“測(cè)控電路”教學(xué)方法改革與探索

摘要：針對(duì)測(cè)控技術(shù)及儀器專(zhuān)業(yè)學(xué)生在進(jìn)入“測(cè)控電路”課程學(xué)習(xí)初期階段的理論認(rèn)知能力較差，實(shí)踐動(dòng)手能力薄弱的狀況，結(jié)合“測(cè)控電路”課程的教學(xué)特點(diǎn)，提出了“測(cè)控電路”教學(xué)方法改革規(guī)劃中的關(guān)鍵問(wèn)題。通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法兩方面的教學(xué)改革進(jìn)行探討，以期達(dá)到提高“測(cè)控電路”課程的教學(xué)質(zhì)量、提升學(xué)生專(zhuān)業(yè)技能的目的。

關(guān)鍵詞：測(cè)控電路；教學(xué)改革；理論；實(shí)踐

作者簡(jiǎn)介：劉得軍（1965-），男，河北遷安人，中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球物理與信息工程學(xué)院電子系，教授；錢(qián)步仁（1964-），男，江蘇泰州人，中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球物理與信息工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師。（北京 102249）

基金項(xiàng)目：本文系中國(guó)石油大學(xué)（北京）2012年度重點(diǎn)課程建設(shè)類(lèi)教學(xué)改革項(xiàng)目的研究成果。

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）30-0110-02

“測(cè)控電路”是測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)必修課，同時(shí)也是該專(zhuān)業(yè)的核心課程。通常情況下，測(cè)控系統(tǒng)主要由傳感器、測(cè)控電路和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成，利用測(cè)控系統(tǒng)可以把被測(cè)的目標(biāo)非電量信號(hào)通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為電量參數(shù)，再由測(cè)控電路進(jìn)行信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換，之后進(jìn)入微機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以達(dá)到控制的目的。測(cè)控系統(tǒng)中測(cè)控電路的主要作用是對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行放大、隔離、調(diào)制解調(diào)及信號(hào)轉(zhuǎn)換等一系列處理后，[1]使之滿(mǎn)足后級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（負(fù)載）對(duì)測(cè)量與控制信號(hào)的精度需求。測(cè)控電路對(duì)整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)測(cè)控目標(biāo)的準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)起到舉足輕重的作用。因此，針對(duì)測(cè)控技術(shù)與儀器類(lèi)本科生來(lái)說(shuō)，在進(jìn)入專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)階段安排“測(cè)控電路”課程的學(xué)習(xí)非常必要。通過(guò)對(duì)該課程的教授，力求使學(xué)生對(duì)測(cè)控電路設(shè)計(jì)、測(cè)控電路板制作、電子元器件焊接到測(cè)控電路調(diào)試等全過(guò)程有清晰、全面的掌握，從而為后續(xù)實(shí)際工作和繼續(xù)深造奠定良好的測(cè)控電路分析與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

一、“測(cè)控電路”教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

“測(cè)控電路”課程專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，需要“電路分析基礎(chǔ)”、“模擬電子技術(shù)”、“數(shù)字電子技術(shù)”、“單片機(jī)原理”等專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程作支撐，若銜接不好，則會(huì)給“測(cè)控電路”課程的實(shí)際授課帶來(lái)困難。根據(jù)幾年的教學(xué)實(shí)踐可以看出，目前“測(cè)控電路”課程教學(xué)主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：由于我國(guó)目前的教育體制還普遍采用應(yīng)試教育方式，多數(shù)學(xué)生只適應(yīng)初等教育期間掌握的數(shù)理化學(xué)習(xí)模式，對(duì)大學(xué)初期開(kāi)設(shè)的電類(lèi)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的特點(diǎn)不熟悉，基礎(chǔ)掌握不牢靠，再加上學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)普遍不強(qiáng)，因而不能盡快適應(yīng)和較好掌握“測(cè)控電路”這門(mén)課程的學(xué)習(xí)模式；現(xiàn)有的教材理論性過(guò)強(qiáng)，不易理解，有些內(nèi)容也過(guò)于陳舊，不能緊跟測(cè)控電路的發(fā)展；理論教學(xué)內(nèi)容偏多，導(dǎo)致實(shí)踐與理論教學(xué)脫節(jié)，學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力得不到應(yīng)有的鍛煉。

二、“測(cè)控電路”教學(xué)內(nèi)容改革與探索

針對(duì)“測(cè)控電路”課程的教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題，結(jié)合中國(guó)石油大學(xué)的實(shí)際辦學(xué)特點(diǎn)，在重點(diǎn)課程建設(shè)類(lèi)教學(xué)改革項(xiàng)目的資助下，學(xué)校對(duì)該課程的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法進(jìn)行了必要的改革與探索。

1.理論教學(xué)內(nèi)容改革與探索

（1）精簡(jiǎn)教學(xué)課程，更新教學(xué)內(nèi)容。目前中國(guó)石油大學(xué)本科生“測(cè)控電路”課程教學(xué)所采用的教材是天津大學(xué)精儀學(xué)院張國(guó)雄教授主編的《測(cè)控電路》。該教材在內(nèi)容設(shè)置上非常豐富，面面俱到，有些內(nèi)容在其他課程中偶有介紹，因此若直接按照該教材內(nèi)容安排講授的話(huà)，可能會(huì)出現(xiàn)一定程度的重復(fù)。例如，“信號(hào)運(yùn)算電路”和“模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路”分別在“模擬電子技術(shù)”和“微機(jī)原理”課程教學(xué)中被詳細(xì)講授過(guò)。這就要求“測(cè)控電路”授課教師在授課準(zhǔn)備過(guò)程中應(yīng)該詳細(xì)了解所授課專(zhuān)業(yè)班級(jí)開(kāi)設(shè)的其他相關(guān)課程的教學(xué)內(nèi)容，從而對(duì)“測(cè)控電路”教學(xué)內(nèi)容有重點(diǎn)地進(jìn)行篩選，既要保證教學(xué)內(nèi)容豐富，又要確保減少不必要的重復(fù)，進(jìn)而提高課堂的教學(xué)效率。

教師在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)學(xué)生對(duì)本專(zhuān)業(yè)知識(shí)點(diǎn)和重復(fù)內(nèi)容的掌握狀況及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)去除較偏較難的知識(shí)點(diǎn)和陳舊內(nèi)容，加入最新測(cè)控電路的發(fā)展趨勢(shì)及工程實(shí)例。

（2）建立課程構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)多課程融合。一門(mén)課程只能體現(xiàn)出一個(gè)工程項(xiàng)目的小部分知識(shí)點(diǎn)，如果各門(mén)課程間沒(méi)有協(xié)作，那么就很難完成一個(gè)實(shí)際的工程項(xiàng)目。因此，孤立學(xué)習(xí)“測(cè)控電路”這門(mén)課程是難以充分理解該課程的主要知識(shí)點(diǎn)并將其活學(xué)活用于實(shí)踐當(dāng)中的。

“測(cè)控電路”只是測(cè)控系統(tǒng)中的電路部分，完整的測(cè)控系統(tǒng)還包括傳感器單元與執(zhí)行機(jī)構(gòu)。所以在授課時(shí)，讓學(xué)生通過(guò)了解測(cè)控系統(tǒng)建立起課程構(gòu)架，才能為理解與實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（3）引入產(chǎn)品實(shí)例，理論指導(dǎo)實(shí)踐。授課初期，可以引用一些多課程融合的工程實(shí)例進(jìn)行教學(xué)。通過(guò)介紹其構(gòu)成、設(shè)計(jì)以及與測(cè)控電路之間的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生在熟悉課程體系的基礎(chǔ)上，從全局的角度學(xué)習(xí)局部的知識(shí)，相信無(wú)論是實(shí)踐能力還是創(chuàng)新能力都會(huì)得到大幅度的提高。在介紹測(cè)控電路基礎(chǔ)上，加入近年來(lái)新興集成芯片與模塊的運(yùn)用。將新技術(shù)融入原有教學(xué)內(nèi)容中，以便拓展學(xué)生的視野和思維。此外，還可在教學(xué)過(guò)程中提出探討內(nèi)容，給學(xué)生一些相關(guān)的產(chǎn)品實(shí)例，讓學(xué)生自行分析，或者讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論設(shè)計(jì)出產(chǎn)品實(shí)例。通過(guò)這些方式，使學(xué)生更好地運(yùn)用理論指導(dǎo)實(shí)踐。

（4）轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，優(yōu)化課堂教學(xué)。“測(cè)控電路”課程包括基本電路理論和模擬、數(shù)字電路基礎(chǔ)部分，它不僅僅是電子技術(shù)課程理論基礎(chǔ)的深化與提高，更重要的是教會(huì)學(xué)生在實(shí)際測(cè)量與控制應(yīng)用中更加熟練地運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題。為了達(dá)到此教學(xué)目的，教師應(yīng)該轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)中經(jīng)常采用的紙上談兵和照本宣科的理論教學(xué)理念，在實(shí)際教學(xué)內(nèi)容中應(yīng)該加強(qiáng)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中經(jīng)常用到的典型測(cè)量與控制電路的功能原理與使用方法等知識(shí)的介紹，同時(shí)注重啟發(fā)學(xué)生如何將各個(gè)單元功能模塊電路按照信號(hào)調(diào)理過(guò)程逐步組合成系統(tǒng)功能模塊電路，提醒學(xué)生在進(jìn)行系統(tǒng)組合時(shí)應(yīng)著重注意的關(guān)鍵問(wèn)題，如各單元模塊間的阻抗匹配等問(wèn)題，逐漸培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成系統(tǒng)分析與全局設(shè)計(jì)理念，為努力培養(yǎng)其成為優(yōu)秀的測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)人才奠定基礎(chǔ)。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革與探索

經(jīng)過(guò)“電子線(xiàn)路”等前續(xù)課程及其相應(yīng)電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)后，相當(dāng)一部分測(cè)控專(zhuān)業(yè)的學(xué)生仍只停留在簡(jiǎn)單掌握書(shū)本理論知識(shí)的水平，這對(duì)學(xué)生以后繼續(xù)深造或畢業(yè)后相關(guān)工作的開(kāi)展是很不利的。因此，在“測(cè)控電路”實(shí)驗(yàn)教學(xué)階段應(yīng)盡可能采用開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，進(jìn)而強(qiáng)化學(xué)生獨(dú)立思維與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提升人才培養(yǎng)層次和學(xué)生的綜合素質(zhì)。

在確保實(shí)驗(yàn)損耗可控的情況下，為了便于學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，逐步培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的能力，可以安排學(xué)生先利用各種軟件進(jìn)行電路分析、設(shè)計(jì)和仿真。例如使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)所設(shè)計(jì)電路的實(shí)際功能進(jìn)行模擬調(diào)試。也可讓學(xué)生采用Protel、Proteus等軟件，并將測(cè)控電路所學(xué)知識(shí)與傳感器、單片機(jī)等課程內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，由此模擬設(shè)計(jì)出更為完整和實(shí)用的測(cè)控系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，采用與“測(cè)控電路”課程配套的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如SET-CK型測(cè)控電路試驗(yàn)箱等，由學(xué)生自己按照仿真設(shè)計(jì)電路參數(shù)指標(biāo)要求，選用合適器件實(shí)際搭建并調(diào)試所設(shè)計(jì)的測(cè)控電路系統(tǒng)。通過(guò)強(qiáng)化訓(xùn)練，使學(xué)生逐步養(yǎng)成綜合運(yùn)用書(shū)本知識(shí)和仿真技能對(duì)電路設(shè)計(jì)與調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行合理的分析與推理，逐步縮小出錯(cuò)范圍，并最終排除異常現(xiàn)象，進(jìn)而使學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力得到全面提升。

“測(cè)控電路”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可在實(shí)驗(yàn)方式、實(shí)驗(yàn)時(shí)間和空間等方面為學(xué)生提供一定的選擇。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可多樣化，讓學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)題目，并根據(jù)學(xué)生的理解能力靈活掌控實(shí)驗(yàn)進(jìn)度。對(duì)于綜合性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可自行分組合作完成題目，以此提高學(xué)生的溝通協(xié)作能力。實(shí)驗(yàn)室也可根據(jù)具體情況對(duì)學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)開(kāi)放，學(xué)生可以自行安排時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面，可以開(kāi)設(shè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)改變某些電路元件參數(shù)，引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)字電壓表或示波器等觀察并分析電路系統(tǒng)中因該電路參數(shù)改變而引起的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處參數(shù)示值及波形的變化，使學(xué)生直觀地感覺(jué)并理解該元件在電路系統(tǒng)中的具體作用，并學(xué)會(huì)通過(guò)觀察輸出效果來(lái)優(yōu)化元件參數(shù)的具體方法；在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，可以給學(xué)生布置一些具有實(shí)用價(jià)值的實(shí)驗(yàn)題目。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要提醒學(xué)生注重對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差的分析，逐步找出電路系統(tǒng)出現(xiàn)誤差的原因，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生修改電路設(shè)計(jì)以盡可能地減少實(shí)驗(yàn)誤差。在工程實(shí)例中誤差一直是影響測(cè)量與應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題，因此在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中注重培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差的觀察與分析習(xí)慣。

實(shí)驗(yàn)考核時(shí)，應(yīng)注重對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的評(píng)價(jià)，鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新性思維。考核方式應(yīng)有利于促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)和實(shí)踐的主動(dòng)性與積極性，有利于促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，并能有效地鑒別與區(qū)分學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)掌握程度的差異性。教師不應(yīng)以實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有無(wú)或成果的多寡作為評(píng)判實(shí)驗(yàn)成敗的唯一依據(jù)，對(duì)那些有創(chuàng)意、實(shí)驗(yàn)思路明確、操作過(guò)程無(wú)誤的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，即使未達(dá)到理想結(jié)果，只要對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析評(píng)價(jià)準(zhǔn)確，也應(yīng)給出客觀公正的評(píng)判。

三、“測(cè)控電路”教學(xué)方法改革與探索

1.豐富教學(xué)形式，啟發(fā)學(xué)生思考

通過(guò)安排自學(xué)內(nèi)容、課程討論等方式達(dá)到課堂授課形式的多樣化。要求學(xué)生在課下根據(jù)教師給出的問(wèn)題搜集資料，在課堂上積極發(fā)言討論，同學(xué)和老師對(duì)其觀點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)指正。討論主題可以是常用測(cè)控電路單元，也可以是整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)。通過(guò)討論達(dá)到擴(kuò)展學(xué)生知識(shí)面、調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題的能力和提高學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。

2.注重歸納總結(jié)，培養(yǎng)良好習(xí)慣

不同層次學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)掌握程度有所不同，因此授課前教師應(yīng)注意提醒學(xué)生將授課所涉及的知識(shí)提前復(fù)習(xí)，授課時(shí)視具體情況適當(dāng)抽查學(xué)生對(duì)上一節(jié)所學(xué)內(nèi)容的掌握程度，對(duì)本節(jié)課程所需基礎(chǔ)知識(shí)的復(fù)習(xí)情況等。根據(jù)學(xué)生反饋的具體情況，教師應(yīng)有目的地對(duì)學(xué)生掌握較差的知識(shí)點(diǎn)側(cè)重講解，每節(jié)課結(jié)束時(shí)歸納總結(jié)所講內(nèi)容。通過(guò)有意識(shí)的引導(dǎo)，使學(xué)生逐漸養(yǎng)成對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行歸納總結(jié)的習(xí)慣，逐步形成知識(shí)框架化凝練提升的能力。啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考、善于提出問(wèn)題，帶著問(wèn)題去聽(tīng)講。這樣，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，還有效地培養(yǎng)了學(xué)生良好的學(xué)習(xí)、思考、歸納、總結(jié)習(xí)慣。

3.適度安排競(jìng)賽，提升學(xué)習(xí)興趣

為了促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，應(yīng)當(dāng)適度安排學(xué)生參加相關(guān)的知識(shí)競(jìng)賽，如電子競(jìng)賽、機(jī)器人大賽等，只要和測(cè)控專(zhuān)業(yè)知識(shí)相關(guān)的競(jìng)賽都要鼓勵(lì)學(xué)生積極參與。這不僅可以鍛煉學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，還可以有效拓展學(xué)生的知識(shí)面，進(jìn)一步構(gòu)建學(xué)生的知識(shí)框架。教師也可自行組織相關(guān)的競(jìng)賽，爭(zhēng)取每一個(gè)學(xué)生都能參與，獲獎(jiǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)作品可以作為實(shí)例用于課堂教學(xué)中。

4.學(xué)生參與評(píng)教，把握教學(xué)方向

教師講解完每個(gè)章節(jié)后可以通過(guò)師生交流了解教學(xué)中存在的問(wèn)題，例如板書(shū)是否適量、講解速度是否合適、講解內(nèi)容是否準(zhǔn)確、知識(shí)點(diǎn)是否突出等。教師根據(jù)學(xué)生反饋的問(wèn)題及時(shí)調(diào)整授課方案，通過(guò)師生間的良性互動(dòng)可及時(shí)準(zhǔn)確地把握教學(xué)方向，進(jìn)而提升教學(xué)質(zhì)量。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，測(cè)控技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)和高科技產(chǎn)業(yè)中的一項(xiàng)必不可少的技術(shù)。“測(cè)控電路”是測(cè)控技術(shù)及儀器專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)課程之一，在培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)且創(chuàng)新能力強(qiáng)的專(zhuān)門(mén)測(cè)控技術(shù)人才方面占有非常重要的位置。在“測(cè)控電路”課程的教學(xué)中，教師始終把學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程。通過(guò)以上幾方面的改革和探索，獲得了一些行之有效的教學(xué)方法和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)效果都有了很大程度的提高。將在此基礎(chǔ)上繼續(xù)深化改革，不斷完善與提高，使之更加適用于現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)教學(xué)和人才培養(yǎng)的需要。

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