浅析教学方法虚拟仪器课程教学办法探索与实践

摘要：针对虚拟仪器课程实践性强、知识点多等特点，从课程教学内容、教学手段、考核方式等方面展开探索与实践，并通过3届学生实施。实践证明，该教学体系提高了学生学习主动积极性和实践动手能力，取得了较好的教学效果。
关键词：虚拟仪器；教学手段；项目教学法
作者简介：周小凤（1982-），女，内蒙古赤峰人，包头职业技术学院电气工程系，讲师。（内蒙古 包头 014030）肖俊生（1981-），男，内蒙古丰镇人，内蒙古科技大学信息工程学院，讲师。（内蒙古 包头 014010）
1007-0079（2013）22-0150-02
随着计算机技术、自动化测试技术的迅猛发展，虚拟仪器技术已逐步成为构建现代测量仪器与自动测试系统的重要手段，受到众多科研与工程技术人员的广泛关注，其应用领域遍及教育、交通、通信、工业、农业等各种行业。在此背景下，越来越多的高校开始开设虚拟仪器课程并组建虚拟仪器技术实验室，以培养适应现代测控技术发展需求的虚拟仪器技术应用与科研人才。包头职业技术学院电气工程系也于2010年将虚拟仪器课程作为检测技术与应用的专业必修课开设，并组建了虚拟仪器实验室。然而，虚拟仪器课程实践性强，涉及到信号处理、总线技术、计算机技术、传感器技术和软件工程等多个学科领域，怎样在有限的课程学时下让学生掌握虚拟仪器的开发技能，做到“能用”、“会用”，是一个需要不断探索的问题。为此，从2010年起课程组对虚拟仪器课程教学进行了一些有益的探索和实践，并在3届学生中实施，取得了良好的教学效果。

一、课程内容设置

虚拟仪器是以计算机和高性能测试模块为硬件基础，以高效灵活的软件为核心构成的一种测试系统，具有性能高、扩展性强、无缝集成、开发时间少、功能由用户定义和设计等优点。因此NI公司（National Instruments，美国国家仪器公司）提出“软件即仪器”。由于NI公司的图形化软件开发平台LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）具有易于学习掌握，开发周期短，应用广，发展前景好等特点，因此课程组将LabVIEW虚拟仪器开发平台、PCI-6221板卡和DELL计算机作为课程理论教学和实践教学平台。所开课程由理论教学和实践教学两部分组成。理论教学分为基础篇和提高篇。基础部分主要讲述虚拟仪器的概念、组成结构及LabVIEW软件编程的基本知识（如程序结构、数据操作、前面板设计和数据采集与仪器控制等）；提高部分讲述LabVIEW项目开发及管理、动态程序控制、访问数据库、外部程序接口以及网络编程等。实践部分包括上机实验及项目实训。前者重点突出LabVIEW基本编程技能训练，如虚拟示波器设计、虚拟函数发生器设计；通过实验使学生掌握LabVIEW编程及调试的基本能力。后者结合测控专业先修课程特点设计了具体项目，如智能压力、流量、温度、物位等检测仪表设计，交通灯控摘自：学报论文格式www.618jyw.com
制系统，智能温度监控仪，火电厂热工参数监视系统等项目，通过实际项目的开发锻炼学生的综合设计和项目的开发能力。

二、教学手段

教学手段是否合理，直接影响学生对课程的学习兴趣及学习效果。虚拟仪器课程作为一门实践性很强的教学课程，[3，4]其课题理论教学和实践教学密不可分。在该课程教学过程中，根据需要逐渐尝试了多媒体教学、实验室教学、项目教学等不同的教学方法。

1.多媒体教学

虚拟仪器课程信息量大、学时少，而且图形化编程软件LabVIEW讲解时范例较多，书写不方便。因此，在教学过程中采用信息量传递大、效率高的多媒体教学方式。通过图文并茂的多媒体课件和大量的程序实例来讲解各知识点。为了提高学生的学习兴趣，在开课初期要注重对学生展开积极的课程入门引导。首先向学生讲明虚拟仪器的定义、组成、分类及发展，并通过具体的数据采集实例（如基于声卡的函数发生器、虚拟示波器等）介绍LabVIEW的应用。通过具体例子展现LabVIEW编程高效、灵活、功能自己定义等特点，体会LabVIEW作为一门工程师的编程语言的优越性。从而，在该课程起始阶段就激发学生的学习热情。同时，向学生推介一些优秀的LabVIEW学习论坛和参考书，并提供一些比较有意思的LabVIEW程序（如基于声卡的信号发生器和示波器、五子棋等）。教学过程中对于LabVIEW中种类繁多的功能控件、函数节点的用法，通过LabVIEW软件平台进行实际编程操作演示来讲解。对于编程过程中的一些难点和重点内容，则有针对性制作短小精悍的VI（Virtual Instrument）案例。教学过程中，先将案例VI进行演示，指出演示过程中的重点、难点，再对源程序进行剖析讲授。最后，通过一些综合性案例程序（如虚拟多路数字示波器、温度采集与报警系统、任意波形发生器等）将LabVIEW中各知识点进行综合运用并讲解。所有案例程序均放置在课程网站上，供学生课后学习参考。然后在实验课中，要求学生先将课堂上讲过的实例自己编程练习，然后再做一些综合性较强的实验。

2.实验室教学

通过实践发现，课堂多媒体教学方式存在信息量过大，课堂讲解与课后上机练习衔接不紧密等特点，致使学生上机时对所学内容已经遗忘，教学效果不是很理想。因此，课程组将虚拟仪器调整到新建的虚拟仪器实验室进行讲解，并改用小班上课，保证每个学生一套实验设备。这样，在讲解简单程序时，学生同步和教师一起编程实现。对于一些综合性强的程序，教师带领学生一起分析其原理、前面板、程序框图的设计思路，并调试运行。然后，留出一定的时间，让学生们在课堂上自己编程实现，有问题及时和教师交流，这样讲授和动手实践紧密融合在一起，边讲边练，学生在课堂上就对所讲内容练习掌握，激发了学生的学习兴趣、提高了学习效率。
3.项目教学法 在实验室教学取得不错的效果后，课程组对项目教学法进行了探索。项目教学法也称为“基于项目活动的研究性学习方法”，突出特点在于学习过程中实践和研究活动相融合，旨在让学生更加积极、有目的、自主在完成项目过程中达到知识的构建。在项目的选取上，要求能突破课程的重点和难点，让学生对问题进行深入的了解，充分发挥其积极性和创造性，又要着眼现实，让学生在教师的引导下，能够顺利完成。[5]在教学活动中，教师将需要解决的问题以项目的形式交给学生，从信息的收集、方案的设计与实施，到完成后的评价由其独立完成。通过项目的实施，要使学生能够了解和把握完成项目每一个环节的基本要求与整个过程的重点难点，教师在教学过程中起到咨询与指导作用。[6]
在项目实施中，根据实验室具体情况课程组选择了虚拟示波器、虚拟信号发生器、虚拟温度测控系统等多个项目供学生选择。学生也可根据自己的兴趣爱好自选项目。选定项目后，学生借助查阅相关资料、收集信息，确定项目具体任务，并制定一个项目实施计划表（项目总体时间安排，各阶段任务及预期采用的手段），并得到教师的认可。
项目实施计划表制定完成后，具体实施过程如下：学生以小组形式讨论，确定项目的总体设计方案及详细设计步骤，并非配任务。然后做硬件部分的学生查找满足项目性能指标要求的传感器、数据采集卡、信号调理模块等，并共同协作完成硬件电路的搭建和调试；软件设计采用模块化的设计方法，每位学生负责一个功能相对独立的模块的设计及调试，各模块调试完成后，软件部分要进行整体调试。最后进行软硬件结合，系统联调，不完善的地方要分析原因并改进，最终完成设计要求。
项目完成后，小组成员通过实物演示、PPT答辩等手段来展示研究成果。教师通过课题选择、计划表的制定、成果展示、学生在完成项目过程中的表现来评定成绩。在评定时，强调培养学生自学能力和综合应用知识解决实际问题的能力，关注学生在项目教学中的知识进步。源于：论文格式字体www.618jyw.com

三、考核方式

课程教学组采用“平时成绩+期末考试”的考核方式。平时成绩来源于学生的课堂表现和实验的完成情况，体现学生对该课程的学习态度和实际动手操作能力的强弱；期末考试采取开放式上机的方式进行，要求学生基于LabVIEW平台在四周时间内，完成一个较为综合的测控系统（如双容水箱水位监控系统）的设计实现，功能可自由发挥。这部分主要考核学生对所学知识的综合运用能力和创新能力。实践证明，该方式比较适合虚拟仪器这种实践性较强课程的考核，同时也能提高学生的学习。
四、结束语
经过多年实践，课程组通过合理选择教学内容、采用多媒体教学和项目教学方法、加强实践教学和采取科学的考核方式等教学措施，取得了良好的教学效果，培养了学生的创新能力、动手能力和实际解决问题的能力。
参考文献：
吴爱华，茅靖峰，华亮，等.虚拟仪器技术课程教学的探索与实践[J].中国教育装备，2009，（15）：30-31.
刘玉秋，曹生现.虚拟仪器技术课程教学实践研究[J].实验技术与管理，2010，27（6）：156-157，183.
[3]赵国忠.虚拟仪器课程与实验室建设及教学实践

(一)[J].国外电子测量技术，2009，28（5）：14-16.

[4]赵国忠.虚拟仪器课程与实验室建设及教学实践

(二)[J].国外电子测量技术，2009，28（6）：14-16.

[5]张艳，高军萍，高振斌，等.《通信原理》实验项目教学新模式探索[J].武汉大学学报（理学版），2012，58（S2）：157-159.
[6]郭杰，周祥才，张美凤.项目教学法在“虚拟仪器技术”课程教学中的应用研究[J].科技信息息，2011，（18）：130-133.
（责任编辑：刘辉）