基于知識地圖的《電子測量》課程教學改革與實踐

陳玉敏 李淼 房曉麗

摘要：電子測量是一門綜合性較強的課程，其中涉及的測試設備和測試方法被廣泛地用于電路的指標測試中。該文以集成電路作為測試對象構建知識地圖，打亂章節之間人為劃分的界限，加強知識點的聯系。教師采用“做任務”的方式授課增強了學習的趣味性和學生的主動性，并且利用雨課堂的考核方式和獎勵方式進行輔助使得知識地圖優勢的得以更好地發揮，對今后電子測量技術課程教學改革具有一定借鑒和參考意義。

關鍵詞：電子測量;集成電路;知識地圖;雨課堂;教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）29-0171-02

1概述

電子測量是電子類專業重要的一門基礎課，是現代科技、生產和社會活動的一項支撐性技術，與通信技術、計算機技術并稱為信息社會的三大支柱。電子測量技術是測量領域的主要組成部分，近幾十年來，由于計算機、微電子技術的快速發展，使其發生了質的飛躍嘲。該課程具有很強的綜合性，不僅包含測量誤差理論和數據處理等基本測量理論知識，還包括信號發生器、示波器等多種現代測量儀器的介紹及頻率時間測量、電壓測量、阻抗測量、噪聲測量等各種電路性能指標的測量原理和測量方法。這門課程是學生學完電路基礎、信號與系統、模擬電子技術、數字電子技術、高頻電路等課程的后續專業課程。既要求學生熟練掌握必要的理論知識，包括各種測量儀器的工作原理;又必須結合實驗實踐環節，讓學生真正學會靈活使用測量儀器，制定合理的測量方案。如此才能使得理論更好地聯系實際，最終達到提高學生綜合應用能力的培養目標。

2課程教學中存在的問題及分析

世間萬物不是孤立存在而是處于普遍聯系之中的。只有在普遍聯系中，人們才能更深刻的認識事物的內涵和外延，從而更深刻的認識世界。學習也是對知識的認識不斷深化的過程，而教師在教學中往往針對一個特定知識點進行講解，容易忽略各知識點與相關知識點的內在聯系，而導致學生腦中的知識零散而孤立，不成系統。這既不利于從真正意義上把握知識，也不利于整體陛思維的形成和對知識的活學活用。

聯想學習是指將新學的知識與已掌握的知識聯系起來，以獲得更深人的理解和更持久的記憶。人們可以通過聯想作者所處的環境較輕松的記住一篇文章卻很難記住一串雜亂無章的數字，在這種記憶方式中，大腦處理的是具有邏輯關系的信息。

以電子測量課程為例，目前通用教材的章節劃分為誤差處理、信號發生器、示波器、頻率測量、相位測量、電壓測量及虛擬儀器的使用。人為地將原本相關聯的知識點劃分成獨立的章節，使得各章節之間的連貫性被打破，正好背離了聯想學習這一記憶原理，限制了學生對知識的掌握能力。比如當學生學完信號發生器準備進入示波器的學習時，相關信號發生器的知識已經有所遺忘。當教師按照教科書的順序講完一個學期的課，對學生進行復習考核的時候會發現他們不能夠很好的運用所學的知識解決實際的問題，很大一部分原因是由于學習時沒有掌握知識點之間的關系從而不能深入的理解知識。

為了改變目前教材劃分對學習造成的消極影響，本文提出了利用知識地圖對《電子測量》課程進行教學改革的方法。教師根據學生的思維特點繪制知識地圖，強調知識點之間的關聯性，幫助學生加深對知識的理解。經過實踐表明，《電子測量》課程已經成為學生喜愛的課程之一，并且學習積極性和對知識的掌握能力都得到了較大提高。

3基于知識地圖的《電子測量》課程課程教學改革

3.1知識地圖

知識地圖是可汗學院的一種教學工具，它的教育理念是打亂章節之間的順序，將不同的知識點按照它們之間的內在聯系組成一幅知識點結構圖，同時解釋哪些知識點在前，哪些在后川。然后將這幅地圖展示給學生，帶領他們做一個個的任務（學習知識點）——獎勵積分（對學生進行適當鼓勵和懲罰）——到達終點（掌握本門課的課程知識要點）。這張地圖強調任務之間的關聯性，讓學生了解到將要學習的新知識點與之前學過的哪個舊知識點是相互關聯的，而且這個新知識點對以后的工作、從事的方向及生活又有什么樣的影響。鼓勵學生按照自己的選擇來學習，可以自主選擇在地圖上行進的方向。在做任務的過程中教師設置一些問題來激發學生的好奇心，促使學生以小組為單位討論，積極主動的學習新知識同時鞏固舊知識。在講解的過程中教師應以傳授分析問題和解決問題的方法為主，使學生由被動學習轉變為主動探索，培養學生的創新思維能力。

知識地圖的優勢在于（1）采用任務驅動學習，增強學習的目標感和成就感;（2）各任務之間緊密的聯系增強學生對于知識的求知欲和掌握能力的提高;（3）地圖形式可以提高學習的趣味性，帶給學生一個輕松的學習環境，有利于減輕心理壓力，大大提高學習的效果，強化了記憶效果。但是，知識地圖的繪制需要老師掌握學生的學習規律和知識點之間的內在聯系。同時，每個學生的思維習慣和理解能力有所不同，所以，對于一些因教育方式和個人能力限制，對地圖上關鍵知識點掌握不好的學生應給予幫助，增強溝通，也可單獨繪制一幅與他們的思維習慣相適應的地圖。

3.2改革措施

根據《電子測量》課程的特點，將目前教材中劃分的誤差處理、信號發生器、示波器、頻率測量、相位測量、電壓測量及虛擬儀器的使用等對應的知識點組成知識地圖。地圖上的每個地點代表一個將要完成的任務，每個地點是緊密相連的，相互影響的。例如電路采用的元器件特性決定了信號發生器的選型，同樣也限定了示波器檔位設置。

《信號與系統》是電子類專業的核心基礎課程，同時也是《電子測量》課程的前導課程，學時長，學生花費精力多，對于基本概念掌握相對牢固，因此，地圖的起點，可由《信號與系統》開始。信號測量是《電子測量》課程的主要應用場景，涉及信號的頻率、幅度以及信號的時域、頻域測量。系統測量則以集成電路一互補對稱功率放大器為例作為測試對象，如圖l所示。測試要求：輸入端接50mv的1KHz正弦波信號，用示波器觀察輸出波形;逐漸增加輸入電壓幅度，直至出現失真為止，記錄此時輸入電壓、輸出電壓幅值，并記錄波形。采用測試任務驅動的方式使學生既完成相關理論及應用知識的學習，又通過實踐完成一個完整的測試項目，使得其能夠切身體會到所學知識的實際用途，有助于激發學生學習的興趣，同時對于實際項目測試大綱、測試報告的撰寫，也充分體現及滿足應用型本科高校人才培養的要求。

根據圖1的測試要求以信號發生器、示波器、頻率測量為例簡要畫一幅知識地圖，如圖2所示。輸入端要求接50mv的1KHz正弦波信號，因此需要學生掌握信號發生器的使用方法，輸出端要求用示波器觀測波形，此任務的完成也需要學生掌握示波器的使用方法。此時這兩個儀器分別為輸入激勵端和輸出響應端。激勵和響應是《信號與系統》課程中學到的內容，那么地圖在開始后的第一個點可以設定為信號發生器的使用，可以通過實際操作，幫助學生掌握這個知識點。由信號發生器的使用可以引申出信號產生的原理，信號發生器的作用、分類以及性能指標等的講解;也可以根據電路的放大特性和信號發生器的輸出頻率判斷示波器的輸出頻率為1KHz，從而引出示波器的波形測量原理、幅度調節旋鈕、頻率調節旋鈕等的使用;還可以利用電子計數法對信號發生器產生的正弦波信號的頻率和周期進行測量，以此向學生介紹電子計數法測量頻率和周期的原理以及誤差分析。所以地圖的第三個點的走向需要教師根據所教學生的思維規律來決定。同樣后續的學習也將根據思維規律判斷下一個點的選擇，直至最終走完整個地圖，到達目標地點。這張地圖強調了知識的關聯性，讓學生了解到自己學到了什么以及將要學什么，同時鼓勵學生增強自主學習的能力，可以通過自己的想法選擇前進、后退、左走還是右拐。

知識地圖中知識點的講授可以采用雨課堂（手機微信+PPT）的方式進行，如圖3所示。從起點開始在做每個任務之前利用雨課堂列出已有的題目來檢驗學生對舊知識點的掌握程度，并且通過動畫、視頻等方式引導學生進入新課的學習。在做任務的過程中通過手機收集大家對某個知識點的考核結果并生成報表，檢驗學習效果。對于完成任務的獎勵采用雨課堂發小額紅包的功能進行鼓勵。當到達地圖的終點時，生成總的學習報表來分析學生掌握知識的效果，并對以后的教學給出指導性的意見和建議。同時授課過程中，學生可以發彈幕，增強師生的互動性和課堂的活躍性，徹底改變“滿堂灌”的學習方式。

4小結

《電子測量》是一門綜合性很強的課程，既要求學習者具有豐富的理論知識，也要求其具有很強的實踐能力。在目前的教學實踐中采用了知識地圖的方式進行學習，教師根據學生的學習特點繪制地圖，增強了學習的趣味性和主動性。采用雨課堂的考核方式和獎勵方式進行輔助對知識地圖優勢的發揮起了明顯的推進作用。通過這次教學改革和實踐表明，《電子測量儀器》已經成為一門深受學生歡迎的課程。學生的自主學習能力和對知識的掌握能力都得到了較大提高，也為其他學科的教學改革有一定的指導意義。當然隨著更多更好的教學方法的提出，需要教師繼續不斷學習，更新教學理念，為培養應用型人才做出貢獻。