基于“Learning By Doing”的实践教学软件设计

2013-04-29崔文华

中国教育信息化·基础教育 2013年8期

关键词：实践教学创新能力

崔文华

摘要：为了适应社会对创新工程人才的需求，“做中学”成为当前工程教育改革的亮点。Learning By Doing模式下，作者引导学生参与工程项目全过程，让学生建立“工程”的概念，从而提高学生的学习兴趣和创新能力，取得了良好的教学效果。

关键词Learning by Doing；创新能力；实践教学

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2013）16-0067-03

一、引言

随着现代化建设的发展，经济社会对教育和人才的需求发生了深刻的变化，为迎接日益加剧的全球人才、科技和教育竞争，迫切需要全面提高教育质量，增加应用型、技能型、复合型、创新型人才的供给和培养。《国家教育事业发展第十二个五年规划》中提出以提高质量为教育改革发展的核心，以明显增强学生的学习能力、实践能力、创新能力为目标战略思想。

《虚拟仪器设计》为测控专业和电子信息专业的专业基础课程，该课程的教学目标是让学生学会应用图形化语言进行编程和设计，掌握数据采集卡和相应的硬件设施解决实际的测量问题。但该课程上课时间间隔较长，课本给定实例简单、独立、无关联、枯燥，通常学生的学习积极性不高，而且学完课程后，往往只会课本知识，不会开发项目，创新能力差，教学效果不好。因此如何提高学生的学习兴趣和培养学生的创新能力、解决问题的能力成为该课程教学重要的研究内容。

我校为地方高等学校，以培养应用型、技能型人才为主。笔者以“Learning by Doing”为教学模式开发了实验教学软件，以激发学生的学习兴趣、保护学生的好奇心，以培养学生独立思考、自由探索、勇于创新的能力为目标。教学软件注重学思结合，因材施教。

二、软件设计思想

“Learning by Doing”（学中做）的教学模式是美国CMU大学杜威提出的、经韦钰院士发起和积极倡导的全国教育科学“十五”规划重大课题之一，[1]目的是培养学生的工程学科的实践能力和工程素养。杜威把科学方法作为“Learning”的依据和程序，教师把某个情景以恰当的方式适时展示给学生，吸引学生的注意力，激发学生探究的热情，[2]让学生带着问题（或情境）去探讨课本理论知识，引领学生主动探究问题的答案，[3]在探究的过程中构架自己的知识结构。“Learing by Doing” 的主旨在于通过“Doing”的过程，动手尝试、体验、归纳和总结，以完成“Learning”的目的。[4]

“Learning by Doing”的教学步骤为：①给出一个已完成的项目，示范演示，给出一个情景，提出一些问题；②引起学生的好奇，探讨项目中的各个功能模块以及性能指标；并对项目中的各个模块实现的方法进行讨论；③确定各个功能模块的实现方法；④对学生进行分组，按照不同的方案，设计实验实现功能；⑤对实验结果进行验证调试，并记录收集数据，分析各个性能指标；⑥扩展延伸项目的功能，在示范项目的基础上，添加其他的新功能模块，达到培养创新能力的目的；⑦撰写报告，答辩完成项目演示，提高学生的语言表达能力和论文撰写的文字表达能力。

“Learning by Doing”的教学思路如图1所示。

三、教学软件设计

软件的制作运用了Labview的重要知识点：循环结构、事件结构、队列、子VI调用、ActiveX控件、选项卡、动态字幕等，涵盖了教学的大部分内容。软件本身作为整学期、分阶段实施教学的很好的虚拟仪器教学案例。[5][6]

软件包含五部分内容：课程介绍、项目演示（示波器）、项目模块功能分析、各功能模块实现、其他作品展示。软件框图如图2所示。

主界面设计的各功能模块以图片的布尔开关设计，当鼠标点击布尔开关的时候，触发事件发生，调用子VI程序。

1.课程介绍模块

课程介绍部分，是课程的总体介绍，让学生了解课程的性质、课程的要求、课程目标、教学内容、参考书目、进度安排、考核形式等。

因该部分控件数量多时，前面板可视部分容纳不下所有控件，在此情况下使用选项卡来完成。选项卡把控件分成不同的页面，每次只显示一个，利于软件的模块化。选项卡由多个页面组成，每个页面相对独立，可分别设置选项卡属性。[7]选项卡在容器选板中。

2.项目演示模块

项目演示部分主要采用视频演示的方式，将项目的的制作过程和项目的实际效果进行展示，给学生直观的印象，并激发学生的兴趣，以引出问题。[8]

该部分主要采用Active X容器实现。Active X容器为Labview用户设计前面板提供了多种组件，并可以访问属性和方法。用户直接将Active容器与属性节点或方法节点连接来访问其属性或方法。该前面板采用Active 容器嵌入视频文件，该视频文件采用屏幕录像软件录制，程序框图如图3所示。[9]

前面版设计过程为：插入Active X容器—添加播放路径—停止按钮。

程序框图设计通过IWMPPlayer4“属性节点”引用 Active X容器，通过URL读取目标路径，打开文件，通过IWMPControls完成播放和停止功能。程序框图如图3所示。

3.项目功能模块分析

该模块演示的是一个简易示波器的设计过程和实际效果，主要包含以下模块：登录界面与密码输入子程序；信号发生器部分包含正弦信号、三角波、方波（占空比可调）和锯齿波信号的产生；信号发生器频率、幅度、相位的调节；单通道和双通道信号显示；信号的频率相位和幅度等参数的测量；示波器有倍乘功能。

该模块主要作用是使学生有总体的设计理念，建立工程的概念。在演示的过程中，引导学生将系统模块化后，在案例的基础上增加其他功能，[10]最后将完善后的各功能模块组合在一起，完成一个系统的开发和设计。示波器演示结果如图4所示。

4.各模块的实现方法

项目模块化后，讨论各个模块实现的方法，将方法记录好，将学生分组，每个组用不同的方法实现，且每位学生完成一个模块。该部分只给出一种方案，其他方案要求学生自己查资料，通过课本已学的知识点自己创新完成。

在教学过程中给定一个简单的系统，让学生“动脑筋”探讨，“亲自动手”完善系统功能，在整个过程中让学生主动参与到教学过程中，自主学习，同时提高学生的创新意识。

5.其他作品

实验教学部分给出了其他四个项目，调制解调、基于声卡的音频分析、放大电路分析、简易计算器设计，每个模块的功能如下：

（1）调制与解调模块包含主界面、AM调制、DSB调制、SSB调制，分别分析了各种调制的输入和已调信号波形、解调后的波形；[11]

（2）基于声卡的音频分析通过声卡采集音频信号，[12]完成了声音的幅值、频率、电平测量，录制存储、回放声音；

（3）放大电路分析包含共射电路、共基电路、共集电路分析，各电路中输入信号频率、振幅、相位可调，电阻可调，分析了输入信号、输出信号波形，对电路的电压增益、输入电阻、输出电阻等参数进行计算；

（4）简易计算器设计：通过数组和簇的概念完成基本的数学计算。

上述作品综合运用了模拟电子电路、高频电子电路、信号与系统中的重要知识点，并用到了声卡驱动、串口通信、键盘按键设定等功能，[13]拓展知识面，培养了学生的创新能力。

四、结束语

软件呈现了Labview设计虚拟仿真项目的整个过程，让学生“边学边做”，建立“项目工程”的概念，采用项目驱动、模块教学法、启发式、引导法等新型教学方法，以提高学生的学习兴趣和动手能力。该软件为测控专业和电子信息专业提供了良好的学习范例，软件本身也可以作为整学期、分阶段实施教学的很好的虚拟仪器教学案例。

“Learning by Doing”创新意识培养的实践教学中，学生参与了整个项目开发过程，同时提高了学生查阅资料和运用知识的能力，提高了学生语言表达和写作能力，同时创新能力和运用知识的能力得到很大提升，取得很好的教学效果，得到学生和同行专家的好评。

参考文献：

[1]刘依，张晨曦，李江峰.Learning by Doing的教学模式与实践[J].计算机工程与科学，2011，33（z1）.

[2]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等教育工程，2008（3）：1-3.

[3]王朝成.基于项目的案例学习系统的研究与设计[D].浙江大学，2010：16-18.

[4]马勇军.“做中学”、“从做中学”、“教学做合一”的比较研究[J].青岛大学师范学院学报，2009，26（1）：23-24.

[5]蔡共宣.LabVIEW在多媒体教学课件设计中的应用[J].西南师范大学学报（自然科学版），2010（4）：155-158.

[6]戴宏亮.基于VB与LabVIEW的信号处理多媒体课件设计[J].实验室研究与探索，2011，30（10）：75-76.

[7]杨乐平，李海涛，赵勇等.Labview 高级程序设计[M].北京：清华大学出版社，2007：123-125.

[8]陈树学，刘萱.Labview宝典[M].北京：电子工业出版社，2011：99-106.

[9]魏宏波，刘笃喜.基于虚拟仪器技术的测控教学实验系统的构建[J].计算机工程与设计，2008，29（5）：1295.

[10]杨萍.基于虚拟技术的数字示波器的研制[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2009：32-35.