《測控電路》教學(xué)改革與實踐

邱雄邇++李輝++劉新波

摘 要： 本文針對應(yīng)用型本科院校普遍存在的學(xué)生理論認(rèn)知較差，實踐能力薄弱，自主性學(xué)習(xí)能力不強(qiáng)的問題，結(jié)合《測控電路》課程的教學(xué)特點(diǎn)，通過對教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法兩方面的教學(xué)改革進(jìn)行了探討，取得了很好的教學(xué)效果，提高了課程教學(xué)質(zhì)量，提升了學(xué)生的專業(yè)技能。

關(guān)鍵詞： 《測控電路》 教學(xué)方法 教學(xué)實踐

1.《測控電路》課程的性質(zhì)

《測控電路》是高等院校測控技術(shù)與儀器專業(yè)本科生必修專業(yè)基礎(chǔ)課程。它是測控系統(tǒng)中的基礎(chǔ)知識，測控系統(tǒng)把被測對象的各種非電量通過傳感技術(shù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電參量，信號經(jīng)測控電路進(jìn)行信號放大、隔離、濾波、調(diào)制解調(diào)等調(diào)理過程與信號轉(zhuǎn)換處理后成為微機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以接收的信號，滿足測量與控制信號的精度需求，達(dá)到控制生產(chǎn)的目的。測控電路重點(diǎn)是如何在電子技術(shù)與測量、控制之間架起一座橋梁，實現(xiàn)二者之間語言的翻譯與溝通，學(xué)會如何在測量和控制中運(yùn)用電子技術(shù)，如何與光、機(jī)、計算機(jī)緊密配合，實現(xiàn)測控的總體思想，圍繞精、快、靈和測控任務(wù)的其他要求選用電路、設(shè)計電路。測控電路在整個測控系統(tǒng)中起到中流砥柱的作用。因此，對于應(yīng)用型本科院校測控技術(shù)與儀器類本科生來說，各種電子元器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理在《模擬電子技術(shù)》已經(jīng)學(xué)習(xí)了，《測控電路》則是要求學(xué)生學(xué)會構(gòu)建實際的電路，尤其是測控系統(tǒng)中的實用硬件電路，并且必須學(xué)會如何解決實際應(yīng)用中已經(jīng)出現(xiàn)或可能出現(xiàn)的問題，從而為走上工作崗位和繼續(xù)深造奠定良好的測控電路分析與設(shè)計基礎(chǔ)。

在測控技術(shù)領(lǐng)域，《測控電路》課程教學(xué)受到普遍重視。我校電氣測控類專業(yè)于2005年起開設(shè)的本課程作為本科三年級學(xué)生的專業(yè)必修課程。

2.《測控電路》課程的教學(xué)現(xiàn)狀

《測控電路》本身的專業(yè)性強(qiáng)，需要《電路》、《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》、《微機(jī)原理與接口技術(shù)》等前序課程作支撐，內(nèi)容繁多而復(fù)雜。部分地方本科院校將“測控技術(shù)及儀器”專業(yè)放在能源與機(jī)械學(xué)院，以致大部分學(xué)生認(rèn)識不到前序基礎(chǔ)課程的重要性。由于地方本科院校的學(xué)生基礎(chǔ)知識較薄弱，自主學(xué)習(xí)性較弱，因此要盡快適應(yīng)與較好掌握《測控電路》這門課程的學(xué)習(xí)模式非常困難；目前應(yīng)用的幾本教材均有理論性強(qiáng)，學(xué)生理解困難，有些知識略顯陳舊，跟不上現(xiàn)代測控電路的變化發(fā)展；教學(xué)內(nèi)容中理論居多，實踐環(huán)節(jié)偏少，直接導(dǎo)致理論與實踐脫節(jié)，學(xué)生的動手操作能力缺乏應(yīng)有的鍛煉。因此，學(xué)好這門課程需付出更大更多的努力。

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

3.《測控電路》教學(xué)環(huán)節(jié)的改革與實踐

雖然測控技術(shù)與儀器專業(yè)開設(shè)《測控電路》存在諸多困難與挑戰(zhàn)。但是通過多年的努力，結(jié)合我校的辦學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)方法改革和實踐革新，并取得了較好的教學(xué)效果。

（1）更新教學(xué)內(nèi)容，保持課程的先進(jìn)性。

實際上國外電路系列課程教學(xué)有兩類；一類以俄羅斯為代表的注重課程體系的系統(tǒng)性和授課內(nèi)容的完整性，強(qiáng)調(diào)理論和分析方法；另一類則以歐美國家為代表強(qiáng)調(diào)抽象方法的應(yīng)用及新方法、新技術(shù)的應(yīng)用。我國由于歷史原因，大部分電路課程教學(xué)內(nèi)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(xué)采用的教材是天津大學(xué)張國雄教授主編的。該教材在內(nèi)容豐富，面面俱到，和前序課程在內(nèi)容上有重復(fù)現(xiàn)象，如第五章的信號運(yùn)算電路是《模擬電子技術(shù)》中的重點(diǎn)，第六章的信號轉(zhuǎn)換電路在《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程中應(yīng)詳細(xì)講授。因此，在教學(xué)過程中，教師根據(jù)學(xué)生對本專業(yè)知識點(diǎn)和重復(fù)內(nèi)容的掌握狀況及時篩選并精簡內(nèi)容，剔除偏難的內(nèi)容和過時的陳舊知識點(diǎn)，加入最新測控電路的發(fā)展及工程應(yīng)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(yùn)用，將測控新技術(shù)、新方法融入原有教學(xué)內(nèi)容中，緊密聯(lián)系飛速發(fā)展的電子技術(shù)，保持課程的先進(jìn)性。

（2）重視基礎(chǔ)知識，轉(zhuǎn)換思路，優(yōu)化教學(xué)。

重視基礎(chǔ)知識需強(qiáng)調(diào)測控電路在測控系統(tǒng)中舉足輕重的作用。一個完整的測控系統(tǒng)主要由傳感器、測控控制電路（簡稱測控電路）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成，測控電路要對傳感器輸出信號進(jìn)行放大、隔離、濾波、調(diào)制與解調(diào)、運(yùn)算和轉(zhuǎn)換等一系列處理。所以測控電路這門課程基礎(chǔ)知識包括信號的放大技術(shù)、調(diào)制與解調(diào)技術(shù)、信號的分離技術(shù)、信號與噪聲的分離技術(shù)、信號運(yùn)算和轉(zhuǎn)換等。在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)做到因材施教，考慮不同層次的學(xué)生對基礎(chǔ)知識掌握情況的差異將講課內(nèi)容按照側(cè)重點(diǎn)不同分為講授課和復(fù)習(xí)課兩種，《測控電路》很多章節(jié)內(nèi)容需要用到前序課程知識點(diǎn)，在講課之前教師應(yīng)提前復(fù)習(xí)授課將涉及的知識點(diǎn)或者要求學(xué)生課前復(fù)習(xí)相關(guān)知識，比如在第六章信號轉(zhuǎn)換電路授課之前，需復(fù)習(xí)的重要概念如導(dǎo)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(xué)生理解講解過程的能力。

優(yōu)化課堂教學(xué)，建立課程構(gòu)架，實現(xiàn)多課程融合。目前電路理論和電子技術(shù)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(shù)字式電路”的次序進(jìn)行，形成的是相對封閉、獨(dú)立且完整的知識體系，各知識點(diǎn)之間的銜接和聯(lián)系比較松散，所采用的體系理論與設(shè)計、分析方法在風(fēng)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(xié)作才能完成，而一門課程只能體現(xiàn)出一個工程項目的小部分知識點(diǎn)?！皽y控電路”只是測控系統(tǒng)中的最靈活的電路部分，一個完整的測控系統(tǒng)還包括傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)。授課時，讓學(xué)生通過了解測控系統(tǒng)建立課程構(gòu)架。《測控電路》覆蓋了電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)的大部分內(nèi)容，是對其內(nèi)容的升華和應(yīng)用。學(xué)生掌握如何在電子技術(shù)與測量、控制之間架起一座橋梁，實現(xiàn)二者之間語言的翻譯與溝通，學(xué)會如何在測量與控制中運(yùn)用電子技術(shù)。教師突出對實際應(yīng)用案例的討論，通過典型應(yīng)用案例的分析，讓學(xué)生掌握基本的設(shè)計思想和應(yīng)用典型硬件電路的方法，將理論知識與實踐應(yīng)用有效結(jié)合起來，使學(xué)生熟悉怎樣運(yùn)用電子技術(shù)解決測量與控制中提出的任務(wù)，從而優(yōu)化課程教學(xué)。

（3）多媒體輔以微課教學(xué)。

根據(jù)本課程的特點(diǎn)，在教學(xué)過程中我們采用板書和多媒體教學(xué)相結(jié)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(dǎo)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(qiáng)，學(xué)生可以跟隨教師的思路領(lǐng)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(nèi)容，則可采用多媒體教學(xué)方式，充分利用動畫、視頻、聲音、圖像等多種形式進(jìn)行互動教學(xué)。

在多媒體教學(xué)的基礎(chǔ)上，我們根據(jù)課程知識點(diǎn)制作微課課件放在學(xué)校網(wǎng)站上供學(xué)生下載學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生牢固掌握知識點(diǎn)。

（4）注重實踐環(huán)節(jié)。

實踐教學(xué)是《測控電路》教學(xué)內(nèi)容中非常重要的一環(huán)。通過實踐環(huán)節(jié)，一方面，學(xué)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(tài)，掌握實際測控系統(tǒng)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(xué)會改變其中的典型參數(shù)或者關(guān)鍵參量，牢固掌握各種典型電路的性能特點(diǎn)；可以獨(dú)立完成簡單測控電路的設(shè)計，或者通過protel等相關(guān)設(shè)計仿真軟件進(jìn)行設(shè)計、仿真達(dá)到設(shè)計精度要求，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力得到提高，創(chuàng)新設(shè)計能力得到有效培養(yǎng)。另一方面，理論與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，理論知識水平在實踐中更進(jìn)一步提升，同時可以更好地實踐，做到學(xué)有所用。這樣既可以進(jìn)一步深化學(xué)生對書本知識的理解和掌握，又可以培養(yǎng)學(xué)生實際動手操作能力，提高學(xué)習(xí)理論知識的興趣，增強(qiáng)設(shè)計創(chuàng)新意識和設(shè)計創(chuàng)新能力。

我?！稖y控電路》課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革主要在以下方面進(jìn)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(shù)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(xué)內(nèi)容，可以支持大量且高水平的設(shè)計實驗項目。b.設(shè)計相應(yīng)的實驗教學(xué)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(tǒng)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(xué)生感性認(rèn)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(shù)值；對設(shè)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(shè)計課題布置給學(xué)生，讓學(xué)生獨(dú)立或者合作完成，由于條件所限，為了減少設(shè)計實驗的成本，有時要求學(xué)生利用相關(guān)仿真軟件將自己的設(shè)計在微機(jī)上進(jìn)行仿真調(diào)試以達(dá)到設(shè)計精度等要求。c.通過加強(qiáng)課程設(shè)計環(huán)節(jié)提高學(xué)生的動手操作能力，并根據(jù)學(xué)生興趣、愛好及就業(yè)意向，合理安排難度和種類不等同的課程設(shè)計課題。在現(xiàn)代測控電路課程設(shè)計中，增加PCB板的設(shè)計、制作、焊接、調(diào)試，同時，學(xué)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(yè)技能。

（5）參加競賽，提高興趣，提高能力。

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

（6）網(wǎng)上評教，把準(zhǔn)方向。

教師在每個章節(jié)內(nèi)容講授完后都要和學(xué)生進(jìn)行交流、溝通。全面了解教學(xué)過程中的問題，譬如板書是否規(guī)范、合理，語速是否恰當(dāng)，授課內(nèi)容是否精準(zhǔn)，重點(diǎn)是否突出，邏輯是否嚴(yán)謹(jǐn)?shù)取Ｕn后學(xué)生通過校園網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)上評教。教師根據(jù)學(xué)生反映的問題適時調(diào)整方向，改善自己的講課方式，實現(xiàn)師生的間良性互動，及時把準(zhǔn)教學(xué)方向，進(jìn)而增強(qiáng)教學(xué)效果、提高教學(xué)質(zhì)量。

幾年的教學(xué)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(xué)生充分交流、溝通，根據(jù)學(xué)生反映的意見和提出的建議及時調(diào)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(jié)合的方式，上完課程相關(guān)內(nèi)容、批改完學(xué)生作業(yè)后有針對性地給學(xué)生上習(xí)題課，詳細(xì)講解發(fā)現(xiàn)的典型問題。

4.結(jié)語

雖然在電氣系測控技術(shù)與儀器專業(yè)開設(shè)《測控電路》存在諸多問題，但是根據(jù)學(xué)校特點(diǎn)、專業(yè)建設(shè)情況并采取恰當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行實踐探索。多年的實踐表明，只要教師在教學(xué)過程始終把握方向注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果就一定有大幅度提高。如何將《測控電路》的具體特點(diǎn)與學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合，將理論與實踐有機(jī)結(jié)合，都值得探討、研究和嘗試，教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的專業(yè)技能在改革和實踐中得到穩(wěn)步提高。

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資助項目：邵陽學(xué)院教改項目（項目編號：2013JG34）