基于“任務驅動”電子測量原理微課教學改革與探索

劉鑫　劉琪芳　李昕濤　郭銳　李子良

摘要：本文主要探討了如何將“任務驅動”教學法應用于微課教學中，重點介紹了該方法在電子測量原理課程中的教學應用及實施過程。根據具體的教學要求，設計相應的微課內容，在教學環節中通過展示具體的項目設計過程，能夠充分調動學生的學習興趣，引導學生逐漸深入對知識點的理解和運用，從而提高教學效率和教學質量。

關鍵詞：任務驅動；微課設計；Labview；課程改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）51-0097-02

一、研究現狀

《電子測量原理》是測控技術與儀器專業乃至電子信息科學與工程類專業學生開設的專業課程，是《模擬電子技術》《數字電子技術》《電路分析》以及《信號與系統》等課程的延伸，是一門具有很強理論性和實踐性的課程。目的是使學生掌握近、現代電子測量的基本理論和儀器儀表的工作原理和使用方法，使學生基本具備在科學實驗中能夠制定先進、合理的測量和測試方案，正確選用測量儀器、科學嚴格地處理數據，以獲得最佳結果的能力[1]。隨著電子儀器類型多樣化，功能復雜化、數據分析方法的多樣化以及傳統課堂授課模式的局限性等因素，導致這門課程知識點多、教學任務重、理論方法與實踐驗證相對脫節、學生學習積極性不高，教學效果不理想[2]。并且目前學生接受和理解理論知識主要通過課堂灌輸以及課后習題、課內實驗等相對單一的環節，使得學生不能真正體會所學知識與實際生產生活相結合的效果，以致使學生逐漸喪失了學習的積極性和主動性。針對上述在教學中存在的問題，根據《電子測量原理》課程特點，以課程中“信號頻譜的測量”這一章節內容為例，通過結合微課教學、項目驅動引導等方法，通過實踐探討該課程的改革思路和實施過程，取得了一定的積極效果。

二、微課的概念及特點

（一）基本概念

微課是針對某個知識點或教學環節設計開發的一種情景化的在線視頻課程，支持多種在線學習方式，內容短小，一般在5—15min內集中說明某一具體問題[3]。由于微課教學所包含的內容短小、具體，即“微小化”，因此，從資源角度看，微課也被稱之為“微課件”或“微課程”。

（二）微課教學設計特點

1.目標明確化。由于微課授課時間短，因此在有限的時間內需要將所講授知識點的重點、難點以及易混淆點通過視頻的形式進行多角度剖析，使學生在盡量短的時間內以最直觀的形式進行學習，并且支持隨時重放。

2.內容具體化。微課是以在線多媒體視頻的形式表現授課內容的教學形式，教學內容應短小、具體，具備“一目了然”的效果。通常一個微課視頻只需要講解一個知識點，做到重、難點突出。教師在課堂進行微課演示的同時，要充分發揮多媒體的教學優勢，對其中的關鍵片段進行講解和梳理，使學生能快速抓住問題的本源。

3.情景多元化。微課短小，但“五臟俱全”且內容豐富。微課不能是隨意截取的教學視頻片段，而是主題獨立、目的明確、內容完整的一件“作品”。與現實的課堂教學相比，微課在授課設計上要求結構更緊密、層次更清晰，更絲絲入扣、更引人入勝。因此，微課應以多元化的方式傳遞給學生，多媒體形式靈活設計，增強學生的視聽感受。

三、基于任務驅動的微課教學設計

由于微課是以視頻教學為主體，重點針對教學過程中的某個知識點，結合多種形式的多媒體技術，將微課視頻上傳至校園網，學生可以根據自身需求，隨時隨地學習。《電子測量原理》課程因其學科的理論性、實踐性和應用性緊密相關，在進行微課教學時要充分發揮任務驅動的優勢，依據應用背景，結合問題情境和實踐情境完成微課教學設計。“任務驅動”的微課教學法需要根據任務的可行性、應用性，將任務設計、實現流程與知識點的教學目標和方法進行有機結合，以短小的多媒體視頻的形式向學生直觀展示講授內容的原理、方法以及應用場景。任務驅動教學法使學生主動構建探究、實踐、思考、運用的學習體系，從而自發地提高學習興趣和自主學習的積極性，最終達到能將所學內容應用于實踐的目的。

（一）微課教學內容選題

科學合理選擇微課教學的知識點，才能充分發揮微課在教學環節中起到的引導性、生動性以及具象性。例如，對于“電子測量原理”課程中涉及的“信號頻譜的測量”這部分內容，信號的頻域特征相對于信號的時域特征而言，具有一定的抽象性，信號的頻譜測量就是分析信號由哪些不同頻率、相位和幅度的正弦波構成，從而獲得其幅頻、相頻、功率、噪聲等特性參數。在實際的微課教學中，可以設置輸入信號不同的頻率參數和信噪比參數，采用動畫的方式演示輸入參數對信號頻譜特征的影響，從而使學生能直觀了解信號頻譜的概念。

（二）微課教學任務設計

信號的頻譜測量是以傅里葉變換為基礎。它可以將一個隨時間變化的信號變換成與該信號相關連的頻率的函數。例如在旋轉機械振動分析中，可以通過振動信號頻譜分析對受損元件進行故障診斷。虛擬儀器是以計算機為基礎，使用圖形化界面編程技術，模擬實際儀表面板、功能和操作完成各種電子測量任務的一種技術方法[4]。在微課設計中可以選擇加入虛擬儀器圖形化編程語言Labview構建一個頻譜測量儀，在信號產生面板上的不同控件設置輸入信號波形、頻率、幅值以及噪聲類型，通過時域、頻域分析窗口查看信號的幅度譜、相位譜以及功率譜等分析結果。頻譜測量儀的設置面板可以設置輸入正弦信號頻率為60Hz，采樣率1000Hz，點擊頻譜分析按鈕進行傅里葉分析。通過Labview頻譜曲線可以清楚表征信號的頻譜特征，并且除在60Hz處有明顯尖峰，在信號頻率兩側也存在一定的能量分布，說明傅里葉變換存在能量泄露。采集序列長度N和采樣率fs決定了輸出頻譜的分辨率。由于沒有加入噪聲，在其他頻率范圍，頻譜曲線很光滑，并且信號頻譜能量趨近于0。設置輸入波形為兩個正弦信號疊加，輸入頻率分別為60Hz和140Hz，并加入高斯白噪聲，Labview頻譜儀對信號進行傅里葉變換后，頻譜圖在頻率60Hz和140Hz處有明顯的波峰，但在其他頻域范圍內頻譜曲線不夠光滑，說明高斯白噪聲在其他頻段基本為均勻分布，能量值大小取決于噪聲方差。

（三）微課教學實踐

在教學過程中，教師將與信號頻譜測量知識點相關的概念和信號分析原理融入基于Labview頻譜測量微課內容中，通過Labview圖形化界面的參數設置以及仿真結果動態演示讓學生直觀了解信號時域分析與頻域分析的區別，參數設置對仿真結果的影響，從而增強了教學內容的表現力和具象力，使教學內容顯得更直觀易懂。課后實踐可以通過在線答疑，給學生布置相應的設計任務和演示評比等多種環節，幫助他們鞏固和消化對應知識點。

四、結語

本文通過將基于Labview的頻譜分析儀設計引入《電子測量原理》課程“信號頻譜測量”教學內容中，通過簡短的微課視頻可以使學生快速了解所學內容的基本概念和目的，有效調動了學生的學習興趣。采用這種啟發式、體驗式、互動式和情境式的教學方法，更好地調動學生的多層次感官，引導學生逐漸深入對知識點的理解和運用，從而提高教學效率和教學質量。但我們同時還應注意到，不同的教學方法和教學模式都有其各自的優勢和局限性，在微課教學實踐中，微課內容要根據學科差異進行合理設計，突出其基本原理和教學要求，選擇合適表現形式，否則難以實現教學目的。

參考文獻：

[1]趙陽，吳東升，高翠云.《電子測量技術》課程實驗教學改革的實踐與探索[J].電腦知識與技術，2015，11（34）：110-111.

[2]曾志輝，張志剛.電子測量與智能儀器課程教學與實驗改革探討[J].大學教育，2017，（1）：63-64.

[3]劉春紅，馮志彪，隋春霞，等.以慕課和微課為基礎的翻轉課堂教學模式在有機分析課程中的研究與實踐[J].化工高等教育，2018，（1）：84-89.

[4]詹惠琴，古軍.虛擬儀器課程實驗建設與改革[J].實驗技術與管理，2014，（7）：94-96.