和儀器迅速發(fā)展與更新?lián)Q代的要求。

2.突出教學(xué)重點(diǎn)，傳統(tǒng)和現(xiàn)代兼顧

電子測(cè)量涉及的內(nèi)容比較廣泛，包括示波測(cè)試技術(shù)、信號(hào)源、時(shí)頻測(cè)量和調(diào)制域分析、電壓測(cè)量、頻域測(cè)試、數(shù)據(jù)域測(cè)試和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等，但是只有54個(gè)理論學(xué)時(shí)，所以在講授過程中必須突出重點(diǎn)章節(jié)，其他內(nèi)容適當(dāng)縮減。筆者把“示波器”和“電壓測(cè)量”這兩章作為重點(diǎn)進(jìn)行講解。把“示波器”作為重點(diǎn)，一方面是因?yàn)槭静ㄆ魇悄壳笆褂米顝V泛的時(shí)域分析儀器，具有分析信號(hào)直觀的特點(diǎn)；另一方面，“示波器”的顯示原理也是后繼其他圖示分析儀器的基礎(chǔ)。電壓是電路和信號(hào)最基本、最重要的參數(shù)，是在電子或電路系統(tǒng)普遍使用的電子測(cè)量?jī)x器；同時(shí)大量非電量的測(cè)量也多是通過傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)再進(jìn)行測(cè)量。因此筆者把“電壓測(cè)量”作為本課的另一個(gè)重點(diǎn)章節(jié)。對(duì)于各種測(cè)量?jī)x器電路方面的闡述則側(cè)重于原理、功能，而不把過多教學(xué)時(shí)間放在具體電路上。

在對(duì)新舊內(nèi)容選擇上采取以現(xiàn)代測(cè)量原理和技術(shù)為重點(diǎn)，同時(shí)適當(dāng)照顧目前仍有較多使用的傳統(tǒng)內(nèi)容，以新為主、新舊兼顧，使課程在總體上保持一定的先進(jìn)性、新穎性。這樣可以在限定的課時(shí)內(nèi)把電子測(cè)量的基本原理闡述清楚。

3.采用多媒體教學(xué)方式，通過仿真實(shí)例改善教學(xué)效果

充分利用多媒體資源（圖像、音頻、視頻、動(dòng)畫）可以使抽象的知識(shí)內(nèi)容形象化、具體化，加深了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。比如在講示波器的時(shí)候，可以通過使用LabView軟件虛擬一個(gè)雙蹤示波器，動(dòng)態(tài)地顯示電壓的波形以及測(cè)量的過程：包括觸發(fā)方式、掃速調(diào)節(jié)等，使學(xué)生對(duì)示波器有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。[2]在講解調(diào)制域分析與應(yīng)用時(shí)，根據(jù)跳頻通信系統(tǒng)的基本工作原理，使用Simulink設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)跳頻系統(tǒng)仿真模型，[3]對(duì)跳頻信號(hào)進(jìn)行仿真，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了跳頻技術(shù)在藍(lán)牙通信中的應(yīng)用仿真模型，使學(xué)生對(duì)抽象的跳頻概念和原理理解起來更加容易。如圖1所示，在通信及數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試中廣泛使用的眼圖功能可以通過Matlab進(jìn)行仿真。[4]通過這些仿真實(shí)例很好地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改善了課堂教學(xué)效果。

4.加強(qiáng)章節(jié)之間的聯(lián)系，提高分析問題的能力

電子測(cè)量?jī)?nèi)容比較繁雜，各章節(jié)的內(nèi)容相對(duì)比較獨(dú)立，容易造成學(xué)生學(xué)習(xí)比較單調(diào)。在教學(xué)中，如果能夠加強(qiáng)學(xué)習(xí)內(nèi)容之間的縱向聯(lián)系則可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，同時(shí)還能培養(yǎng)學(xué)生的分析總結(jié)能力。比如測(cè)量相位差可以把采用李沙育圖形法和采用計(jì)數(shù)器測(cè)周期這兩種方法進(jìn)行對(duì)比講解。在講調(diào)制信號(hào)測(cè)試時(shí)，可以把用示波測(cè)試的梯形法和頻譜儀分析法進(jìn)行分析對(duì)比。這樣能夠讓學(xué)生加深理解測(cè)量方法的本質(zhì)，使學(xué)生養(yǎng)成以測(cè)量需求出發(fā)選取儀器，針對(duì)具體問題選擇合適的測(cè)量方案，提高分析解決實(shí)際問題能力。

二、實(shí)踐教學(xué)

作為一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，電子測(cè)量的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。通過實(shí)驗(yàn)一方面可以加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解；另一方面，可以使學(xué)生對(duì)課堂上講授的理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行聯(lián)系，從而提高學(xué)生的動(dòng)手能力、工程素質(zhì)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

1.設(shè)置實(shí)用性實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

電子測(cè)量是實(shí)用性很強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)在整個(gè)課程體系中有舉足輕重的地位。因此在設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)應(yīng)該盡量選取一些在和實(shí)際生產(chǎn)生活緊密聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。[5]比如在電路的設(shè)計(jì)或產(chǎn)品的生產(chǎn)、調(diào)試中經(jīng)常需要了解某個(gè)網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性。筆者在幅頻特性的掃頻測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，采用BT3-D掃頻儀對(duì)電視機(jī)的VHF高頻調(diào)諧器作幅頻特性方面的測(cè)試。通過測(cè)試，一方面可以了解掃頻儀測(cè)量幅頻特性的性能；另一方面通過雙峰幅頻特性曲線可以了解電視機(jī)的圖像和聲音超外差機(jī)接收原理。

2.反映學(xué)科發(fā)展方向，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的時(shí)效性

電子測(cè)量學(xué)科發(fā)展十分迅速，因此在安排實(shí)驗(yàn)時(shí)，除了安排一些基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)外，結(jié)合現(xiàn)在電子測(cè)量?jī)x器的一個(gè)發(fā)展方向即虛擬儀器發(fā)展方向，設(shè)置虛擬儀器及其應(yīng)用研究的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解虛擬儀器的基本概念，熟悉虛擬數(shù)字雙蹤示波器及任意波形發(fā)生器的操作，學(xué)會(huì)編輯和創(chuàng)建波形文件，并對(duì)幾種典型電壓波形進(jìn)行參數(shù)測(cè)量以及觀察雙蹤波形的顯示。實(shí)踐教學(xué)的部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及內(nèi)容（部分）

序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

一相位差的測(cè)量用雙蹤示波器采用示波法測(cè)量?jī)蓚€(gè)正弦信號(hào)之間的相位差；利用示波器的X-Y方式，采用李薩如圖形法測(cè)量?jī)烧倚盘?hào)的相位差；分析雙蹤示波器法測(cè)量相位差時(shí)誤差的主要來源

二調(diào)幅系數(shù)的

測(cè)量采用直接測(cè)量包絡(luò)法測(cè)量調(diào)幅波的調(diào)幅系數(shù)；采用梯形法測(cè)量調(diào)幅系數(shù)

三失真度測(cè)量用濾波法測(cè)量失真系數(shù)。首先將被測(cè)信號(hào)中的基波分量濾除，測(cè)出其總諧波分量的有效值，然后與被測(cè)信號(hào)的總有效值V相比，計(jì)算出失真度

四幅頻特性的掃頻測(cè)量使用寬帶掃頻儀測(cè)量VHF高頻調(diào)諧器的幅頻特性曲線；把掃頻信號(hào)加到高頻調(diào)諧器的輸入端，由“峰值檢波器”檢出的輸出信號(hào)的包絡(luò)曲線

五虛擬儀器及其應(yīng)用研究熟悉虛擬數(shù)字雙蹤示波器及任意波形發(fā)生器的操作，學(xué)會(huì)編輯和創(chuàng)建波形文件，觀察雙蹤示波器的波形的顯示并對(duì)幾種典型電壓波形進(jìn)行參數(shù)測(cè)量

六邏輯分析儀原理及應(yīng)用了解邏輯分析儀的基本工作原理；用邏輯分析儀LA2116對(duì)數(shù)字電路進(jìn)行測(cè)試分析

三、考核方式

1.將平時(shí)的課堂表現(xiàn)計(jì)入理論成績(jī)

在理論成績(jī)中，除了期末考試的卷面成績(jī)外，筆者還把平時(shí)的作業(yè)情況和課堂回答問題情況按一定比例加入到總的成績(jī)里面。這樣可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，使學(xué)生在上課時(shí)集中精力，積極思考。同時(shí)，也杜絕了個(gè)別學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)不用功，臨考抱佛腳的現(xiàn)象。

2.在期末總成績(jī)中加入實(shí)驗(yàn)成績(jī)

在電子測(cè)量課程的培養(yǎng)目標(biāo)中，學(xué)生的實(shí)踐能力顯得尤為重要。根據(jù)電子測(cè)量兼有科學(xué)理論和工程實(shí)踐的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的教學(xué)方式中主要以卷面考試成績(jī)來評(píng)判學(xué)生是否掌握課程要求的方法不完全適合本課程。通過教學(xué)實(shí)踐，對(duì)考核方法進(jìn)行了改革，加大了動(dòng)手實(shí)踐能力在總成績(jī)中的比重。筆者采取理論和實(shí)驗(yàn)分別計(jì)算成績(jī)與學(xué)分的方法，實(shí)驗(yàn)和理論成績(jī)的分值比例是1∶3，這樣就避免了學(xué)生只重理論不重實(shí)踐的傾向。在實(shí)驗(yàn)課中，除了要求學(xué)生完成具體的測(cè)量任務(wù)以外，還要求學(xué)生解答和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)的思考題，用以考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力。

四、結(jié)束語

通過上述電子測(cè)量課程的教學(xué)改革，在重視理論學(xué)習(xí)的同時(shí)，注重實(shí)踐教學(xué)與課外科技活動(dòng)相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生參與科技創(chuàng)新活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。鼓勵(lì)學(xué)生積極參與大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、“飛思卡爾杯”大學(xué)生智能車競(jìng)賽、“挑戰(zhàn)杯”、全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等課外科技競(jìng)賽活動(dòng)，并安排具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的教師為學(xué)生提供技術(shù)指導(dǎo)。學(xué)生的參與積極性很高，參賽學(xué)生人數(shù)比例占測(cè)控專業(yè)總?cè)藬?shù)的30%以上。近年來參加各類科技競(jìng)賽活動(dòng)獲得了多項(xiàng)不同級(jí)別的獎(jiǎng)勵(lì)。在第七屆“飛思卡爾杯”全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽西部賽區(qū)比賽中，我院參賽隊(duì)共獲得西部賽區(qū)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、三等獎(jiǎng)2項(xiàng)和優(yōu)勝獎(jiǎng)1項(xiàng)。

電子測(cè)量教學(xué)改革是在教學(xué)實(shí)踐中不斷探索和創(chuàng)新的課題。為了適應(yīng)快速、求新、求變的電子測(cè)量領(lǐng)域的發(fā)展要求，對(duì)課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和考核方式的改革應(yīng)該以培養(yǎng)學(xué)生的能力為中心，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)出具有扎實(shí)理論基礎(chǔ)又具備較強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手能力、滿足用人單位需要的專業(yè)人才。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）