著眼工程素養培養 改革電子測量技術課程教學

黃紀軍 查淞 李高升

摘要：電子測量技術課程是一門培養學生實踐能力的專門課程，是培養電子信息類學生工程素養的重要課程。本文從工程素養培養角度，分析了電子測量在工程素養培養中的作用，并從需求牽引和技術引領角度更新電子測量課程內容，包括增加信號域、隨機域、網絡參數域測量內容，以及虛擬測量和自動測量等技術。此外，本文提出了以項目教學為主要手段，加強實驗教學設計改革的方法。

關鍵詞：工程素養；電子測量技術；教學改革

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）43-0120-02

電子測量技術課程是一門培養學生實踐能力的專門課程，是培養電子信息類學生工程素養的重要課程。隨著電子信息技術的發展，學生工程素養培養對電子測量內容提出了新的要求，電子測量內容從原來的時域、頻域，發展到信號域、隨機域，改變了傳統的測量觀念、拓展了電子測量內容；另一方面，由于計算機技術、網絡技術和虛擬統技術的迅猛發展，使電子測量技術和手段有了質的飛躍，因此電子測量技術課程的教學內容、教學方法也應做相應的改革，保證學生工程素養培養的與時俱進。

一、電子測量在工程素養培養中的作用

1.電子測量能力是工程素養的重要方面。工程素養是指面向工程實踐活動時所具備的潛能和適應性。工程素養包括思維的敏捷性、發現問題與正確判斷能力、理論知識與實踐知識融會貫通能力，以及把構思變為現實的能力。因此良好的工程素養必須建立在廣博的知識、探索性思維和扎實的工程實踐能力基礎上。

2.電子測量過程是深化理解電子信息技術的過程。電子測量過程是利用電子信息技術手段獲取電參量的過程，本質就是信息獲取的過程。在講授電子測量技術時，能加深學生對電子信息技術的理解。以頻譜測量為例，在講述頻域分析的原理與特點時，可加深對信號分析與傅里葉變換的理解，加深信號時頻域對應關系、確定信號與隨機信號、周期信號與非周期信號、連續時間信號與離散時間信號、及其變換對應關系的理解，加深頻率、頻率穩定度、信號帶寬、調制、信號非線性、相位噪聲等概念的理解，使原來這些概念物化，鞏固學生的電子信息知識。

3.電子測量技術是電子信息技術的集成應用。電子測量技術的本質是信息獲取技術，它包含了信息獲取、傳輸、變換、處理全流程。電子測量的實現本質就是電子信息技術的集成應用，同樣以頻譜測量為例，目前頻譜測量技術的實現，就是外差接收機的典型應用，前述射頻電子線路課程一般都只講述外差接收機的原理和特點，在講授頻譜測量時，可將外差接收機的噪聲系數、靈敏度、射頻帶寬的考慮，中頻頻點的設計，中頻帶寬設計，變頻方案設計，數據采集采樣率與AD位數設計都分析的十分透徹。

二、以培養需求和技術發展為牽引，改革教學內容

隨著電子信息技術的飛速發展，電子測量內容得到了拓展，技術手段得到了提升，社會對學生此方面的工程素養要求發生了較大變化。由于種種條件限制，現電子測量課程教學還未得到改革和完善，主要體現在以下幾個方面。一是現電子測量的內容還只包括時域、頻域和數據域的測量。現電子測量內容，一般都只包括測量信號發生器（主要是函數發生器），電子計數器和時間、頻率、相位測量，三用表和元器件參數阻抗和電壓測量，示波器和波形測量，邏輯分析儀與數據測量等，而對于現代電子測量的最新技術，如頻譜分析、網絡分析、噪聲分析、自動測試系統等涉及較少或沒有涉及。二是現測量手段和技術基本還是以三用表和示波器為核心。三用表、示波器是電子測量的基礎性儀器和手段，但學生在以前電子電路的課程實驗中已反復運用，而近年出現的微波信號源、矢量信號源、頻譜分析儀、網絡分析儀、數字示波器、噪聲系數分析儀等現代電子測量技術手段在現實生活中已廣泛應用，但電子測量課程中涉及較少。三是現課程實驗基本以演示性、驗證性實驗為主。電子測量是一門工程性和實踐性十分強的課程，每個學生必須要運用測量儀器完成相應測試任務，但由于實驗條件限制，學生課程實驗基本以演示性、驗證性實驗為主。

1.增加信號域、隨機域、網絡參數等測量內容。在原有時域、頻域等測量內容的基礎上，適當壓縮元器件參數、電壓測量等內容，增加信號域、隨機域、網絡參數等現代測量內容，主要包括以下方面：測量信號產生方面，壓縮函數發生器內容，增加直接數字頻率合成技術與任意波形發生器、微波信號源、矢量信號源等內容。在波形測量方面，壓縮模擬示波器內容，大幅增加數字存儲示波器內容。在時間頻率測量方面，增加微波頻率計內容。在頻譜測量與信號分析方面，增加頻譜分析、矢量信號分析、信號頻譜分析、非線性特性分析等內容。

2.增加虛擬測量和自動測量技術。在現代科技、生產等領域，特別是軍事應用領域，對電子測量技術和設備提出了越來越高的要求，測試項目、范圍不斷擴展，對測試速度、效率、精度、可靠性、測試數據的可交換性，測試系統的智能化、自動化的要求與日俱增，尤其當測試任務復雜、工作量大，以及測試現場人員難以進入的情況下，要求能夠實現自動測試。例如導彈控制系統的測試、生產線上產品參數的測試，都需要不同功能的多臺測試儀器在較短的時間內完成測量。

3.教學內容安排按測量參數域分類，結合測量技術講授。增加后的電子測量技術課程，內容較多，為增加課程的系統性，必須按一定的分類進行講授。其中，按測量參數的分類是比較利于講授的方法，這樣可以從測量信號產生、時域測量、頻域測量、數據域測量、隨機域測量和自動測試技術等方面成體系地進行講授。

三、以項目教學為主要手段，改革教學與考核方法

1.以項目教學為主要手段，組織教學內容。電子測量實踐性強，實際電子測量儀器產品就是電子測量技術實現的典型案例。開展案例教學，可以更清晰地告訴學生電子測量技術的細節，提升學生的學習興趣，另一方面，像Agilent、中電41所等的電子測量儀器的原理、技術性能、測量案例等都能通過其網站獲得，但應注意不能將電子測量技術講成電子測量儀器原理。此外，在實際科研中，有許多測量項目也可運用于教學，開展項目教學。例如在講授頻域測量時，以雷達硬件性能為測量項目，從雷達發射機、接收機等設備研制中，開展測量源的頻率、頻率穩定度、相位噪聲、頻譜、調制、1dB壓縮點、交調、互調、接收機選擇性、瞬時帶寬、動態范圍等頻域參數的測量，通過解決實際工程問題來提升學生的能力和興趣，更好培養學生的工程素養。

2.以實際系統為實驗對象，加強實驗教學設計。電子測量技術課程本質上就是要培養學生運用電子測量儀器解決電參數性能測試的能力，因此，電子測量課程實驗，相對于其他課程更具重要性。課程實驗要培養學生熟練運用典型電子測量儀器的能力，更要培養學生運用現有儀器，解決實際電參數測量的能力，即創新地運用電子測量技術的能力。這就要求精心設置實驗內容，多開設設計性、創新性實驗。

四、結論

電子測量技能是任何一個涉及電子信息技術硬件學生的必備技能，電子測量技術課程是一門培養學生實踐動手能力的專門課程，電子測量能力是電子信息類學生工程素養的重要組成部分。當前，電子測量課程內容偏陳舊，需要增加信號域、隨機域、網絡參數域，以及虛擬測量和自動測試技術等現代電子測量內容，并按測量參數域進行分類講授。同時在教學過程中開展以項目教學為主要手段、圍繞實際系統開展實驗教學設計等方面的改革，達到培養電子信息類學生良好工程素養的目的。

參考文獻：

[1]國防科技大學訓練部.國防科技大學本科學員培養方案[M].國防科技大學出版社，2012.

[2]國防科技大學訓練部.《電子測量技術》課程標準[M].國防科技大學出版社，2012.

Abstract：Curriculum of electronic measurement technology，which aims at practical ability training，is one of the most important courses of engineering literacy training for electronic information students.In this paper，the effects of electronic measurement in engineering literacy training are analyzed，and then the course content is updated by including measurement techniques in signal domain，random field and network parameter domain，together with virtual measurement technique and automatic measurement technology.Moreover，in order to strengthen the experiment teaching content and the reform of teaching method，project teaching and case teaching are studied and introduced.

Key words：engineering literacy training；electronic measurement technology；educational reform