案例教學法在設計教學的作用

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智能儀器設計課程既要引導學生逐步建立各門課程知識之間的內在聯系，完善專業知識體系的構建，也要注重學生專業技能、實踐能力和創新意識的培養，為后續深造或工作奠定基礎［4］。

“案例教學法”在智能儀器設計教學中的應用

傳統“填鴨式”的灌輸教育，脫離實際應用，易導致學生死記硬背。只有轉變教學方式方法，緊密聯系實際，加強互動式教學、探索式教學、啟發式教學，才能實現應用型人才培養目標。為此，我們應用“案例教學法”把智能儀器設計分為五個步驟:一是選擇合適案例，創設應用情境;二是實施互動式教學，突出教學重點;三是拓展仿真教學，強化應用技能;四是加強團隊實踐訓練，培養實踐能力;五是開展啟發式教學，提高知識的運用能力［5］。

選擇適當案例，創設應用情境以案例教學為主線，創設應用情境，增強學生學習興趣。合適的實際案例不僅是貫穿課程教學過程的主線，成功創設應用情境的前提，而且是激發學生學習興趣的必要條件。因此，選擇適當案例至關重要。合適的案例必須能夠充分體現基本教學理論，同時緊密聯系實際［6］。以數字電壓表(DigitalVoltmeter，簡稱DVM)為例，它是采用數字化測量技術把連續模擬量轉換為離散數字量的數字化儀表。由于它具有讀數準、精度高、誤差小等優點而備受青睞［7］。因此，選擇數字電壓表作為智能儀器設計的案例來創設應用情境，可滿足案例教學的基本要求。在確定案例的基礎上，智能儀器的研制過程按照設計任務并擬定設計方案、軟硬件設計、軟硬件綜合調試、整機性能測試和評估來實施［8］。根據數字電壓表的設計任務與設計要求，結合學生學習的課程，采用“自頂向下”的設計原則，把儀器劃分成由單片機、A/D轉換電路和電壓顯示電路等功能模塊組成。

案例互動教學，突出教學重點以重點教學內容為著力點，實施互動式教學，充分調動學生主動性。案例教學模式采用課堂雙邊互動教學形式，以重點教學內容為著力點，把課堂變為案例討論現場，提高了學習的自主性，更好掌握課程的教學內容。在軟硬件設計階段，硬件設計主要是根據方案設計原理電路，選用合適的功能模塊(如輸入輸出通道、信號調理電路、主機電路、人－機接口、通信接口)，并裝配和調試硬件系統;軟件上是先設計出系統軟件功能框圖，在理清控制關系的基礎上，進行功能化編程和調試。為了強化“智能儀器軟硬件模塊化設計方法”的教學重點，可采取以下互動式教學形式:一是組織學生進行答辯，闡述設計方案、原理電路和編程流程;二是由教師和同學現場進行提問，考察學生對設計可行性的分析;三是由教師有針對性對課題進行指導，提出合理化建議;四是由學生進行修改，完善設計。讓學生在設計中既有自主性，又通過啟發來防止盲目性。

案例仿真教學，強化應用技能以教學難點為突破口，拓展案例仿真教學新模式，營造探索求真的學習氛圍，強化學生應用技能。系統設計與調試是智能儀器設計課程的教學難點。作為初學者的學生，經常感到無從下手。為此，我們首先從虛擬實驗入手，通過仿真實驗來突破難點。虛擬實驗是把案例教學和軟件應用有機結合起來，通過逼真的仿真界面和動畫效果，讓學生置身于智能儀器開發現場，既可以節省設計成本和提高設計速度，還可以增強學習樂趣，將抽象的理論知識融入到案例的設計實踐之中，加深對理論知識與設計方法的理解，為后續教學環節，如分組實際制作打下基礎。例如對基于Proteus和KeilC51建立的數字電壓表仿真實驗［9］，如圖3所示。數字電壓表的調試過程可通過調節可變電阻器來進行仿真實驗，若實驗結果不滿足設計要求，則可修改硬件參數或軟件程序進行反復調試，直到該數字電壓表滿足設計要求，調試過程生動形象，簡單易學。

團隊實踐訓練，培養綜合能力以案例應用為實訓課題，組建學生制作團隊，培養學生實踐能力。團隊制作實踐的課題分為設計型、綜合型和創新型。學生可以根據自己的興趣、知識結構和能力發展進行選題。選擇相同題目學生組成制作團隊，通過共同協商，形成明確的成員分工和團隊合作任務。在制作過程中，不僅要求學生要學會獨立思考，掌握獨立分析解決問題的方法，也要求培養創新意識以及增強團隊精神。通過體驗智能儀器設計制作過程，熟悉智能儀器系統的開發流程，提升綜合的實踐能力。例如，選取液位控制系統［10］的設計作為實踐課題。該系統主要由水槽、電壓比較器、隔離保護和驅動電路、直流繼電器控制電路、水泵、電磁閥組成。高低水位的電壓通過與基準電壓比較輸出邏輯信號，控制交流接觸器的工作，實現水泵的通斷，以實現水槽水位的自動控制。通過液位控制系統實踐訓練達到以下目標:第一，使學生了解接觸器、電磁閥、水泵等器件等相關電器的基本原理，熟悉基于中規模集成電路的組合邏輯和時序邏輯設計方法，加深對理論知識和設計方法的認識;第二，通過學生親手焊接、制作和調試電路，培養實踐能力和動手技能;第三，通過撰寫設計報告，使學生學會對實驗結果進行分析和總結，培養學生分析和解決實際問題的能力。

案例啟發教學，加強運用能力以案例總結為出發點，開展啟發式教學，提高學生運用能力。案例教學法的重要環節，就是在完成設計、仿真和實際制作的過程之后，及時總結設計的過程和方法，把設計制作過程上升到理論高度，進一步加以思考、探索和提高。如果對案例缺乏思考、歸納和總結，很容易使學生的思維局限單個案例之中，不利于應用能力和創新思維的培養。因此，教師既要從單個案例入手，引導學生學會分析歸納和總結的方法，不斷加強學生靈活運用能力，也要注重在案例基礎上的拓展，啟發學生深度思考，培養學生的創新思維。這樣才能在智能儀器設計環環緊扣、層層遞進，有效推進學生知識水平的提高和能力結構的完善。

小結

本文在智能儀器設計課程體系的能力培養基礎上，提出了“案例教學法”應用在智能儀器設計教學中的五個基本步驟，即教師通過創設教學情境、實施互動式教學、拓展仿真教學、加強團隊實踐訓練和開展啟發式教學，從知識水平和能力結構兩方面入手，在智能儀器設計課程教學中取得了良好效果，受到學生的普遍好評。特別是讓更多的學生喜歡上測控技術與儀器專業，并在該領域打下較好的專業基礎。

作者：陳穎林育茲單位：廈門大學嘉庚學院機電工程系