虚拟仪器课程教学改革与实践教学研究

刘淑聪　苏渤力　李亚南

摘 要 虚拟仪器是测控技术及仪器专业一门实践性很强的专业课程。本文针对课程的特点结合项目驱动式和案例式教学法对虚拟仪器课程的教学模式、实验实践教学方式进行了研究和探索。实践证明，学生实际动手能力和综合素质明显提高，教学效果十分理想。

关键词 虚拟仪器 教学改革 实践教学

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.10.060

Abstract "Virtual Instrument" is a very practical professional course in measurement and control technology and instrumentation. Based on the characteristics of the course and the project-driven and case-based teaching methods， this paper studies and explores the teaching mode and experimental practice teaching mode of the "Virtual Instrument" course. Practice has proved that the students' practical ability and comprehensive quality are obviously improved， and the teaching effect is very satisfactory.

Keywords Virtual Instrument； teaching reform； practice teaching

0 引言

虚拟仪器是测控技术与仪器专业一门实践性很强的专业课程。随着计算机技术和电子技术等的进步，虚拟仪器技术也得到了很大的发展，广泛应用于航空、航天、自动化、通讯、电子等各种领域。[1-2]该课程主要学习虚拟仪器及相关开发软件的基础知识，使学生掌握有关虚拟仪器设计的技能和方法，培养学生分析和解决测量、控制和仪器领域实际问题的能力，为进一步学习相关专业课程和从事测试测量与仪器技术工作奠定基础。[3-4]为了使学生今后能够更好地从事工作，使学生具备社会和企业要求的能力，课程组根据虚拟仪器课程的专业性和实践性，对课程的教学进行了一些研究，尝试新的教学方法和手段，探索了课程教学模式，结合项目驱动式和案例式教学法优化实验实践教学。实际教学结果表明，教学改革取得了较好的效果。

1 教学模式探索

1.1 课堂讲授与演示

虚拟仪器与传统仪器的不同之处在于它由测试硬件完成信号的采集与控制，而将信号分析与处理、结果表达式与输出让计算机来完成。虚拟仪器的硬件是基础，软件是核心。应用较广泛的软件开发平台比较多，在教学中选择图形化语言编程语言LabVIEW 进行讲授。因此课程主要介绍LabVIEW语言以及利用LabVIEW设计数据采集系统和虚拟仪器的方法。

根据课程的特点，教学学时安排为上机教学与实验教学相结合。上机教学中时采取讲练结合、边讲边练、强调实际练习。教师先进行知识点讲授，边讲授边演示，带着学生操作，让学生尽快熟悉LabVIEW的编程方法。这是学生学习新知识的阶段，可减少学生自己摸索的时间。知识点讲完了就可以带着学生做一个实际的练习程序，既能让学生掌握已经学习的知识，又能让他们体会成功的喜悦激发学生的热情。课堂中有到很多不同功能的VI，学生经常会觉得不够直观，不易理解，此时就需对具体实例进行演示和验证，加强教学效果。课后还可以给学生布置课本上的练习题和上机题，让学生消化所学内容并掌握知识，根据学生掌握情况不同，布置不同难度的练习，学生在编程的过程中就会不断发现问题并解决问题。

1.2 软硬件综合实验

实验教学可以为学生提供充分的动手实践的时间，在教学中为学生安排了验证性实验，设计性实验，还有开放性实验，既有上机实验，也有结合实验箱的实验。上机实验学生进行亲自编写设计程序，上机调试和实验，不断改进设计方法，能够较好地掌握软件编程相关知识。实验箱实验结合具体的硬件和虚拟仪器软件平台整体设计系统，综合性较强，根据目前实验室具有的虚拟仪器实验箱，为学生开设了虚拟仪器综合性实验和设计性实验，学生可以从硬件电路搭建、软件程序编写到整体调试，综合性地完成系统的设计，对提高学生实践能力、综合能力有重要的作用。

1.3 讨论式与主动式结合

在教学的过程中发现，要实现一个功能很多时候可以用不同的结构来实现，有多种答案。因此在教学中，极大地鼓励学生多思考多讨论，用自己的思路自己的方法来实现功能。鼓励学生从被动式的接受逐步到主动式的思考，充分调动学生的学习积极性，学习效果往往事半功倍。

2 案例式教学

在讲授知识点时，可以有针对性地采用案例式教学，使教学内容更加丰富，学生学习更加直观。案例式教学重在案例，因此各种案例是重点，这需要教师在教学中不断总结，提炼出对学生学习有用的案例，课程组在多年的教学中逐渐形成了一套案例库，并将课程做成了网络课程，将案例上传到课程中，一方面可以在教学中使用，另一方面也方便学生自学。比如在学习局部变量与全局变量时，除了课本的练习，还设计了一个温度控制系统，系统程序分为主VI与子VI，在设计的过程中同时运用了局部变量与全局变量。

3 多门课程结合提高综合能力

虛拟仪器是一门综合性很强的应用型课程，学生要真正学懂虚拟仪器，设计采集与测试系统，还需要融合其他门课程的知识，因此在教学的过程中，不断地注意结合其他课程的知识，如传感器技术，测量电路设计，EDA技术等。在数据采集这部分内容的教学中，同时结合多门课程的内容，进行了环境监测系统的设计，系统采用温度传感器、湿度传感器、光强传感器结合NI公司的My-DAQ数据采集卡来实现。要完成这样的系统，需要进行传感器的选择与性能测试，放大电路的设计，以及数据采集程序的设计，运用了多门课程的知识，最终形成了一个完整的测试测量系统。通过这样的实际案例的学习与实践动手，学生能够较直观地学会了数据采集这部分知识，以及虚拟仪器系统的设计方法，提高了动手能力以及实践能力。

4 项目驱动式教学

虚拟仪器是专业性较强的一门课程，因此还为学生们开设了课程设计和暑期实习等实践活动，从而提高学生的综合能力。在相对集中的时间内，为了有效地将学习成果转化，采用项目驱动式教学，形成以项目为主线，教师为引导，学生为主体，能力培养为基本特征的教学思路，提高学生动手能力，仪器设计能力，综合能力。与传统的知识满堂灌的教学方式不同，项目驱动式教学对教师和学生的要求更高，教师在项目的选择和方案实施等方面要起主导作用，学生也从被动的接受知识向主动式的应用知识，探索知识，解决问题转变，对能力的要求更高，但是实践证明这样的学习方式对学生能力的提高有很大的帮助。结合具体的项目，今年课程组采用了项目驱动式教学，选择了从易到难的3个项目进行实施，分别是温度测量系统，光耦传感器测量转速系统，多通道数据采集系统。以光耦传感器测量转速系统设计为例（如图1），项目的进行一般可分为5步。第1步是提出项目，教师提出项目任务和设计目标及要求。光耦传感器测量转速系统项目的设计要求就是利用光耦传感器进行电机转速的实时测量。第2步是分解项目，将项目分解成各子项目，再具体细化到各模块，各知识点，引出教学内容。项目需要分解成传感器的选择及性能分析，预处理电路的设计，数据采集及显示程序的设计等子模块任务。第3步是讲授概念、知识，设计子项目。第4步是项目实施，学生交流讨论，动手完成。第5步是项目评定验收，评价总结。温度测量系统相对容易理解和实现，但是可以选择的测量传感器有多种，比如热敏电阻，热电偶，铂电阻PT100，AD590等，学生可以自己选择其中一种传感器，设计相对应的测量电路，进行温度测量系统的设计，在完成基本项目要求的同时还可以额外扩展，比较四种温度传感器的测量范围和灵敏度。

经过以上项目驱动式的教学过程，学生对项目的设计有清晰的思路，在传感器选择，用户界面设计，电路设计等多方面可以提出自己的想法，并通过自己动手实施完成，促进学生的学习主动性和自觉性，激发学生的潜能，提高了学生的动手能力，综合能力，创新能力。

5 结束语

针对虚拟仪器课程的特点，运用项目化教学和案例式教学模式对课程的教学内容、教学方法和手段、课程考核方式进行了探索。在今后的教學中，应不断总结经验，在实践中总结经验，完善项目驱动案例式教学，改进教学方法和手段，提高教学质量。

基金项目：防灾科技学院第八批重点课程资助项目；测控技术与仪器专业教学团队（JT201702）

参考文献

[1] 廖凤依，蓝会立.“虚拟仪器”课程的教学改革与实践[J].科技信息，2011（36）：125-125.

[2] 刘淑聪，张瑾琳.基于虚拟仪器的实验与实践教学研究[J].科教导刊，2012（2）：45-47.

[3] 王耿，樊磊，王莹，等.虚拟仪器设计课程的教学改革的探索与实践[J].中国现代教育装备，2015（13）：53-55.

[4] 王成，杨锁昌，孟晨等.《虚拟仪器技术》教学改革初探[J].教育教学论坛，2016（4）：138-139.