《虚拟测试技术》课程的教学定位与教学改革

汪弦

摘要：《虚拟测试技术》是电子信息工程专业及自动化专业的一门专业课程，教学中引发了教师对课程性质及教学改革的思考，将课程定位于实践应用和专业课程辅助学习工具，并在课程教学中引入分组合作实验法，从而提高课程教学效果。

关键词：虚拟测试技术；分组合作实验法；教学改革

中图分类号：G642.0？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）02-0050-02

一、虚拟测试技术的简介

虚拟仪器的核心为“软件就是仪器”，即用软件模拟仪器的功能，其利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，如开关、旋钮、仪表盘等，通过多种方式表达输出检测结果，并结合计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理，通过I/O接口完成信号的采集、测量和处理[1]。虚拟仪器软件简单易用的图形化编程界面，丰富美观的控件，广泛的硬件支持和大量的算法工具包，使其在测控行业被广泛的认同，同时虚拟仪器开发软件中集成了如自动控制原理、数字信号处理、通信原理等相关专业知识模块，有利于在专业课程学习过程中构建实验环境，在理工科的实验教学方面也得到越来越多的应用。

二、虚拟测试技术的教学定位

虚拟测试技术开发软件提供了大量的开发模块，如Control Design and Simulation（控制设计与仿真）、Image and Signal Processing（图像和信号处理）和Industrial Monitoring and Control（工业监测与控制）等，同时还提供了种类齐全的信号采集电路板，这些开发模块及配套的硬件模块能够模拟专业课程的实验教学环境，亦能满足测控行业的广泛需求。基于以上特性，虚拟测试技术具备了辅助教学的功能以及较好的就业前景，因此在教学过程中，将《虚拟测试技术》课程性质定义为一门实际应用课程及教学辅助工具，在教学过程中加强理论知识与实际应用的结合，并注意《虚拟测试技术》与《自动控制原理》、《数字信号处理》、《通信原理》等专业课程之间的联系，通过虚拟仪器模拟实验环境，进而提高学生对相关专业知识的学习效率，降低部分专业实验室的构建成本。在教学设计中可将虚拟测试技术的教学目的分为两部分：实际应用与辅助教学。

三、虚拟测试技术的教学改革

传统的教学方法中，教学安排为理论课时和实验课时，而且实验课时量偏少，教师在理论课上纯粹地讲授课程内容，将每一步实际操作都做详尽的交待或示范，再由学生在课后或是实验课上机械地模仿整个过程，这样的教学方式虽然能使学生在短时间内掌握教材内容，但是不利于学生对知识的真正理解和灵活应用，局限了学生的思维，约束了学生的创造力和想象力，也使部分学生对课程兴趣不足，课后的学习积极性不强，因而导致教学效果不理想。针对传统教学方法的不足，在虚拟测试技术的教学过程中，将理论教学融合在实验教学中，所有课时都安排在计算机机房进行，使学生便于将理论知识与实际操作结合。同时，在教学中提出分组合作实验法，以实验框架的形式布置给学生，学生按照每三人一组划分为若干组，每一组学生根据实验框架进行讨论，确定实验功能、细化实现方案、拟定实验的具体实现过程，进一步领会重要知识点以及实现中的难点，最后设计程序面板、编写代码，完成实验。通过融合了理论教学的分组合作实验教学法，学生思维的严谨性、开拓性得到了更好地训练、创新能力以及团队协作意识得到一定的提升，有利于适应今后就业的环境，满足企业需求。在分组合作实验教学法实施的过程中，应注意以下几个方面：

1.课程内容设计。课程内容的设计，要参照教学目的及教学进度安排，遵循三者相符合的原则，并将课程内容融合到实际应用中去，按照1：1安排实际应用实验与辅助教学实验：实际应用实验中选取了模拟交通灯系统设计、模拟小区蓄水供水系统设计、自动售卖机程序设计和TCP/IP通信系统设计；辅助教学实验中针对部分专业课程选取相关联的内容，例如与信号与系统专业相关的信号分析仪设计，涉及数字信号处理课程的IIR滤波器设计，与自动控制原理课程相关的二阶系统虚拟实验平台设计和针对通信原理课程的数字信号基带频带传输。这些实验的设计，涵盖了虚拟测试技术中大部分的基本知识要点，通过实际操作，学生能掌握虚拟测试软件的使用，面板设计与后台编程的基本方法，了解项目开发的流程以及虚拟测试技术在项目中的基础应用方法。

2.实验难度设计。针对学生学习基础及学习能力的差别，实验选取难易结合，阶梯式提高实验难度。实验要求分为基本模块和扩展模块，实验基本模块考察基本知识点的应用，拓展模块侧重于知识点的扩展应用，训练学生严谨、灵活、系统的编程思维，学生可以根据自己的兴趣自主选择相应的模块。例如在实际应用中的实验题“交通灯系统模拟设计”，实验基本要求为模拟交通信号灯，控制东西南北四向直行的交通运行，并可以自由的设置信号灯时间的长短；在该实验中设置了扩展模块，除了完成基本模块外，需要考虑路口的左转、右转信号指示；在辅助教学中的实验题“IIR滤波器的设计”，实验的基本要求为产生一个带有噪声的正弦信号，选择一种滤波器对其进行低通滤波，显示滤波前后的效果；课题中的扩展模块为综合滤波器设计，可以实现多种低通滤波器的自主选择，以及滤波器参数的自由调节。

3.实验点评。实验点评时讲授实验中所包含的知识点，解决学生在实验过程中存在的问题，并对小组实验设计成果进行检验。实验的点评主要侧重以下几个方面：（1）实验规划点评：包括实验功能的细化，实现方案的比较，实现方案过程中的重难点把握程度等，通过这些要点的点评，整合出最全面的实验设计，强化学生细致的分析能力和全面的综合能力；（2）实验知识点评：教师对实验中涉及的重难点知识进行讲解，提示知识点应用过程中需要注意的细节；并对辅助教学实验中的专业知识进行梳理，从而使学生能将各个学科的专业知识融合在一起，加强学科间的交流；（3）实验设计点评：对程序界面设计美观度、代码编写的规范性进行点评，培养学生良好的编程习惯及严谨的逻辑思考能力；（4）实验效果分析：需要对各个小组的完成情况进行统计，针对完成过程中普遍存在的问题进行更详细的讲授或是实例示范，同时对个别完成情况较差的小组给予重点辅导，以避免学生在课程内容的掌握水平上差距过大，使部分学生丧失学习兴趣。

四、结论与展望

在《虚拟测试技术》教学过程中，放弃纯理论教学，利用计算机机房良好的实际操作环境，达到更高质量的教学效果，并在课程考核中采用了用计算机考试替代卷面考试的方法，以便更真实准确地反映出学生的知识掌握水平。

教学过程中采用的分组合作实验教学法，打破了传统常规的教学模式，分组合作模式能够让学生提前感受到企业中团队协作的氛围。通过实验的精心选取，取得了较好的教学效果，实际应用实验侧重于提高学生解决现实问题的能力，而辅助教学实验有助于加强学科之间的联系，使学生对其他专业课程较抽象内容有形象的认知，对知识的理解和掌握起到较大的帮助。通过这种教学方式，学生能与教师形成良好的互动，一方面能够针对自己在实验设计中遇到的问题，通过思考和解决问题，巩固教师课堂上的知识，进一步加深印象，另一方面也激发了学生的学习兴趣。该方法在教学中取得了较好的效果。

随着网络信息时代的发展，虚拟测试技术的应用普及已经得到了越来越广泛的支持。通过着眼于实际操作能力的课程教学，学生能初步掌握虚拟仪器设计的基础技能和技巧，有志于在将来涉足虚拟仪器应用行业的学生，还可以通过参与全国虚拟仪器大赛，或是参加CLAD（LabVIEW助理开发员认证）、CLD（LabVIEW开发员认证）甚至是CLA（LabVIEW架构师认证）考试，将自己的技能提升到更专业的水平，为自己将来的就业铺设一条更宽的道路。

参考文献：

[1]姜香菊，路小娟，廖仲翠，苟军年.大学《虚拟仪器测试技术》课程实践教学改革与探索[J].中国教育普刊，2009，（6）：66-67.

[2]邹大鹏，吴百海，龙建军.基于虚拟仪器技术实现测试技术教学改革的研究[J].广东工业大学学报（社会科学版），2007，7（6）：104-107.

[3]尤丽华，周洋.基于虚拟仪器的测试技术试验教学系统建立[J].实验技术与管理，2011，28（2）：83-87.endprint