“虛擬儀器技術及應用”課程教學改革與實踐

謝川 辛昕 倪世宏

摘 ? ?要：文章以空軍工程大學為例，從“虛擬儀器技術及應用”課程教學現狀與存在的問題出發，提出了“虛擬儀器技術及應用”課程教學改革的策略，即重點在引入新的教學方法、設定不同層次的教學目標、充實實踐教學五節等。

關鍵詞：虛擬儀器技術;學導式教學法;教學改革

中圖分類號：G642.0 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2016）02-0004-02

虛擬儀器技術是電氣工程、自動化、計算機應用等領域的一項新興技術，目前已經得到了廣泛應用，并正在快速發展之中。為了幫助學生掌握這一新興技術，現階段國內高校理工科學校以及部分醫學院校都普遍開設了相關的課程。

從2010年開始，空軍工程大學將虛擬儀器技術相關知識納入到了課程知識體系中，并從2012年開始，單獨開設“虛擬儀器技術及應用”課程。根據人才培養方案，學校將“虛擬儀器技術及應用”課程定位為一門各專業通用專業基礎課、工具課，一般在三年級下學期或四年級上學期開設。經過前面基礎課程的學習，此時的學生對專業方向有了較為深入的了解，并具備基本的專業知識，教學效果應該不錯。然而，我們在課程教學過程中卻發現教學效果并沒有達到預期目標。通過與學生的深入溝通，我們認為其原因主要有以下幾方面。第一，學生對課程學習目的不明確，沒有認識到所學知識對培養職業能力的重要作用。第二，學習內容偏向軟件知識，對硬件系統搭設重視不夠或者有意回避。第三，教學形式上，僅有部分學生能主動參與到教學活動中，學習積極性沒有得到充分調動。第四，由于學時限制，要求在短時間內系統地傳授知識，加之沒有區別不同的教學目標，造成部分學生在面對大量新知識時無從下手，甚至畏難放棄。以上問題直接影響到學生對虛擬儀器技術的掌握，影響到教學目標的實現，有必要及時解決。

通過進一步討論分析，參考其他課程的改革經驗[1-4]，我們認為解決上述問題的關鍵在于對教學活動進行改革，激發學生的內動力，提高學生學習興趣。為此，在教學過程中，我們根據課堂教學及實踐教學兩大環節特點，對教學組織及教學內容進行了一些改革，引入了新的教學方法，改革了課程教學內容，重新設計了實踐教學的組織形式，通過多種手段，鍛煉學生的實踐動手能力，培養學生分析問題和解決問題的能力，養成自主學習習慣，從而全面提高學生的綜合素質。通過本文所介紹的方法，學生的學習積極性得到了明顯提高，學習效果得到了顯著提升，效果顯著。

一、引入新的教學方法

根據“虛擬儀器技術及應用”課程特點，參考其他課程的實踐經驗，我們引入了“學導式”教學法[5-6]。將整個課程教學分為課前預備、學生自學、集中解惑以及演練交流等環節，通過各環節之間的有機配合，構成了課程教學閉環。根據各環節的任務及特點，分別明確了教師、學生在不同環節中的主體地位、任務以及教與學的方法。具體有以下一些體會。

第一，牢固樹立以學生為教學主體的理念，并在整個教學活動中堅持;在教學準備中應該從學生的實際學習情況入手，進行精心準備，在教學過程中應充分發揮學生自身作用，幫助他們實現自我完善、自我突破。

第二，在教學準備過程中，教師除了完成常規的課程內容準備外，還要進行資料文獻收集整理、自主實驗組織、學生大作業輔導檢查等其他工作，教師的工作量會有較大的增加。

第三，采用學導式教學法對教師的能力素質提出了較高的要求，由于絕大部分的教學時間都是以學生為主導，教師無法開展預先準備，這就要求教師的基本功扎實，對相關領域的知識掌握充分，具備駕馭課程教學的能力。

二、革新教學內容及目標要求

作為一門正在快速發展之中的新興技術，虛擬儀器技術的教學內容對于學生來說比較新穎，在短時間內系統學習具有一定的難度。此外，作為一門工具課，如果只單純介紹虛擬儀器技術本身知識，可能會造成學生為了學習而學習，降低學生學習的主觀能動性，不利于培養學生的專業能力。為此，必須對課件教學內容進行革新以適應學生學習需求。主要做法包含以下幾個方面。

（一）注重課程間的聯系

幫助學生理解虛擬儀器技術在其他課程中的應用以及對于培養專業能力中的作用，及早建立較為全面的專業知識框架。在教學過程中加強對虛擬儀器新技術、新系統、新應用的介紹，加強對日常生活中的應用的介紹，提高學生對虛擬儀器技術的感性認識，激發學生學習興趣。此外，還注意加強對虛擬儀器技術在任職崗位中應用的介紹，使學生提早了解在今后崗位中虛擬儀器技術的應用情況，幫助學生迅速明確學習目的，提高學習內動力。

（二）設置多層次的課程學習要求

將課程學習目標分別設置為：初級：具備基礎虛擬儀器編程能力，會讀虛擬儀器程序，理解程序所實現的功能以及系統實現思路;中級：會利用虛擬儀器技術實現軟件或硬件功能模塊，理解系統設計目標，會具備根據系統目標自主完成模塊設計、模塊調試、模塊交付等工作;高級：會根據任務進行系統整體設計，相對自主進行系統設計、任務分工、系統集成等工作。

在教學實踐中，學生的選擇出現了較為明顯的紡錘形分布，即大多數學生選擇第二級目標，其他兩種目標選擇的人較少，說明大多數學生對自己有準確的定位。通過設置上述三個層次的目標允許學生根據自己的整體目標為本門課程的學習設置不同層級的學習目標，根據學生的不同特點，分別為每種層次規定了明確的教學內容以及能力目標，使每一個學生都能找到適合自己的學習目標，避免了由于設定不切實際的學習目標而導致的學習興趣不高的問題。

（三）構架模塊化教學內容體系

按照教學內容之間的相互聯系，將內容分為軟件、硬件兩大部分。在軟件部分，設置了程序結構、數據操作、文件操作、圖形展示、數據通信等知識模塊;在硬件部分，設置了儀器控制、數據采集、硬件系統調試等知識模塊。按照學生的認知規律，由易及難，從局部到整體。在教學過程中既強調知識模塊之間的相互關聯，又注意知識模塊之間的相互獨立，適當地對所用的其他模塊知識進行回顧，避免由于沒有掌握一個知識模塊而影響到整個課程的學習。

三、實踐教學環節

第一，將課程實踐條件建設放到學科專業條件建設的大局中。實踐條件建設水平的高低，直接決定著本課程的教學效果。為了解決實踐條件建設問題，我們積極參與學科專業條件建設工作，將虛擬儀器技術思想貫穿于實驗室建設整個過程中，搭建了從信號源到數據分析的完整的實踐鏈條。極大地改善了教學實踐條件，激發了學生的學習興趣。

第二，針對學時數偏少的實際，將實踐環節向實驗室以外進行擴展。為了充分調動學生學習積極性，自覺將課外時間用于課程學習，我們自籌資金10萬余元采購了便于學生使用的NI ELVIS以及MyDAQ套件，配置了方便攜帶的標準信號源，使學生能夠根據自己的時間靈活安排，做到隨時隨地開展課程實踐活動。此外，對于一些價格便宜的器件，有意識地安排學生自行購買，培養學生器件選型能力，同時也促使他們珍惜實踐機會，提高實踐能力。對于教師來說，需要注意加強與學生的課后溝通，及時了解學生的實踐學習情況，對一些共性問題在學生集中時及時講解。

第三，強調在實踐環節中培養學生的自主學習能力。改革課程考核方法，將重點放到考核學生解決實際問題能力上。在學生具備虛擬儀器技術基本知識后，及時引導學生從日常學習、生活中尋找力所能及的、能夠利用虛擬儀器技術加以解決的問題，以解決這些問題為目標，在教師的幫助之下，相對獨立地完成形成研究小組、完成任務分工、制定解決方案、查閱相關資料、采購設備器材、搭建硬件系統、調試軟件程序、展示研究成果等環節。在實踐中鍛煉學生解決實際問題的能力，培養自主學習習慣，品嘗解決問題的快樂，激發學生學習的主動性。

在“虛擬儀器技術及應用”課程教學過程中，我們引入了適合于教學內容及教學對象特點的教學方法;對課程內容進行了優化，設定了不同層級的教學目標;充實了實踐環節重視培養學生的主動性、創造性。除了上述三個方面的舉措之外，我們還采取了加強課程互動設計，改革了課程考核評價方式，充實了教輔資料等措施共同推進課程教學。

為了驗證教改效果，我們在兩個教學期班共106名學生中進行了問卷調查。其中，有90%的學生認為課程教學目標符合學生實際，有86%的學生表示積極參與了課程學習，有82%的學生表示基本掌握了虛擬儀器技術。對比改革前的結果，均有較大幅度的提高，表明學生對教學改革措施普遍接受，學生學習內動力受到了激發，教學效果得到了顯著提升。

下一步，我們將認真總結課程教學活動的經驗教訓，進一步在教學方法、實踐環節以及提高學習參與度等方面進行改革、實踐，幫助學生更快更好地掌握專業知識。

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