吳愛(ài)華　茅靖峰　華　亮　張　齊

摘要 針對(duì)虛擬儀器技術(shù)課程的特點(diǎn)，從課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實(shí)踐教學(xué)等方面展開(kāi)有益的探索。論述本課程教學(xué)小組在虛擬儀器技術(shù)教學(xué)內(nèi)容的選材，如何在教學(xué)中注重教學(xué)引導(dǎo)、運(yùn)用案例法和多媒體教學(xué)，強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)，采用科學(xué)的課程考核方式等問(wèn)題上的具體措施。

關(guān)鍵詞 虛擬儀器；教學(xué)方法；案例法；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.3；TP216 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-489X（2009）15-0030-02

Exploration and Practice on Teaching of Virtual Instruments Technology//Wu Aihua, Mao Jingfeng, Hua Liang, Zhang Qi

Abstract According to the course characteristics of virtual instruments technology, this paper does some beneficial exploration in teaching contents, teaching methods and practice teaching. Several topic in the course teaching were discussed, such as how to choose teaching contents, carry out teaching introduction, implement case-study method and multimedia teaching, strengthen practice teaching, adopt scientific examination method. Furthermore, the specific teaching measures of the writer course teaching group were given.

Key words virtual instruments；teaching method；case-study method；project-driving method

Authors address Institute of Mechanical Engineering, Nantong University, Nantong, Jiangsu 226019

1 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬儀器（簡(jiǎn)稱VI）技術(shù)已逐步成為構(gòu)建現(xiàn)代測(cè)量?jī)x器與自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的重要手段，受到眾多科研與工程技術(shù)人員的廣泛關(guān)注，其應(yīng)用領(lǐng)域遍及教育、交通、通訊、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各種行業(yè)[1]。在此背景下，越來(lái)越多的高校組建虛擬儀器技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，并開(kāi)設(shè)相關(guān)理論課程，以培養(yǎng)虛擬儀器技術(shù)類(lèi)的科研與應(yīng)用人才。然而，虛擬儀器技術(shù)是一門(mén)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、電子技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)和軟件工程方法等專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用技術(shù)類(lèi)課程。在有限的課程學(xué)時(shí)下，如何培養(yǎng)出理論與實(shí)踐技能并重，能夠利用工程整體觀念來(lái)分析和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的學(xué)生，是一個(gè)需要不斷探討的問(wèn)題。

南通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院虛擬儀器技術(shù)課程教學(xué)小組針對(duì)虛擬儀器技術(shù)這門(mén)課程的特點(diǎn)，從注重教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)這3個(gè)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)虛擬儀器技術(shù)的基本理論知識(shí)、實(shí)踐技能、工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，取得較好的效果。本文從以下幾個(gè)方面闡述課程教學(xué)小組對(duì)虛擬儀器技術(shù)這門(mén)課程教學(xué)的探索與實(shí)踐情況。

2 教學(xué)探索與實(shí)踐

2.1 合理安排教學(xué)內(nèi)容軟件是虛擬儀器技術(shù)的特征與核心，硬件是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。考慮到市場(chǎng)的應(yīng)用格局和教學(xué)資源的成熟度，課程教學(xué)小組選擇NI公司的LabVIEW虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)以及與其相關(guān)DAQ數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)，作為課程的理論與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。

開(kāi)設(shè)的虛擬儀器技術(shù)課程由理論教學(xué)（虛擬儀器技術(shù)的背景知識(shí)、圖形化編程語(yǔ)言原理和數(shù)據(jù)采集原理及硬件配置）和實(shí)踐教學(xué)（課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)）2部分組成。前者側(cè)重虛擬儀器技術(shù)的概念、組成原理和LabVIEW軟件應(yīng)用的基本知識(shí)，后者重點(diǎn)突出應(yīng)用技能的基本訓(xùn)練與綜合設(shè)計(jì)，2個(gè)部分有機(jī)結(jié)合，互為映證。

在少學(xué)時(shí)的教學(xué)情況下，圖形化編程語(yǔ)言及其課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容不可能面面俱到，適宜于采用內(nèi)容由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的授課及實(shí)驗(yàn)方式，如從必選的程序結(jié)構(gòu)、復(fù)合數(shù)據(jù)、圖形顯示、字符串和文件I/O等，到選做的函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字示波器、頻率/相位計(jì)等。讓學(xué)生循序漸進(jìn)，不斷熟悉虛擬儀器的編程設(shè)計(jì)和調(diào)試方法，達(dá)到真正“實(shí)用”“會(huì)用”的目的。

同時(shí)將課程教學(xué)小組成員主持和完成的多項(xiàng)LabVIEW測(cè)控系統(tǒng)課題的科研成果融入到教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過(guò)參觀和現(xiàn)場(chǎng)講解虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用案例的實(shí)物成果[2-4]，如磁懸浮轉(zhuǎn)子、集成起動(dòng)/發(fā)電機(jī)和超聲電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

2.2 注重課程入門(mén)的引導(dǎo)在課程授課初期，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并培養(yǎng)形成良好的虛擬儀器技術(shù)學(xué)習(xí)思路，對(duì)學(xué)生展開(kāi)積極的課程入門(mén)引導(dǎo)工作是非常必要的。

在此方面，首先對(duì)課程的第一章概述部分花較大的氣力進(jìn)行生動(dòng)充實(shí)的講解。向?qū)W生講明諸如虛擬儀器的定義、特征、歷程、組成、分類(lèi)及主流軟件等問(wèn)題，并應(yīng)用實(shí)例法，介紹LabVIEW的典型應(yīng)用案例，給出實(shí)物照片以及DAQ樣品板，力爭(zhēng)勾勒出一幅LabVIEW應(yīng)用、發(fā)展和前景的全貌，以使在本課程的起始階段就能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。此外，較詳細(xì)地介紹課程的主要教學(xué)內(nèi)容、目的、形式、章節(jié)間的相互關(guān)系及學(xué)習(xí)進(jìn)度安排等，使學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)有一個(gè)總體把握，提高學(xué)生對(duì)課程的認(rèn)知度，降低畏懼感。

針對(duì)虛擬儀器技術(shù)的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，向?qū)W生推薦一些優(yōu)秀的虛擬儀器/LabVIEW學(xué)習(xí)網(wǎng)站和參考書(shū)籍，豐富其對(duì)虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用面和實(shí)際應(yīng)用案例的了解，以進(jìn)一步明確學(xué)習(xí)目的。同時(shí)，要求學(xué)生在自己的機(jī)器上安裝和使用LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境，鼓勵(lì)學(xué)生多閱讀、模仿和分析經(jīng)典的VI子例，使其快速進(jìn)入學(xué)習(xí)角色。

2.3 采用多媒體和案例法教學(xué)教學(xué)手段的優(yōu)劣直接影響到教學(xué)效果。虛擬儀器技術(shù)課程知識(shí)面廣、圖表繁多，實(shí)踐性強(qiáng)，為了提高教學(xué)效果，課程教學(xué)小組利用多媒體進(jìn)行教學(xué)。制作的多媒體課件不僅能夠簡(jiǎn)單明了地概括出各章節(jié)的知識(shí)要點(diǎn)，還大量運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)資源，將虛擬儀器/LabVIEW的新技術(shù)、新應(yīng)用以及具有代表性的表格、圖形、圖像和動(dòng)畫(huà)搬進(jìn)課堂，努力給學(xué)生創(chuàng)造出一個(gè)圖文并茂、有聲有色、生動(dòng)逼真的教學(xué)環(huán)境。

對(duì)于圖像化編程語(yǔ)言部分，僅采用多媒體課件進(jìn)行講解是不夠的。在有限的理論課時(shí)中，不可能對(duì)G語(yǔ)言中種類(lèi)繁多的功能控件和函數(shù)節(jié)點(diǎn)的屬性、使用方法和調(diào)試流程用PPT頁(yè)面描述得面面俱到。因此，課程教學(xué)小組將LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境搬入課堂，采用案例演示和分析的方法進(jìn)行G語(yǔ)言的講授。對(duì)于G語(yǔ)言中某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)或幾個(gè)小的知識(shí)點(diǎn)教學(xué)，課程教學(xué)小組制作短小精悍而又緊扣相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的VI案例。教學(xué)過(guò)程中，先將案例VI進(jìn)行演示，指出演示過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題，再對(duì)源程序進(jìn)行剖析，并著重精練講授。對(duì)于G語(yǔ)言中多知識(shí)點(diǎn)的綜合運(yùn)用教學(xué)，課程教學(xué)小組制作綜合型案例程序，如溫度采集與報(bào)警系統(tǒng)、模擬汽車(chē)控制面板、多路數(shù)字錄波器等。在講授完多個(gè)知識(shí)點(diǎn)后，給出相關(guān)案例程序的現(xiàn)場(chǎng)演示，然后打開(kāi)源程序，講授其中的關(guān)鍵算法及注意事項(xiàng)。這些案例VI程序均放置在課程網(wǎng)站上，要求學(xué)生課下消化理解，并挖掘出深層次的問(wèn)題。

2.4 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)虛擬儀器技術(shù)課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)包括課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)2個(gè)部分。

課內(nèi)實(shí)驗(yàn)是在課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，鞏固理論知識(shí)，培養(yǎng)動(dòng)手能力和初步設(shè)計(jì)技能，增強(qiáng)解決問(wèn)題和分析問(wèn)題能力的必要教學(xué)一環(huán)。課程教學(xué)小組在實(shí)驗(yàn)教學(xué)日程安排上，每一個(gè)單元的理論教學(xué)都安排有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，課時(shí)穿插進(jìn)行。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容安排上，為了讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上做到有的放矢，課程教學(xué)小組針對(duì)理論授課的知識(shí)點(diǎn)布置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容與理論課上講解的綜合型典型案例內(nèi)容類(lèi)似。這種安排方式，一方面可以督促學(xué)生能夠主動(dòng)地將每次理論課上的VI案例從課程網(wǎng)站上下載下來(lái)，認(rèn)真回顧、消化和模仿；另一方面可以使教師能夠階段性地及時(shí)獲得學(xué)生對(duì)理論課上的教學(xué)內(nèi)容掌握情況的全面反饋了解，并幫助學(xué)生進(jìn)一步鞏固以致活學(xué)活用理論知識(shí)，達(dá)到良好的技能訓(xùn)練的目的。

課程設(shè)計(jì)安排在全部理論課程講授完畢后進(jìn)行，時(shí)間為1周。它是對(duì)學(xué)生工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。課程教學(xué)小組應(yīng)用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法來(lái)開(kāi)展課程設(shè)計(jì)。學(xué)生以小組為單位，在選題庫(kù)中自由選題，利用書(shū)刊、網(wǎng)絡(luò)查找相關(guān)資料，自主形成完成項(xiàng)目的各種設(shè)計(jì)思路，然后在教師的指導(dǎo)下根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的硬件設(shè)備進(jìn)行具體方案實(shí)施。項(xiàng)目完成后，撰寫(xiě)總結(jié)報(bào)告。報(bào)告內(nèi)容不僅包括完整的技術(shù)報(bào)告，還要簡(jiǎn)要闡述項(xiàng)目開(kāi)展過(guò)程的經(jīng)歷（技術(shù)路線），總結(jié)在此項(xiàng)目中的收獲（如學(xué)到什么，以后做此類(lèi)項(xiàng)目時(shí)應(yīng)注意什么問(wèn)題等）。通過(guò)課程設(shè)計(jì)的鍛煉，學(xué)生將書(shū)本的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)真正融入自己的知識(shí)鏈，提高綜合能力[5]。

2.5 采用科學(xué)的考核方式科學(xué)合理的課程考核方法，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，形成務(wù)實(shí)的學(xué)習(xí)風(fēng)氣。課程教學(xué)小組將課程考核方式定為“平時(shí)成績(jī)＋期末考試＋閱讀報(bào)告”的綜合方式。平時(shí)成績(jī)來(lái)源于學(xué)生的課堂表現(xiàn)、平時(shí)作業(yè)、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)等方面的綜合，這一部分體現(xiàn)學(xué)生對(duì)本門(mén)課程的學(xué)習(xí)態(tài)度和對(duì)基本知識(shí)點(diǎn)的掌握程度；期末考試采用集中開(kāi)卷上機(jī)考試的方式進(jìn)行，要求學(xué)生在120分鐘的時(shí)間內(nèi)，在LabVIEW軟件平臺(tái)上設(shè)計(jì)完成一個(gè)限定命題的小測(cè)控系統(tǒng)，并允許一定的功能發(fā)揮，這一部分體現(xiàn)學(xué)生的實(shí)際操作能力和對(duì)知識(shí)點(diǎn)的靈活應(yīng)用設(shè)計(jì)能力；閱讀報(bào)告是在課程學(xué)習(xí)結(jié)束后，由學(xué)生自由命題的與虛擬儀器應(yīng)用技術(shù)相關(guān)的專業(yè)報(bào)告，這一部分體現(xiàn)學(xué)生對(duì)本課程知識(shí)的整體把握度與認(rèn)知深度。實(shí)踐證明，這種考核方式使學(xué)生非常重視學(xué)習(xí)過(guò)程，重視實(shí)踐環(huán)節(jié)，注重自主學(xué)習(xí)和動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

虛擬儀器技術(shù)課程教學(xué)小組通過(guò)合理選擇教學(xué)內(nèi)容，注重教學(xué)引導(dǎo)，運(yùn)用案例法和多媒體教學(xué)，強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)，采用科學(xué)的課程考核方式等教學(xué)措施，取得良好的教學(xué)效果。但對(duì)于這門(mén)知識(shí)結(jié)構(gòu)綜合性強(qiáng)、理論與實(shí)踐并重的新興課程來(lái)說(shuō)，教師應(yīng)始終堅(jiān)持以學(xué)生為主體的教學(xué)觀念，一方面通過(guò)科研項(xiàng)目的鍛煉，不斷提高自身的專業(yè)知識(shí)水平；一方面繼續(xù)深入探索與改革教學(xué)模式，努力激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性與積極性，切實(shí)提高教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]喬瑞萍.LabVIEW大學(xué)實(shí)用教程[M].第3版.北京:電子工業(yè)出版社,2008

[2]吳愛(ài)華,胡志忠.基于LabVIEW的微弱光電信號(hào)鎖相檢測(cè)技術(shù)[J].醫(yī)療設(shè)備信息,2005,20(12):4-6

[3]吳愛(ài)華,茅靖峰.混合動(dòng)力汽車(chē)ISG參數(shù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2008,20(24):267-269

[4]沈申生,華亮,吳彬.LabVIEW在超聲電機(jī)速度控制仿真中的應(yīng)用[J].傳感器與微系統(tǒng),2007,26(2):88-91

[5]向?qū)W軍,劉平,夏昌浩.基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)模式在“虛擬儀器技術(shù)”課程的應(yīng)用[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2006,28(3):18-20