《測控電路》教學改革與實踐

邱雄邇++李輝++劉新波

摘 要： 本文針對應用型本科院校普遍存在的學生理論認知較差，實踐能力薄弱，自主性學習能力不強的問題，結合《測控電路》課程的教學特點，通過對教學內容與教學方法兩方面的教學改革進行了探討，取得了很好的教學效果，提高了課程教學質量，提升了學生的專業技能。

關鍵詞： 《測控電路》 教學方法 教學實踐

1.《測控電路》課程的性質

《測控電路》是高等院校測控技術與儀器專業本科生必修專業基礎課程。它是測控系統中的基礎知識，測控系統把被測對象的各種非電量通過傳感技術轉換為相應的電參量，信號經測控電路進行信號放大、隔離、濾波、調制解調等調理過程與信號轉換處理后成為微機或執行機構可以接收的信號，滿足測量與控制信號的精度需求，達到控制生產的目的。測控電路重點是如何在電子技術與測量、控制之間架起一座橋梁，實現二者之間語言的翻譯與溝通，學會如何在測量和控制中運用電子技術，如何與光、機、計算機緊密配合，實現測控的總體思想，圍繞精、快、靈和測控任務的其他要求選用電路、設計電路。測控電路在整個測控系統中起到中流砥柱的作用。因此，對于應用型本科院校測控技術與儀器類本科生來說，各種電子元器件的內部結構和工作原理在《模擬電子技術》已經學習了，《測控電路》則是要求學生學會構建實際的電路，尤其是測控系統中的實用硬件電路，并且必須學會如何解決實際應用中已經出現或可能出現的問題，從而為走上工作崗位和繼續深造奠定良好的測控電路分析與設計基礎。

在測控技術領域，《測控電路》課程教學受到普遍重視。我校電氣測控類專業于2005年起開設的本課程作為本科三年級學生的專業必修課程。

2.《測控電路》課程的教學現狀

《測控電路》本身的專業性強，需要《電路》、《模擬電子技術》、《數字電子技術》、《微機原理與接口技術》等前序課程作支撐，內容繁多而復雜。部分地方本科院校將“測控技術及儀器”專業放在能源與機械學院，以致大部分學生認識不到前序基礎課程的重要性。由于地方本科院校的學生基礎知識較薄弱，自主學習性較弱，因此要盡快適應與較好掌握《測控電路》這門課程的學習模式非常困難；目前應用的幾本教材均有理論性強，學生理解困難，有些知識略顯陳舊，跟不上現代測控電路的變化發展；教學內容中理論居多，實踐環節偏少，直接導致理論與實踐脫節，學生的動手操作能力缺乏應有的鍛煉。因此，學好這門課程需付出更大更多的努力。

課時與內容的矛盾比較突出。我校測控技術與儀器專業開設該課程學時較少的40課時。《測控電路》涉及信號測量與處理的內容非常繁多，如何在測量和控制中運用電氣電子技術，圍繞精、快、靈和測控任務的其他要求選用電路、設計電路。合理劃分測控電路各個功能塊的任務，確定如何相互配合，并且這些內容之間相互聯系。如何充分利用較少課時講授好這些內容，無疑給測控電路課程教學帶來挑戰。

3.《測控電路》教學環節的改革與實踐

雖然測控技術與儀器專業開設《測控電路》存在諸多困難與挑戰。但是通過多年的努力，結合我校的辦學特點進行教學方法改革和實踐革新，并取得了較好的教學效果。

（1）更新教學內容，保持課程的先進性。

實際上國外電路系列課程教學有兩類；一類以俄羅斯為代表的注重課程體系的系統性和授課內容的完整性，強調理論和分析方法；另一類則以歐美國家為代表強調抽象方法的應用及新方法、新技術的應用。我國由于歷史原因，大部分電路課程教學內容和教材傾向于第一類。目前我校本科生《測控電路》課程教學采用的教材是天津大學張國雄教授主編的。該教材在內容豐富，面面俱到，和前序課程在內容上有重復現象，如第五章的信號運算電路是《模擬電子技術》中的重點，第六章的信號轉換電路在《微機原理與接口技術》課程中應詳細講授。因此，在教學過程中，教師根據學生對本專業知識點和重復內容的掌握狀況及時篩選并精簡內容，剔除偏難的內容和過時的陳舊知識點，加入最新測控電路的發展及工程應用實例。在介紹最新測控電路的同時增加近五年來國際上新興集成芯片與功能模塊的運用，將測控新技術、新方法融入原有教學內容中，緊密聯系飛速發展的電子技術，保持課程的先進性。

（2）重視基礎知識，轉換思路，優化教學。

重視基礎知識需強調測控電路在測控系統中舉足輕重的作用。一個完整的測控系統主要由傳感器、測控控制電路（簡稱測控電路）和執行機構三部分組成，測控電路要對傳感器輸出信號進行放大、隔離、濾波、調制與解調、運算和轉換等一系列處理。所以測控電路這門課程基礎知識包括信號的放大技術、調制與解調技術、信號的分離技術、信號與噪聲的分離技術、信號運算和轉換等。在課堂教學中，教師應做到因材施教，考慮不同層次的學生對基礎知識掌握情況的差異將講課內容按照側重點不同分為講授課和復習課兩種，《測控電路》很多章節內容需要用到前序課程知識點，在講課之前教師應提前復習授課將涉及的知識點或者要求學生課前復習相關知識，比如在第六章信號轉換電路授課之前，需復習的重要概念如導通電阻、截至電阻、延遲時間、共模增益、差模增益、捕捉時間、孔徑時間、共模抑制比、分辨率、虛短、虛斷、精度、建立時間等，有助于提高學生理解講解過程的能力。

優化課堂教學，建立課程構架，實現多課程融合。目前電路理論和電子技術課程一般路徑是從“基本單元電路分析”到“模擬式電路”再到“數字式電路”的次序進行，形成的是相對封閉、獨立且完整的知識體系，各知識點之間的銜接和聯系比較松散，所采用的體系理論與設計、分析方法在風格上迥然不同。一個實際的工程項目通常需要各門課程間相互協作才能完成，而一門課程只能體現出一個工程項目的小部分知識點。“測控電路”只是測控系統中的最靈活的電路部分，一個完整的測控系統還包括傳感器與執行機構。授課時，讓學生通過了解測控系統建立課程構架。《測控電路》覆蓋了電路、模擬電子技術、數字電子技術的大部分內容，是對其內容的升華和應用。學生掌握如何在電子技術與測量、控制之間架起一座橋梁，實現二者之間語言的翻譯與溝通，學會如何在測量與控制中運用電子技術。教師突出對實際應用案例的討論，通過典型應用案例的分析，讓學生掌握基本的設計思想和應用典型硬件電路的方法，將理論知識與實踐應用有效結合起來，使學生熟悉怎樣運用電子技術解決測量與控制中提出的任務，從而優化課程教學。

（3）多媒體輔以微課教學。

根據本課程的特點，在教學過程中我們采用板書和多媒體教學相結合的授課方式，且以板書為主，多媒體為輔。一些基本原理和基本方法的推導和證明，仍然采用課堂板書的授課方式，這種授課方式易控、靈活、互動性強，學生可以跟隨教師的思路領會課堂知識；而對于一些需要形象理解、圖示舉例及動畫演示的內容，則可采用多媒體教學方式，充分利用動畫、視頻、聲音、圖像等多種形式進行互動教學。

在多媒體教學的基礎上，我們根據課程知識點制作微課課件放在學校網站上供學生下載學習，提高學生的學習興趣，使學生牢固掌握知識點。

（4）注重實踐環節。

實踐教學是《測控電路》教學內容中非常重要的一環。通過實踐環節，一方面，學生在操作實踐項目時可以了解各種類常用電子元器件的工作性能、工作狀態，掌握實際測控系統中常用電子儀器儀表和各類測量工具的使用，通過典型電路的使用，學會改變其中的典型參數或者關鍵參量，牢固掌握各種典型電路的性能特點；可以獨立完成簡單測控電路的設計，或者通過protel等相關設計仿真軟件進行設計、仿真達到設計精度要求，學生自主學習能力得到提高，創新設計能力得到有效培養。另一方面，理論與生產實踐相結合，理論知識水平在實踐中更進一步提升，同時可以更好地實踐，做到學有所用。這樣既可以進一步深化學生對書本知識的理解和掌握，又可以培養學生實際動手操作能力，提高學習理論知識的興趣，增強設計創新意識和設計創新能力。

我校《測控電路》課程實踐教學環節的改革主要在以下方面進行：a.新購浙江天煌公司的測控電路綜合實驗箱16臺，測控技術綜合實驗平臺8臺。硬件與軟件基本配置基本完整，可以覆蓋本課程主要教學內容，可以支持大量且高水平的設計實驗項目。b.設計相應的實驗教學項目，驗證性和綜合性實驗各占一定比例，對驗證性實驗項目的要求，改變電路系統中某些元器件的參量，通過雙蹤示波器或者虛擬示波器觀察其波形的變化情況，讓學生感性認識各種元器件在電路中的作用，以及如何合理選定、確定參數值；對設計性實驗的要求，通常選一部分簡單的且有一定實用價值的設計課題布置給學生，讓學生獨立或者合作完成，由于條件所限，為了減少設計實驗的成本，有時要求學生利用相關仿真軟件將自己的設計在微機上進行仿真調試以達到設計精度等要求。c.通過加強課程設計環節提高學生的動手操作能力，并根據學生興趣、愛好及就業意向，合理安排難度和種類不等同的課程設計課題。在現代測控電路課程設計中，增加PCB板的設計、制作、焊接、調試，同時，學生熟悉了傳感器信號與測控電路信號之間傳輸過程與控制過程，提升了專業技能。

（5）參加競賽，提高興趣，提高能力。

為了提高學習的主動性、積極性，適當安排、鼓勵學習能力強的學生積極參與各類競賽，如兩年一度的全國大學生電子設計大賽、建模競賽、學校舉行的技能比賽等。既鍛煉了學生的動手操作能力，又開闊了眼界、拓寬了知識面，架構了學生的專業知識系統，提高了學生的學習興趣。教師在授課過程中也可組織本班學生的競賽，力爭每一位學生參與活動，學生設計的獲獎作品也可以在課堂教學中作為實例應用，起到榜樣的作用，同時提高學生的專業能力。

（6）網上評教，把準方向。

教師在每個章節內容講授完后都要和學生進行交流、溝通。全面了解教學過程中的問題，譬如板書是否規范、合理，語速是否恰當，授課內容是否精準，重點是否突出，邏輯是否嚴謹等。課后學生通過校園網進行網上評教。教師根據學生反映的問題適時調整方向，改善自己的講課方式，實現師生的間良性互動，及時把準教學方向，進而增強教學效果、提高教學質量。

幾年的教學實踐證明了我們的改革具有一定的成效。教師每次授課后與學生充分交流、溝通，根據學生反映的意見和提出的建議及時調整授課方案；采取不定期或定期集中答疑及一對一答疑相結合的方式，上完課程相關內容、批改完學生作業后有針對性地給學生上習題課，詳細講解發現的典型問題。

4.結語

雖然在電氣系測控技術與儀器專業開設《測控電路》存在諸多問題，但是根據學校特點、專業建設情況并采取恰當的措施進行實踐探索。多年的實踐表明，只要教師在教學過程始終把握方向注重培養學生創新能力，學生的學習興趣和學習效果就一定有大幅度提高。如何將《測控電路》的具體特點與學生的知識結構有機結合，將理論與實踐有機結合，都值得探討、研究和嘗試，教學質量和學生的專業技能在改革和實踐中得到穩步提高。

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資助項目：邵陽學院教改項目（項目編號：2013JG34）