“以赛促教、以赛促学”模式在《测控技术》课程中的应用研究

摘要：以“全国大学生集成电路创新创业大赛职业技能赛”曾益慧创杯初赛赛题为例，分析了LABVIEW程序设计中涉及的文件操作、数组处理、循环结构、条件判断等知识点的应用，将企业中的真实项目引入到教学中，探讨“以赛促教、以赛促学”教学模式在《测控技术》课程中的应用效果。研究结果表明，该模式能够有效激发学生的学习兴趣，促进理论知识与实际应用的结合，提高教学质量和学生综合素质。

关键词：测控技术；以赛促教；以赛促学；曾益慧创杯；LABVIEW

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）27-0118-03

0 引言

“以赛促教、以赛促学”是一种教育理念，旨在通过竞赛活动来促进教师的教学能力和学生的学习积极性。在实际应用中，这种模式可以通过设计与课程内容紧密相关的竞赛项目，让学生在准备和参与竞赛的过程中加深对知识的理解和应用能力。如侯杰和雷琼[1]以中职组化工生产技术国赛为例，通过案例分析，探讨了竞赛在促进学生学习、教学质量和创新能力方面的作用；李娜[2]通过问卷调查和访谈，分析了“以赛促教、以赛促学”模式在体育教学中的应用效果。“以赛促教，以赛促学”教学模式在不同学科和层次的教育中均显示出显著的应用价值。通过参与竞赛，学生不仅能够在实践中掌握知识和技能，还能培养团队合作和创新精神，而教师也能通过这一过程优化教学方法，提升教学质量。

《测控技术》课程通常包含传感器技术、自动控制理论、信号处理、数据采集与处理等内容，旨在培养学生掌握现代测控系统的设计、实施和维护能力。课程主要借助虚拟仪器技术，利用LABVIEW平台和高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化应用。课程需注重理论与实践相结合、教学内容需要不断更新、教学方法需要创新，目前主要存在的问题有：已有设备型号单一、设备完好率低、学生实际软硬件联调的机会少。

下面以“全国大学生集成电路创新创业大赛职业技能赛”曾益慧创杯的初赛赛题解析过程为例，说明通过比赛，达到以赛促教、以赛促学的效果。

1 比赛任务

全国大学生集成电路创新创业大赛职业技能赛是由工业和信息化部人才交流中心主办的一项国家级竞赛。该赛事旨在服务国家集成电路产业发展大局，创新集成电路产业人才培养模式，为集成电路产业提供优秀的后备人才。

参赛队伍将会拿到一个芯片测试数据分析程序，LABVIEW编程，考查点在提供的比赛程序中用绿色高亮的注释进行了标识，参赛队伍需要完成这4个考查点，方可实现芯片测试数据分析程序，提供的比赛程序位于桌面的桌面赛题程序文件夹中，程序前面板已经给出，无需改变前面板上的内容，程序最终实现的样子如附件中视频所示[3]。

2 比赛考查点解析

2.1 文件读取与路径设置

在LABVIEW 中，文件I/O 选板提供了一系列函数，用于实现文件的读写操作，支持文本文件、电子表格文件、二进制文件、测量文件等多种格式。

如图1所示的考查点1中要求将已给的Excel文件中的内容调取出来，则需要用到“读取带分隔符的电子表格文件”VI。

赛题已给了一部分程序框图，需要进行补充，若对已给的函数不够熟悉，可在函数图标上右击，将显示项＼标签勾选，如前三个函数分别是当前VI路径、拆分路径、创建路径函数；若对函数使用有疑问，可以借助帮助菜单，显示即时帮助，将鼠标移动到函数上，可查看具体的函数使用方法及案例等。

对于文件的写入与读取，首先要搞清文件存放在哪里，即文件的路径；其次文件名叫什么，即需要写进去保存的文件或从哪个文件读取内容，所以编程时主要要关注路径和文件名两个部分。

文件路径可以用两种形式设置：基路径+文件名或路径常量。

2.1.1 在已给的程序基础上添加完善路径

从已有的程序可以看出，要读取文件名为“测试数据”的Excel文件中的内容，则创建路径函数的输入端需要补充的名称或相对路径为文件“测试数据.xls”。注意，要将后缀.xls加上，否则运行时会出错，提示找不到文件。

添加读取带分隔符的电子表格文件VI后，还应注意：这是一个多态VI，有双精度、整型、字符串三种数据类型，默认的读取数据类型为双精度型，若直接与已给的“测试数据”显示控件相连，则会出错，提示连接的两种数据类型不同，所以应将多态选择为“字符串”。

运行后可在前面板上“测试数据”表格里将“测试数据.xls”电子表格文件的内容读取并显示出来。

2.1.2 使用基路径和文件名设置文件路径

件路径可以简化为用创建路径函数，基路径+ 文件名的形式设置，打开前面板上基路径的对话框可以选择需要读取的文件，但要注意的是：基路径要设置为文件的上一级目录，否则运行时也会出现错误，提示文件找不到。这是因为借助基路径+文件名的形式设置路径时，若基路径里也出现了文件名，则完整的路径变成了C：＼Users＼陈光红＼Desktop＼测试数据.xls＼ 测试数据.xls，最后一级重复了，会找不到文件；若将基路径改成C：＼Users＼陈光红＼Desktop，则可正常运行出结果。

2.1.3 使用路径常量设置文件路径

当已确定需要打开的文件位置时，也可以用路径常量的形式设置路径。如右击测试数据.xls文件，查看属性＼位置，将位置内容复制、填写到读取带分隔符的电子表格文件函数的路径常量端，并加上文件名，也可以运行出正确结果。

2.2 数据提取与分析

赛题考查点2要求：完成Excel中单个参数的提取，找出DNLmax、DNLmin、INLmax、INLmin、THD、SINAD、SNR。

由于赛题要求提取的参数均为双精度型数据，因此将“读取带分隔符的电子表格文件”VI的多态选择设置为“双精度”，即可将所有数据读取为双精度型数组。

2.2.1 索引数组函数的使用

赛题要求提取DNL和INL列数据的最大值和最小值，以及THD、SINAD、SNR等参数，因此需要使用“索引数组”和“数组最大值与最小值”函数进行数据处理。

使用“索引数组”函数，可以提取数组中的特定元素或子数组。使用索引数组函数时，关键是如何对其输入端行和列赋值，当要找出某一行时，只需要对行赋值，列不需要赋值，如要找出表格中的标题，只需要给行赋值0，输出的结果为子数组；当只需要找出某一列时，只需对列赋值，行不需要赋值，如要找出INL列的值，只需要给列赋值1，输出的结果也为子数组；当需要找出某个元素时，对行和列都要赋值，如要找出THD 的值，则给行赋值1、列赋值2，输出的结果为元素。

2.2.2 数组最大值与最小值函数的使用

数组最大值与最小值函数可以方便地找出数组中的最大值、最大值所在的位置、最小值及最小值所在的位置。

要注意的是本任务点中要找出DNL和INL的最大值与最小值，其查找的范围不是整个表格，而是限制在DNL列和INL列。所以，先要用上述的索引数组函数找出DNL列和INL列，然后在两个子数组的基础上分别用数组最大值与最小值函数找出各自的最大值与最小值。

其程序框图如图2所示，任务点1和2运行的结果如图3所示。

2.3 参数判断与结果输出

赛题考查点3要求：参数值需要和前面板给出的范围作比较，例如DNLmin必须大于-1，DNLmax必须小于1，如果超出这个范围，程序必须弹出一个小对话框提示，DNL参数不合格，并且对应的DNL的灯需要亮起；同理其余四个参数也一样；任何一个参数报错，最终都需要弹出该元件不合格的字样。

根据赛题要求，DNL和INL的取值范围为-1到1，THD、SINAD、SNR的取值应大于35。

2.3.1 顺序结构的使用

赛题要求对5列数据分别与给定的范围作比较，最后得出结论元件是否合格，已给的程序框图中使用了层叠式的顺序结构，选择器标签可在0-5切换，共有6帧。

在层叠式顺序结构的第0帧，需要对DNL参数判断是否在-1到1之间，若在此范围，则DNL参数合格，否则DNL参数不合格，即根据DNL参数与所给的参数范围作比较，结论有两种情况：符合范围要求和不符合范围要求，也就是需要两个分支，需要用条件结构[4]。其他帧也类似，需要将参数跟给定的范围作比较后判断参数是否合格。

2.3.2 条件结构的使用

在LABVIEW编程环境中，条件结构是一种决策结构，它允许根据不同的输入条件执行不同的代码路径。条件结构的工作原理类似于传统编程语言中的if-else或switch语句。LABVIEW的条件结构由一个分支选择器和多个子程序框图（分支）组成，分支选择器根据输入的值来决定激活哪个分支的代码。

条件结构主要由三部分组成：①选择器标签；② 条件选择器；③子程序框图（分支），其各部分标注可参看图4。

本赛题中条件结构是两个分支，其选择器标签的值有两个：真和假；条件选择器的值是根据数据比较的结果：T和F即布尔型；子程序框图（分支）是两个分支。在真分支中不需做任何的操作，不需要编程；在假分支中，以第一帧里DNL参数为例，需对话框提示DNL参数不合格，且对应的DNL的灯需要亮起。需用单按钮对话框函数，在其消息端创建常量，并输入要显示的提示信息“DNL参数不合格”，当对话框关闭时，其输出端则返回TRUE，点亮布尔灯DNL，假条件分支的程序框图如图4所示。

其他帧里的条件结构的编程类似。

在使用条件结构时，需要注意以下几点：1） 在多条件情况下，应设置默认分支以防止程序报错；2） 数据流方向在条件结构中非常重要，确保数据正确流向所选分支；3） 如果某个分支不需要输出数据，可以设置“未连接时使用默认”选项，以便在不接线时使用默认值[5]。

条件结构在LABVIEW中应用广泛，特别是在需要用到比较、判断、报警、提示等时，其典型的应用场景有：1） 面向用户的界面跳转功能：可以根据用户的操作选择执行不同的程序路径；2） 状态机框架：结合While循环和枚举量，实现复杂的状态管理逻辑。

在设计LABVIEW程序时，合理使用条件结构可以提高程序的逻辑清晰度和可维护性。

2.3.3 复合运算函数的使用

在考查点3中需要用到结构面板上的层叠式顺序结构、条件结构，比较面板上的大于、小于函数，布尔面板上的与函数。这里需要注意的是：在LABVIEW 中，与函数通常设计为接受两个输入端，用于执行逻辑与运算。本考查点中在最后一帧要求前5个参数都符合要求时元件才合格，否则元件不合格，也就是前5 个参数与参考范围值比较后要同时满足要求（逻辑与）后若结果为真，则元件合格。若直接用于函数，只有两个输入端，需要两两相与，则需用多个与函数。而LABVIEW的函数库中包含了可以接受多个输入的复合运算函数，在布尔面板上取出复合运算函数，将其输入端子从默认的2个端子扩展成5个，将前5个参数比较的结果连上复合运算函数的输入端子，并将复合运算函数的模式切换为“与”，这样就可以将前5个参数比较的结果直接相与，可简化程序框图。

2.4 程序循环控制

考查点4要求：程序需要实现整体循环运行，选择测试数据文档，点击开始分析后，如果元件合格则程序继续运行，程序终止的条件是元件不合格或者按下停止按钮。

2.4.1 LABVIEW 中的循环结构

LABVIEW提供了两种主要的循环结构：For循环和While循环，它们各自适用于不同的编程场景。

For循环用于执行确定次数的代码块。 While循环用于重复执行某个LABVIEW代码块，直至满足给定条件为止。

2.4.2 循环停止条件

由于程序需要根据条件判断是否继续运行，因此采用While循环结构实现，While循环的关键在于设置合理的停止条件。

根据题目要求，当按下停止按钮或者元件不合格时程序终止，则需将停止按钮与元件不合格两者用或函数运算后，结果送给循环停止条件。

3 结束语

通过分析集创赛职业技能赛曾益慧创杯初赛的考题，将《测控技术》中的主要知识点如何使用、使用中的注意事项等举例说明，将行业中的真实项目引入课程教学，激发学生的学习潜能，使学生能够提升自己的动手实践能力、工程设计能力和创新能力，达到了“以赛促教、以赛促学”的目的。

本研究主要关注了曾益慧创杯的赛题对《测控技术》课程教与学的促进作用，未来需要研究更多的赛项、赛题在集成电路技术等专业中的“以赛促教、以赛促学”的作用。

参考文献：

[1] 候杰，雷琼“. 以赛促学，以赛促教，以赛促创” 提升人才培养质量：以中职组化工生产技术国赛为例[J].河南化工，2024，41（5）：69-70.

[2] 李娜“. 以赛促教、以赛促学” 教学模式在高职体育教学中的应用与创新[J].现代职业教育，2024（8）：134-137.

[3] 2024集创赛职业技能赛项杯赛题目：曾益慧创职业技能杯http：//univ.ciciec.com/nd.jsp？id=758#_jcp=1.

[4] 何玉钧，高会生.LabVIEW虚拟仪器设计教程[M].北京：人民邮电出版社，2012.

[5] 刘科，张微.虚拟仪器技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2024.

【通联编辑：光文玲】

基金项目：校研究性课程项目“电子级超纯水制备设备的改进研究”（项目编号：20240500441196） ；校级在线精品课程建设项目“集成电路工艺与实践”（项目编号：20230300441094）