董浩斌　葛健

摘要：“虛擬儀器”是中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）自動(dòng)化學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)開設(shè)的專業(yè)選修課。本文擬結(jié)合“虛擬儀器”課程教學(xué)的內(nèi)在規(guī)律及主要目的，將“翻轉(zhuǎn)課堂”這一創(chuàng)新教學(xué)理念應(yīng)用到該課程，以期改變傳統(tǒng)教學(xué)中“以教師為中心”的模式，從而建立新的教學(xué)機(jī)制。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；測控技術(shù)與儀器；翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）51-0145-02

一、課程概況

“虛擬儀器”是中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）自動(dòng)化學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)開設(shè)的專業(yè)選修課，該課程要求學(xué)生掌握虛擬儀器的概念和基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)初步具備利用LabVIEW開發(fā)測控系統(tǒng)的能力，為將來利用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)測控系統(tǒng)和儀器儀表奠定基礎(chǔ)，因此在整個(gè)本科教學(xué)體系中占有重要地位。

本文的主要目的是測控技術(shù)與儀器專業(yè)本科生來展開研究，并以專業(yè)課“虛擬儀器”為例來對(duì)該專業(yè)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的應(yīng)用進(jìn)行研究和探索，以期改變傳統(tǒng)教學(xué)中“以教師為中心”的模式，從而建立新的教學(xué)機(jī)制。

二、教學(xué)模型設(shè)計(jì)

翻轉(zhuǎn)課堂通過對(duì)知識(shí)傳授和知識(shí)內(nèi)化的互換，從而改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式中的師生角色定位。該方法最早由美國邁阿密大學(xué)的Lage在“經(jīng)濟(jì)學(xué)入門”的教學(xué)中采用[1，2]。本文對(duì)“虛擬儀器”課堂時(shí)間的使用進(jìn)行重新規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的革新[3，4]。通過信息技術(shù)，為“虛擬儀器”學(xué)習(xí)者構(gòu)建出小組合作式的學(xué)習(xí)環(huán)境。為取得卓有成效的基于翻轉(zhuǎn)課堂的“虛擬儀器”的教學(xué)效果，本文首先構(gòu)建了下圖所示的基于翻轉(zhuǎn)課堂的“虛擬儀器”閉環(huán)教學(xué)模型。該教學(xué)模型包括課前自主學(xué)習(xí)和課上的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式學(xué)習(xí)兩部分。在這兩個(gè)過程之中，虛擬儀器學(xué)習(xí)支持體系和項(xiàng)目合作小組是翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)環(huán)境創(chuàng)設(shè)的兩個(gè)有力杠桿，它們的順利開展能夠有力保證個(gè)性化小組協(xié)作式學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建與生成，同時(shí)是教師與學(xué)生間、學(xué)生與學(xué)生間互動(dòng)的必要條件之一[5]。

在課前學(xué)習(xí)中。以觀看虛擬儀器教學(xué)微視頻、課前基本知識(shí)點(diǎn)練習(xí)為主。學(xué)生應(yīng)首先通過上節(jié)課發(fā)布的微視頻進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)預(yù)習(xí)；為保證學(xué)生的注意力能夠集中到教學(xué)視頻上，每段視頻的時(shí)間控制在15分鐘以內(nèi)。由于虛擬儀器教學(xué)以LabVIEW軟件為主要的軟件平臺(tái)，該軟件特別強(qiáng)調(diào)上機(jī)時(shí)間操作，因此擬在視頻教學(xué)完畢后，發(fā)布課前基本知識(shí)點(diǎn)上機(jī)練習(xí)題。在上述過程中，學(xué)生和教師可通過虛擬儀器QQ群進(jìn)行在線互動(dòng)，了解彼此之間的收獲與疑問，此外學(xué)生之間也能進(jìn)行互動(dòng)。對(duì)于課前練習(xí)的數(shù)量和難易程度，本課程通過開展實(shí)驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)合理設(shè)計(jì)，來幫助學(xué)生利用舊知識(shí)完成向新知識(shí)的遷移過渡。全部完成后，練習(xí)題的源代碼在指定時(shí)間內(nèi)由學(xué)生上傳至公共郵箱。

在課內(nèi)學(xué)習(xí)中。首先，在課前小程序練習(xí)中的高頻錯(cuò)誤點(diǎn)以及效果評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，確定學(xué)生的薄弱知識(shí)環(huán)節(jié)與問題，對(duì)課內(nèi)教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行重難點(diǎn)調(diào)整與劃分，并展開統(tǒng)一教學(xué)。隨后，為學(xué)生提供獨(dú)立學(xué)習(xí)時(shí)間：由學(xué)生自由搭建學(xué)習(xí)小組，對(duì)教師發(fā)布項(xiàng)目進(jìn)行合作研究，從而培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。在指定時(shí)間內(nèi)完成后，輪流由各個(gè)小組進(jìn)行成果PPT匯報(bào)。

三、教學(xué)效果評(píng)價(jià)

在完成上述的閉環(huán)教學(xué)過程后，授課老師需要根據(jù)交流結(jié)果，進(jìn)行課前和課內(nèi)效果的評(píng)價(jià)，并再次根據(jù)評(píng)價(jià)效果對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理。虛擬儀器課程是測控技術(shù)與儀器專業(yè)本科生在學(xué)習(xí)智能儀器、傳感器技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理等課程后的一門專業(yè)選修課程，LabVIEW是目前國內(nèi)外用途最廣的數(shù)據(jù)采集及分析處理軟件。通過該課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握虛擬儀器的概念和基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)初步具備開發(fā)虛擬儀器的能力。教學(xué)評(píng)價(jià)的要點(diǎn)如下。

1.虛擬儀器及LabVIEW入門：主要介紹虛擬儀器發(fā)展現(xiàn)狀，如何初步建立一個(gè)LabVIEW文件。

2.LabVIEW程序結(jié)構(gòu)：主要介紹循環(huán)結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、順序結(jié)構(gòu)及應(yīng)用編程；重點(diǎn)：LabVIEW循環(huán)結(jié)構(gòu)；難點(diǎn)：LabVIEW分支結(jié)構(gòu)。

3.LabVIEW數(shù)據(jù)類型：主要介紹數(shù)據(jù)類型，數(shù)組、簇、波形的應(yīng)用編程；重點(diǎn)：數(shù)組的應(yīng)用編程；難點(diǎn)：數(shù)組、簇的調(diào)用與運(yùn)算。

4.LabVIEW圖形顯示：主要介紹常用Graph控件、XY圖形控件、Chart控件以及圖形顯示控件的使用；重點(diǎn)：常用Graph控件的使用；難點(diǎn)：Graph控件與Chart控件的區(qū)分。

5.字符串和文件I/O：主要介紹字符串、文件I/O、字符串和文件I/O控件的作用；重點(diǎn)：字符串的應(yīng)用編程；難點(diǎn)：利用文件I/O控件來進(jìn)行文件的連續(xù)操作。

6.虛擬儀器數(shù)據(jù)采集：主要介紹信號(hào)的類型，虛擬儀器數(shù)據(jù)采集技術(shù)和LabVIEW中數(shù)據(jù)采集控件應(yīng)用；重點(diǎn)：虛擬儀器數(shù)據(jù)采集程序架構(gòu)的建立；難點(diǎn)：如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的不丟包采樣。

7.虛擬儀器信號(hào)分析與處理初步：主要信號(hào)分析與處理概述、頻譜分析控件、數(shù)字濾波、LabVIEW中數(shù)據(jù)分析與處理控件使用及編程；重點(diǎn)：數(shù)字濾波器；難點(diǎn)：如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)濾波數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

四、總結(jié)

本文針對(duì)在測控技術(shù)與儀器本科高年級(jí)學(xué)生的實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)課教學(xué)中，存在的難以實(shí)施因材施教、以教師為中心、互動(dòng)交流不夠等問題，以“虛擬儀器”為例來對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)進(jìn)行探索與實(shí)踐。研究基于翻轉(zhuǎn)課堂的“虛擬儀器”閉環(huán)教學(xué)模型，并歸納總結(jié)了相應(yīng)的教學(xué)效果評(píng)價(jià)要點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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