《電子測量》課程實驗教學(xué)的改革與探討

摘要：針對原有實驗教學(xué)存在的問題，提出了《電子測量》實驗教學(xué)改革的具體思路，并對開設(shè)的設(shè)計性實驗做出詳盡的介紹。開展設(shè)計性實驗有利于培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，鞏固和加深學(xué)生對理論知識的掌握與理解，教學(xué)效果良好。

關(guān)鍵詞：電子測量；實驗教學(xué)改革；設(shè)計性實驗

《電子測量》是一門知識面很廣，理論性、實踐性都很強(qiáng)的課程，電子測量技術(shù)又是一門綜合性技術(shù)。開設(shè)該課程的目的是讓學(xué)生掌握電子測量與智能儀器的基本概念、基本方法和基本操作技能，將所學(xué)的知識應(yīng)用于電子測量技術(shù)各個領(lǐng)域，提高分析、歸納、觀察和推理能力，培養(yǎng)嚴(yán)格的科學(xué)態(tài)度和工作方法，為今后長期從事科技工作打下良好的基礎(chǔ)。而要實現(xiàn)這些目標(biāo)，就要做好該課程的實驗教學(xué)。由于傳統(tǒng)的實驗教學(xué)忽視了學(xué)生分析和解決問題能力的培養(yǎng)，極大地限制了學(xué)生積極性和創(chuàng)造性的發(fā)揮，不利于綜合型全面發(fā)展人才的培養(yǎng)。為彌補(bǔ)傳統(tǒng)實驗教學(xué)存在的不足，更好地培養(yǎng)學(xué)生的基本操作技能、知識綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，我們在《電子測量》課程實驗教學(xué)中開設(shè)了設(shè)計性實驗。實踐表明，開展設(shè)計性實驗有利于培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，鞏固和加深學(xué)生對理論知識的掌握與理解。

《電子測量》實驗教學(xué)改革的具體思路

改單一驗證性實驗為驗證性實驗與設(shè)計性實驗相結(jié)合由于《電子測量》課程需要培養(yǎng)學(xué)生利用示波器、信號發(fā)生器、電壓表等基本儀器進(jìn)行信號分析處理的能力，因此有必要開設(shè)少量有關(guān)儀器使用的驗證性實驗，其余大部分時間開展設(shè)計性實驗。在設(shè)計的電路調(diào)試中又可以進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的儀器運用能力，這不但會消除學(xué)生的厭倦情緒，而且也能增加實驗的綜合性，使電類各課程有機(jī)結(jié)合，提高學(xué)生的實踐能力和解決問題的能力。

實施實驗學(xué)分制《電子測量》實驗實行學(xué)分制。在評價學(xué)生設(shè)計性實驗時，綜合評價學(xué)生分析問題和解決問題的能力，而不局限于實驗結(jié)果和實驗報告的書寫。

撰寫《電子測量》設(shè)計性實驗任務(wù)書，安排時間開展設(shè)計性實驗為適應(yīng)實驗課程改革的需要，實驗任務(wù)書只指出設(shè)計任務(wù)、實驗簡單原理和注意事項。任務(wù)書下達(dá)后學(xué)生根據(jù)電子測量技術(shù)和有關(guān)課程的知識自主完成設(shè)計方案。再在教師指導(dǎo)下確定并列出元器件清單。最后購買元器件后進(jìn)行實驗。實驗時間為一周。在實驗過程中，學(xué)生獨立調(diào)試，并分析總結(jié)實驗中出現(xiàn)的問題，給出相關(guān)結(jié)論，完成設(shè)計報告。采用這種方式既有利于充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，又有利于提高學(xué)生分析、解決問題的能力和創(chuàng)新能力。

《電子測量》設(shè)計性實驗的內(nèi)容

實驗教學(xué)內(nèi)容的改革是實驗教學(xué)改革的突破口。為了培養(yǎng)合格的工程人才，我們在設(shè)計性實驗教學(xué)內(nèi)容中突出對學(xué)生實踐能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

基本技能訓(xùn)練部分訓(xùn)練學(xué)生的基本設(shè)計技能和對儀器儀表的認(rèn)識使用，其中包括對PROTEL、EWB等計算機(jī)輔助設(shè)計和仿真軟件的熟練使用、印刷電路板的制作、電子工藝訓(xùn)練、資料檢索和分析能力等。通過基本技能訓(xùn)練，要求學(xué)生能熟練掌握電子設(shè)計產(chǎn)品開發(fā)制作的流程，學(xué)會運用EWB進(jìn)行系統(tǒng)仿真和掌握利用測量儀器調(diào)試簡單系統(tǒng)與故障診斷的一般方法。

設(shè)計性實驗部分這里結(jié)合一個例子來具體說明設(shè)計性實驗部分的內(nèi)容。電壓測量是《電子測量》的重要內(nèi)容，現(xiàn)以設(shè)計一直流數(shù)字電壓表為例加以說明。給定的任務(wù)為“設(shè)計一數(shù)字電壓表”。數(shù)字電壓表必須滿足如下指標(biāo)：電壓測量范圍0～10V、電壓表分辨率為0.01%、電壓測量精度為±1%。學(xué)生接受任務(wù)后必須經(jīng)歷如下幾個過程才能完成設(shè)計任務(wù)：（1）查閱資料，考慮可能的方案，學(xué)生獨立進(jìn)行論證，寫出分析報告，在教師指導(dǎo)下確定最終方案。由于電壓測量方法多，可以開闊學(xué)生的視野，打破傳統(tǒng)實驗的束縛，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。為了敘述方便，文中以采用測頻法測壓的原理為例。（2）選定方案如圖1所示。從框圖可以看出，該設(shè)計就是V-f轉(zhuǎn)換電路和頻率計的組合。要完成任務(wù)，學(xué)生一方面必須找到一塊合適的壓頻轉(zhuǎn)換芯片，了解工作原理，這樣就能進(jìn)一步擴(kuò)展知識面；另一方面需掌握測量頻率的原理，設(shè)計出一個頻率計，這樣比單純用頻率計測量頻率的實驗效果要好得多。在此方案的實施過程中會出現(xiàn)很多問題，例如，V-f轉(zhuǎn)換芯片有輸入電壓的限制，可能會與被測電壓要求不符。V-f轉(zhuǎn)換公式為fout=Vin*Rs/（2.09*Rl*Rt*Ct），如何選擇參數(shù)使電壓與頻率滿足10n的關(guān)系，以便通過小數(shù)點移位來改變量程；改變參數(shù)值會對壓頻轉(zhuǎn)換芯片輸出有何影響等。這些問題都可以訓(xùn)練學(xué)生的思維，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。（3）學(xué)生必須掌握數(shù)字顯示的原理。他們得去查閱譯碼鎖存芯片、數(shù)碼管或液晶的資料和使用方法。若采用數(shù)碼管顯示還需根據(jù)電路原理選擇共陰或共陽以及相應(yīng)的驅(qū)動電路。通過這一過程可使學(xué)生掌握一些常用器件的資料和原理，構(gòu)成知識的儲備，為以后的設(shè)計工作打下堅實的基礎(chǔ)。（4）在調(diào)試過程中還會碰到一些實際問題，如顯示結(jié)果不正確等。學(xué)生必須根據(jù)原理獨立分析原因，以鍛煉分析解決問題的能力。（5）最后要求學(xué)生進(jìn)行誤差分析，計算測量精度，提出進(jìn)一步提高精度的措施。教師還可以在此設(shè)計基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展，對學(xué)生提出新的挑戰(zhàn)，激起學(xué)生進(jìn)行深入研究的欲望，要求他們把此次設(shè)計的優(yōu)點和不足寫入設(shè)計報告，對不足部分提出改進(jìn)方法。通過書寫設(shè)計報告，學(xué)生不但可以進(jìn)一步深刻領(lǐng)會設(shè)計原理，體會學(xué)以致用的愉悅，消除《電子測量》枯燥無味的想法，而且可以學(xué)會設(shè)計報告的書寫規(guī)范，為以后的科研打下基礎(chǔ)。

開展設(shè)計性實驗的意義

設(shè)計性實驗比傳統(tǒng)實驗?zāi)芨玫貫閷W(xué)生提供幫助，使實驗達(dá)到更好的效果，主要表現(xiàn)在以下兩方面：

有效地調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力通過開展設(shè)計性實驗，可以把《電子測量》理論課程中分析到的測量原理轉(zhuǎn)化成具體的電路。在整個實驗過程中，學(xué)生獨立設(shè)計方案，確定實施方法與手段；對實驗過程中遇到的問題進(jìn)行多方位思考并借助于測試儀器認(rèn)真地分析，教師僅在適當(dāng)?shù)臅r候加以啟發(fā)引導(dǎo)。在參與實驗的過程中，一切都由學(xué)生獨立思考和動手，自己尋求正確答案，真正成為實驗的主體，從而提高了學(xué)生的實驗興趣，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力從實驗的設(shè)計、實現(xiàn)、故障分析到故障排除和得到滿意實驗結(jié)果一系列的過程，每一步都需要學(xué)生積極的思考，這非常有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力。與傳統(tǒng)實驗相比，設(shè)計性實驗使理論和實踐的結(jié)合更加緊密。通過實驗的系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試，學(xué)生在很大程度上加深了對相關(guān)知識的理解和掌握，他們普遍認(rèn)為設(shè)計性實驗可以自主獲取知識，對開闊思維、增強(qiáng)創(chuàng)新意識、鍛煉獨立工作能力大有益處。

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作者簡介：

戴小波（1976—），浙江師范大學(xué)在職研究生，研究方向為電子技術(shù)。