虚拟仪器技术课程教学的探索与实践

吴爱华　茅靖峰　华　亮　张　齐

摘要 针对虚拟仪器技术课程的特点，从课程教学内容、教学方法和实践教学等方面展开有益的探索。论述本课程教学小组在虚拟仪器技术教学内容的选材，如何在教学中注重教学引导、运用案例法和多媒体教学，强化实践环节，采用科学的课程考核方式等问题上的具体措施。

关键词 虚拟仪器；教学方法；案例法；项目驱动法

中图分类号：G642.3；TP216 文献标识码：A 文章编号：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

随着计算机技术的迅猛发展，虚拟仪器（简称VI）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、通讯、工业、农业等各种行业[1]。在此背景下，越来越多的高校组建虚拟仪器技术实验室，并开设相关理论课程，以培养虚拟仪器技术类的科研与应用人才。然而，虚拟仪器技术是一门集计算机技术、数字信号处理技术、电子技术、标准总线技术和软件工程方法等专业知识的应用技术类课程。在有限的课程学时下，如何培养出理论与实践技能并重，能够利用工程整体观念来分析和设计系统的学生，是一个需要不断探讨的问题。

南通大学机械工程学院虚拟仪器技术课程教学小组针对虚拟仪器技术这门课程的特点，从注重教学内容、教学方法、实践教学这3个环节，加强学生对虚拟仪器技术的基本理论知识、实践技能、工程应用能力和创新意识的培养，取得较好的效果。本文从以下几个方面阐述课程教学小组对虚拟仪器技术这门课程教学的探索与实践情况。

2 教学探索与实践

2.1 合理安排教学内容软件是虚拟仪器技术的特征与核心，硬件是系统实现的基础。考虑到市场的应用格局和教学资源的成熟度，课程教学小组选择NI公司的LabVIEW虚拟仪器开发软件平台以及与其相关DAQ数据采集硬件系统，作为课程的理论与实践教学内容。

开设的虚拟仪器技术课程由理论教学（虚拟仪器技术的背景知识、图形化编程语言原理和数据采集原理及硬件配置）和实践教学（课内实验和课程设计）2部分组成。前者侧重虚拟仪器技术的概念、组成原理和LabVIEW软件应用的基本知识，后者重点突出应用技能的基本训练与综合设计，2个部分有机结合，互为映证。

在少学时的教学情况下，图形化编程语言及其课内实验教学内容不可能面面俱到，适宜于采用内容由简单到复杂的授课及实验方式，如从必选的程序结构、复合数据、图形显示、字符串和文件I/O等，到选做的函数发生器、数字示波器、频率/相位计等。让学生循序渐进，不断熟悉虚拟仪器的编程设计和调试方法，达到真正“实用”“会用”的目的。

同时将课程教学小组成员主持和完成的多项LabVIEW测控系统课题的科研成果融入到教学环节中，通过参观和现场讲解虚拟仪器技术的应用案例的实物成果[2-4]，如磁悬浮转子、集成起动/发电机和超声电机状态监测系统等，调动学生的学习热情。

2.2 注重课程入门的引导在课程授课初期，为了提高学生的学习兴趣，并培养形成良好的虚拟仪器技术学习思路，对学生展开积极的课程入门引导工作是非常必要的。

在此方面，首先对课程的第一章概述部分花较大的气力进行生动充实的讲解。向学生讲明诸如虚拟仪器的定义、特征、历程、组成、分类及主流软件等问题，并应用实例法，介绍LabVIEW的典型应用案例，给出实物照片以及DAQ样品板，力争勾勒出一幅LabVIEW应用、发展和前景的全貌，以使在本课程的起始阶段就能激发学生的学习热情。此外，较详细地介绍课程的主要教学内容、目的、形式、章节间的相互关系及学习进度安排等，使学生对本课程的学习有一个总体把握，提高学生对课程的认知度，降低畏惧感。

针对虚拟仪器技术的学习特点，向学生推荐一些优秀的虚拟仪器/LabVIEW学习网站和参考书籍，丰富其对虚拟仪器技术的应用面和实际应用案例的了解，以进一步明确学习目的。同时，要求学生在自己的机器上安装和使用LabVIEW开发环境，鼓励学生多阅读、模仿和分析经典的VI子例，使其快速进入学习角色。

2.3 采用多媒体和案例法教学教学手段的优劣直接影响到教学效果。虚拟仪器技术课程知识面广、图表繁多，实践性强，为了提高教学效果，课程教学小组利用多媒体进行教学。制作的多媒体课件不仅能够简单明了地概括出各章节的知识要点，还大量运用网络资源，将虚拟仪器/LabVIEW的新技术、新应用以及具有代表性的表格、图形、图像和动画搬进课堂，努力给学生创造出一个图文并茂、有声有色、生动逼真的教学环境。

对于图像化编程语言部分，仅采用多媒体课件进行讲解是不够的。在有限的理论课时中，不可能对G语言中种类繁多的功能控件和函数节点的属性、使用方法和调试流程用PPT页面描述得面面俱到。因此，课程教学小组将LabVIEW开发环境搬入课堂，采用案例演示和分析的方法进行G语言的讲授。对于G语言中某一个知识点或几个小的知识点教学，课程教学小组制作短小精悍而又紧扣相关知识点的VI案例。教学过程中，先将案例VI进行演示，指出演示过程中的关键问题，再对源程序进行剖析，并着重精练讲授。对于G语言中多知识点的综合运用教学，课程教学小组制作综合型案例程序，如温度采集与报警系统、模拟汽车控制面板、多路数字录波器等。在讲授完多个知识点后，给出相关案例程序的现场演示，然后打开源程序，讲授其中的关键算法及注意事项。这些案例VI程序均放置在课程网站上，要求学生课下消化理解，并挖掘出深层次的问题。

2.4 加强实践教学环节虚拟仪器技术课程的实践教学环节包括课内实验和课程设计2个部分。

课内实验是在课堂教学的基础上，巩固理论知识，培养动手能力和初步设计技能，增强解决问题和分析问题能力的必要教学一环。课程教学小组在实验教学日程安排上，每一个单元的理论教学都安排有相应的实验环节，课时穿插进行。在实验教学内容安排上，为了让学生在实验课上做到有的放矢，课程教学小组针对理论授课的知识点布置实验内容，实验设计内容与理论课上讲解的综合型典型案例内容类似。这种安排方式，一方面可以督促学生能够主动地将每次理论课上的VI案例从课程网站上下载下来，认真回顾、消化和模仿；另一方面可以使教师能够阶段性地及时获得学生对理论课上的教学内容掌握情况的全面反馈了解，并帮助学生进一步巩固以致活学活用理论知识，达到良好的技能训练的目的。

课程设计安排在全部理论课程讲授完毕后进行，时间为1周。它是对学生工程设计和应用能力、创新意识和创新精神培养的重要环节。课程教学小组应用项目驱动教学法来开展课程设计。学生以小组为单位，在选题库中自由选题，利用书刊、网络查找相关资料，自主形成完成项目的各种设计思路，然后在教师的指导下根据实验室的硬件设备进行具体方案实施。项目完成后，撰写总结报告。报告内容不仅包括完整的技术报告，还要简要阐述项目开展过程的经历（技术路线），总结在此项目中的收获（如学到什么，以后做此类项目时应注意什么问题等）。通过课程设计的锻炼，学生将书本的理论知识和实践经验真正融入自己的知识链，提高综合能力[5]。

2.5 采用科学的考核方式科学合理的课程考核方法，可以调动学生自主学习的积极性，形成务实的学习风气。课程教学小组将课程考核方式定为“平时成绩＋期末考试＋阅读报告”的综合方式。平时成绩来源于学生的课堂表现、平时作业、课内实验及课程设计等方面的综合，这一部分体现学生对本门课程的学习态度和对基本知识点的掌握程度；期末考试采用集中开卷上机考试的方式进行，要求学生在120分钟的时间内，在LabVIEW软件平台上设计完成一个限定命题的小测控系统，并允许一定的功能发挥，这一部分体现学生的实际操作能力和对知识点的灵活应用设计能力；阅读报告是在课程学习结束后，由学生自由命题的与虚拟仪器应用技术相关的专业报告，这一部分体现学生对本课程知识的整体把握度与认知深度。实践证明，这种考核方式使学生非常重视学习过程，重视实践环节，注重自主学习和动手能力的培养。

3 结束语

虚拟仪器技术课程教学小组通过合理选择教学内容，注重教学引导，运用案例法和多媒体教学，强化实践环节，采用科学的课程考核方式等教学措施，取得良好的教学效果。但对于这门知识结构综合性强、理论与实践并重的新兴课程来说，教师应始终坚持以学生为主体的教学观念，一方面通过科研项目的锻炼，不断提高自身的专业知识水平；一方面继续深入探索与改革教学模式，努力激发学生的学习主动性与积极性，切实提高教学效果。

参考文献

[1]乔瑞萍.LabVIEW大学实用教程[M].第3版.北京:电子工业出版社,2008

[2]吴爱华,胡志忠.基于LabVIEW的微弱光电信号锁相检测技术[J].医疗设备信息,2005,20(12):4-6

[3]吴爱华,茅靖峰.混合动力汽车ISG参数在线监测系统[J].微计算机信息,2008,20(24):267-269

[4]沈申生,华亮,吴彬.LabVIEW在超声电机速度控制仿真中的应用[J].传感器与微系统,2007,26(2):88-91

[5]向学军,刘平,夏昌浩.基于项目的学习模式在“虚拟仪器技术”课程的应用[J].电气电子教学学报,2006,28(3):18-20