基于知识地图的《电子测量》课程教学改革与实践

陈玉敏 李淼 房晓丽

摘要：电子测量是一门综合性较强的课程，其中涉及的测试设备和测试方法被广泛地用于电路的指标测试中。该文以集成电路作为测试对象构建知识地图，打乱章节之间人为划分的界限，加强知识点的联系。教师采用“做任务”的方式授课增强了学习的趣味性和学生的主动性，并且利用雨课堂的考核方式和奖励方式进行辅助使得知识地图优势的得以更好地发挥，对今后电子测量技术课程教学改革具有一定借鉴和参考意义。

关键词：电子测量;集成电路;知识地图;雨课堂;教学改革

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）29-0171-02

1概述

电子测量是电子类专业重要的一门基础课，是现代科技、生产和社会活动的一项支撑性技术，与通信技术、计算机技术并称为信息社会的三大支柱。电子测量技术是测量领域的主要组成部分，近几十年来，由于计算机、微电子技术的快速发展，使其发生了质的飞跃嘲。该课程具有很强的综合性，不仅包含测量误差理论和数据处理等基本测量理论知识，还包括信号发生器、示波器等多种现代测量仪器的介绍及频率时间测量、电压测量、阻抗测量、噪声测量等各种电路性能指标的测量原理和测量方法。这门课程是学生学完电路基础、信号与系统、模拟电子技术、数字电子技术、高频电路等课程的后续专业课程。既要求学生熟练掌握必要的理论知识，包括各种测量仪器的工作原理;又必须结合实验实践环节，让学生真正学会灵活使用测量仪器，制定合理的测量方案。如此才能使得理论更好地联系实际，最终达到提高学生综合应用能力的培养目标。

2课程教学中存在的问题及分析

世间万物不是孤立存在而是处于普遍联系之中的。只有在普遍联系中，人们才能更深刻的认识事物的内涵和外延，从而更深刻的认识世界。学习也是对知识的认识不断深化的过程，而教师在教学中往往针对一个特定知识点进行讲解，容易忽略各知识点与相关知识点的内在联系，而导致学生脑中的知识零散而孤立，不成系统。这既不利于从真正意义上把握知识，也不利于整体陛思维的形成和对知识的活学活用。

联想学习是指将新学的知识与已掌握的知识联系起来，以获得更深人的理解和更持久的记忆。人们可以通过联想作者所处的环境较轻松的记住一篇文章却很难记住一串杂乱无章的数字，在这种记忆方式中，大脑处理的是具有逻辑关系的信息。

以电子测量课程为例，目前通用教材的章节划分为误差处理、信号发生器、示波器、频率测量、相位测量、电压测量及虚拟仪器的使用。人为地将原本相关联的知识点划分成独立的章节，使得各章节之间的连贯性被打破，正好背离了联想学习这一記忆原理，限制了学生对知识的掌握能力。比如当学生学完信号发生器准备进入示波器的学习时，相关信号发生器的知识已经有所遗忘。当教师按照教科书的顺序讲完一个学期的课，对学生进行复习考核的时候会发现他们不能够很好的运用所学的知识解决实际的问题，很大一部分原因是由于学习时没有掌握知识点之间的关系从而不能深入的理解知识。

为了改变目前教材划分对学习造成的消极影响，本文提出了利用知识地图对《电子测量》课程进行教学改革的方法。教师根据学生的思维特点绘制知识地图，强调知识点之间的关联性，帮助学生加深对知识的理解。经过实践表明，《电子测量》课程已经成为学生喜爱的课程之一，并且学习积极性和对知识的掌握能力都得到了较大提高。

3基于知识地图的《电子测量》课程课程教学改革

3.1知识地图

知识地图是可汗学院的一种教学工具，它的教育理念是打乱章节之间的顺序，将不同的知识点按照它们之间的内在联系组成一幅知识点结构图，同时解释哪些知识点在前，哪些在后川。然后将这幅地图展示给学生，带领他们做一个个的任务（学习知识点）——奖励积分（对学生进行适当鼓励和惩罚）——到达终点（掌握本门课的课程知识要点）。这张地图强调任务之间的关联性，让学生了解到将要学习的新知识点与之前学过的哪个旧知识点是相互关联的，而且这个新知识点对以后的工作、从事的方向及生活又有什么样的影响。鼓励学生按照自己的选择来学习，可以自主选择在地图上行进的方向。在做任务的过程中教师设置一些问题来激发学生的好奇心，促使学生以小组为单位讨论，积极主动的学习新知识同时巩固旧知识。在讲解的过程中教师应以传授分析问题和解决问题的方法为主，使学生由被动学习转变为主动探索，培养学生的创新思维能力。

知识地图的优势在于（1）采用任务驱动学习，增强学习的目标感和成就感;（2）各任务之间紧密的联系增强学生对于知识的求知欲和掌握能力的提高;（3）地图形式可以提高学习的趣味性，带给学生一个轻松的学习环境，有利于减轻心理压力，大大提高学习的效果，强化了记忆效果。但是，知识地图的绘制需要老师掌握学生的学习规律和知识点之间的内在联系。同时，每个学生的思维习惯和理解能力有所不同，所以，对于一些因教育方式和个人能力限制，对地图上关键知识点掌握不好的学生应给予帮助，增强沟通，也可单独绘制一幅与他们的思维习惯相适应的地图。

3.2改革措施

根据《电子测量》课程的特点，将目前教材中划分的误差处理、信号发生器、示波器、频率测量、相位测量、电压测量及虚拟仪器的使用等对应的知识点组成知识地图。地图上的每个地点代表一个将要完成的任务，每个地点是紧密相连的，相互影响的。例如电路采用的元器件特性决定了信号发生器的选型，同样也限定了示波器档位设置。

《信号与系统》是电子类专业的核心基础课程，同时也是《电子测量》课程的前导课程，学时长，学生花费精力多，对于基本概念掌握相对牢固，因此，地图的起点，可由《信号与系统》开始。信号测量是《电子测量》课程的主要应用场景，涉及信号的频率、幅度以及信号的时域、频域测量。系统测量则以集成电路一互补对称功率放大器为例作为测试对象，如图l所示。测试要求：输入端接50mv的1KHz正弦波信号，用示波器观察输出波形;逐渐增加输入电压幅度，直至出现失真为止，记录此时输入电压、输出电压幅值，并记录波形。采用测试任务驱动的方式使学生既完成相关理论及应用知识的学习，又通过实践完成一个完整的测试项目，使得其能够切身体会到所学知识的实际用途，有助于激发学生学习的兴趣，同时对于实际项目测试大纲、测试报告的撰写，也充分体现及满足应用型本科高校人才培养的要求。

根据图1的测试要求以信号发生器、示波器、频率测量为例简要画一幅知识地图，如图2所示。输入端要求接50mv的1KHz正弦波信号，因此需要学生掌握信号发生器的使用方法，输出端要求用示波器观测波形，此任务的完成也需要学生掌握示波器的使用方法。此时这两个仪器分别为输入激励端和输出响应端。激励和响应是《信号与系统》课程中学到的内容，那么地图在开始后的第一个点可以设定为信号发生器的使用，可以通过实际操作，帮助学生掌握这个知识点。由信号发生器的使用可以引申出信号产生的原理，信号发生器的作用、分类以及性能指标等的讲解;也可以根据电路的放大特性和信号发生器的输出频率判断示波器的输出頻率为1KHz，从而引出示波器的波形测量原理、幅度调节旋钮、频率调节旋钮等的使用;还可以利用电子计数法对信号发生器产生的正弦波信号的频率和周期进行测量，以此向学生介绍电子计数法测量频率和周期的原理以及误差分析。所以地图的第三个点的走向需要教师根据所教学生的思维规律来决定。同样后续的学习也将根据思维规律判断下一个点的选择，直至最终走完整个地图，到达目标地点。这张地图强调了知识的关联性，让学生了解到自己学到了什么以及将要学什么，同时鼓励学生增强自主学习的能力，可以通过自己的想法选择前进、后退、左走还是右拐。

知识地图中知识点的讲授可以采用雨课堂（手机微信+PPT）的方式进行，如图3所示。从起点开始在做每个任务之前利用雨课堂列出已有的题目来检验学生对旧知识点的掌握程度，并且通过动画、视频等方式引导学生进入新课的学习。在做任务的过程中通过手机收集大家对某个知识点的考核结果并生成报表，检验学习效果。对于完成任务的奖励采用雨课堂发小额红包的功能进行鼓励。当到达地图的终点时，生成总的学习报表来分析学生掌握知识的效果，并对以后的教学给出指导性的意见和建议。同时授课过程中，学生可以发弹幕，增强师生的互动性和课堂的活跃性，彻底改变“满堂灌”的学习方式。

4小结

《电子测量》是一门综合性很强的课程，既要求学习者具有丰富的理论知识，也要求其具有很强的实践能力。在目前的教学实践中采用了知识地图的方式进行学习，教师根据学生的学习特点绘制地图，增强了学习的趣味性和主动性。采用雨课堂的考核方式和奖励方式进行辅助对知识地图优势的发挥起了明显的推进作用。通过这次教学改革和实践表明，《电子测量仪器》已经成为一门深受学生欢迎的课程。学生的自主学习能力和对知识的掌握能力都得到了较大提高，也为其他学科的教学改革有一定的指导意义。当然随着更多更好的教学方法的提出，需要教师继续不断学习，更新教学理念，为培养应用型人才做出贡献。