基于“任务驱动”电子测量原理微课教学改革与探索

刘鑫　刘琪芳　李昕涛　郭锐　李子良

摘要：本文主要探讨了如何将“任务驱动”教学法应用于微课教学中，重点介绍了该方法在电子测量原理课程中的教学应用及实施过程。根据具体的教学要求，设计相应的微课内容，在教学环节中通过展示具体的项目设计过程，能够充分调动学生的学习兴趣，引导学生逐渐深入对知识点的理解和运用，从而提高教学效率和教学质量。

关键词：任务驱动；微课设计；Labview；课程改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）51-0097-02

一、研究现状

《电子测量原理》是测控技术与仪器专业乃至电子信息科学与工程类专业学生开设的专业课程，是《模拟电子技术》《数字电子技术》《电路分析》以及《信号与系统》等课程的延伸，是一门具有很强理论性和实践性的课程。目的是使学生掌握近、现代电子测量的基本理论和仪器仪表的工作原理和使用方法，使学生基本具备在科学实验中能够制定先进、合理的测量和测试方案，正确选用测量仪器、科学严格地处理数据，以获得最佳结果的能力[1]。随着电子仪器类型多样化，功能复杂化、数据分析方法的多样化以及传统课堂授课模式的局限性等因素，导致这门课程知识点多、教学任务重、理论方法与实践验证相对脱节、学生学习积极性不高，教学效果不理想[2]。并且目前学生接受和理解理论知识主要通过课堂灌输以及课后习题、课内实验等相对单一的环节，使得学生不能真正体会所学知识与实际生产生活相结合的效果，以致使学生逐渐丧失了学习的积极性和主动性。针对上述在教学中存在的问题，根据《电子测量原理》课程特点，以课程中“信号频谱的测量”这一章节内容为例，通过结合微课教学、项目驱动引导等方法，通过实践探讨该课程的改革思路和实施过程，取得了一定的积极效果。

二、微课的概念及特点

（一）基本概念

微课是针对某个知识点或教学环节设计开发的一种情景化的在线视频课程，支持多种在线学习方式，内容短小，一般在5—15min内集中说明某一具体问题[3]。由于微课教学所包含的内容短小、具体，即“微小化”，因此，从资源角度看，微课也被称之为“微课件”或“微课程”。

（二）微课教学设计特点

1.目标明确化。由于微课授课时间短，因此在有限的时间内需要将所讲授知识点的重点、难点以及易混淆点通过视频的形式进行多角度剖析，使學生在尽量短的时间内以最直观的形式进行学习，并且支持随时重放。

2.内容具体化。微课是以在线多媒体视频的形式表现授课内容的教学形式，教学内容应短小、具体，具备“一目了然”的效果。通常一个微课视频只需要讲解一个知识点，做到重、难点突出。教师在课堂进行微课演示的同时，要充分发挥多媒体的教学优势，对其中的关键片段进行讲解和梳理，使学生能快速抓住问题的本源。

3.情景多元化。微课短小，但“五脏俱全”且内容丰富。微课不能是随意截取的教学视频片段，而是主题独立、目的明确、内容完整的一件“作品”。与现实的课堂教学相比，微课在授课设计上要求结构更紧密、层次更清晰，更丝丝入扣、更引人入胜。因此，微课应以多元化的方式传递给学生，多媒体形式灵活设计，增强学生的视听感受。

三、基于任务驱动的微课教学设计

由于微课是以视频教学为主体，重点针对教学过程中的某个知识点，结合多种形式的多媒体技术，将微课视频上传至校园网，学生可以根据自身需求，随时随地学习。《电子测量原理》课程因其学科的理论性、实践性和应用性紧密相关，在进行微课教学时要充分发挥任务驱动的优势，依据应用背景，结合问题情境和实践情境完成微课教学设计。“任务驱动”的微课教学法需要根据任务的可行性、应用性，将任务设计、实现流程与知识点的教学目标和方法进行有机结合，以短小的多媒体视频的形式向学生直观展示讲授内容的原理、方法以及应用场景。任务驱动教学法使学生主动构建探究、实践、思考、运用的学习体系，从而自发地提高学习兴趣和自主学习的积极性，最终达到能将所学内容应用于实践的目的。

（一）微课教学内容选题

科学合理选择微课教学的知识点，才能充分发挥微课在教学环节中起到的引导性、生动性以及具象性。例如，对于“电子测量原理”课程中涉及的“信号频谱的测量”这部分内容，信号的频域特征相对于信号的时域特征而言，具有一定的抽象性，信号的频谱测量就是分析信号由哪些不同频率、相位和幅度的正弦波构成，从而获得其幅频、相频、功率、噪声等特性参数。在实际的微课教学中，可以设置输入信号不同的频率参数和信噪比参数，采用动画的方式演示输入参数对信号频谱特征的影响，从而使学生能直观了解信号频谱的概念。

（二）微课教学任务设计

信号的频谱测量是以傅里叶变换为基础。它可以将一个随时间变化的信号变换成与该信号相关连的频率的函数。例如在旋转机械振动分析中，可以通过振动信号频谱分析对受损元件进行故障诊断。虚拟仪器是以计算机为基础，使用图形化界面编程技术，模拟实际仪表面板、功能和操作完成各种电子测量任务的一种技术方法[4]。在微课设计中可以选择加入虚拟仪器图形化编程语言Labview构建一个频谱测量仪，在信号产生面板上的不同控件设置输入信号波形、频率、幅值以及噪声类型，通过时域、频域分析窗口查看信号的幅度谱、相位谱以及功率谱等分析结果。频谱测量仪的设置面板可以设置输入正弦信号频率为60Hz，采样率1000Hz，点击频谱分析按钮进行傅里叶分析。通过Labview频谱曲线可以清楚表征信号的频谱特征，并且除在60Hz处有明显尖峰，在信号频率两侧也存在一定的能量分布，说明傅里叶变换存在能量泄露。采集序列长度N和采样率fs决定了输出频谱的分辨率。由于没有加入噪声，在其他频率范围，频谱曲线很光滑，并且信号频谱能量趋近于0。设置输入波形为两个正弦信号叠加，输入频率分别为60Hz和140Hz，并加入高斯白噪声，Labview频谱仪对信号进行傅里叶变换后，频谱图在频率60Hz和140Hz处有明显的波峰，但在其他频域范围内频谱曲线不够光滑，说明高斯白噪声在其他频段基本为均匀分布，能量值大小取决于噪声方差。

（三）微课教学实践

在教学过程中，教师将与信号频谱测量知识点相关的概念和信号分析原理融入基于Labview频谱测量微课内容中，通过Labview图形化界面的参数设置以及仿真结果动态演示让学生直观了解信号时域分析与频域分析的区别，参数设置对仿真结果的影响，从而增强了教学内容的表现力和具象力，使教学内容显得更直观易懂。课后实践可以通过在线答疑，给学生布置相应的设计任务和演示评比等多种环节，帮助他们巩固和消化对应知识点。

四、结语

本文通过将基于Labview的频谱分析仪设计引入《电子测量原理》课程“信号频谱测量”教学内容中，通过简短的微课视频可以使学生快速了解所学内容的基本概念和目的，有效调动了学生的学习兴趣。采用这种启发式、体验式、互动式和情境式的教学方法，更好地调动学生的多层次感官，引导学生逐渐深入对知识点的理解和运用，从而提高教学效率和教学质量。但我们同时还应注意到，不同的教学方法和教学模式都有其各自的优势和局限性，在微课教学实践中，微课内容要根据学科差异进行合理设计，突出其基本原理和教学要求，选择合适表现形式，否则难以实现教学目的。

参考文献：

[1]赵阳，吴东升，高翠云.《电子测量技术》课程实验教学改革的实践与探索[J].电脑知识与技术，2015，11（34）：110-111.

[2]曾志辉，张志刚.电子测量与智能仪器课程教学与实验改革探讨[J].大学教育，2017，（1）：63-64.

[3]刘春红，冯志彪，隋春霞，等.以慕课和微课为基础的翻转课堂教学模式在有机分析课程中的研究与实践[J].化工高等教育，2018，（1）：84-89.

[4]詹惠琴，古军.虚拟仪器课程实验建设与改革[J].实验技术与管理，2014，（7）：94-96.