“虚拟仪器技术及应用”课程教学论文

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摘要：文章以空军工程大学为例，从“虚拟仪器技术及应用”课程教学现状与存在的问题出发，提出了“虚拟仪器技术及应用”课程教学改革的策略，即重点在引入新的教学方法、设定不同层次的教学目标、充实实践教学五节等。

关键词：虚拟仪器技术；学导式教学法；教学改革

虚拟仪器技术是电气工程、自动化、计算机应用等领域的一项新兴技术，目前已经得到了广泛应用，并正在快速发展之中。为了帮助学生掌握这一新兴技术，现阶段国内高校理工科学校以及部分医学院校都普遍开设了相关的课程。从2010年开始，空军工程大学将虚拟仪器技术相关知识纳入到了课程知识体系中，并从2012年开始，单独开设“虚拟仪器技术及应用”课程。根据人才培养方案，学校将“虚拟仪器技术及应用”课程定位为一门各专业通用专业基础课、工具课，一般在三年级下学期或四年级上学期开设。经过前面基础课程的学习，此时的学生对专业方向有了较为深入的了解，并具备基本的专业知识，教学效果应该不错。然而，我们在课程教学过程中却发现教学效果并没有达到预期目标。通过与学生的深入沟通，我们认为其原因主要有以下几方面。第一，学生对课程学习目的不明确，没有认识到所学知识对培养职业能力的重要作用。第二，学习内容偏向软件知识，对硬件系统搭设重视不够或者有意回避。第三，教学形式上，仅有部分学生能主动参与到教学活动中，学习积极性没有得到充分调动。第四，由于学时限制，要求在短时间内系统地传授知识，加之没有区别不同的教学目标，造成部分学生在面对大量新知识时无从下手，甚至畏难放弃。以上问题直接影响到学生对虚拟仪器技术的掌握，影响到教学目标的实现，有必要及时解决。通过进一步讨论分析，参考其他课程的改革经验[1-4]，我们认为解决上述问题的关键在于对教学活动进行改革，激发学生的内动力，提高学生学习兴趣。为此，在教学过程中，我们根据课堂教学及实践教学两大环节特点，对教学组织及教学内容进行了一些改革，引入了新的教学方法，改革了课程教学内容，重新设计了实践教学的组织形式，通过多种手段，锻炼学生的实践动手能力，培养学生分析问题和解决问题的能力，养成自主学习习惯，从而全面提高学生的综合素质。通过本文所介绍的方法，学生的学习积极性得到了明显提高，学习效果得到了显著提升，效果显著。

一、引入新的教学方法

根据“虚拟仪器技术及应用”课程特点，参考其他课程的实践经验，我们引入了“学导式”教学法[5-6]。将整个课程教学分为课前预备、学生自学、集中解惑以及演练交流等环节，通过各环节之间的有机配合，构成了课程教学闭环。根据各环节的任务及特点，分别明确了教师、学生在不同环节中的主体地位、任务以及教与学的方法。具体有以下一些体会。第一，牢固树立以学生为教学主体的理念，并在整个教学活动中坚持；在教学准备中应该从学生的实际学习情况入手，进行精心准备，在教学过程中应充分发挥学生自身作用，帮助他们实现自我完善、自我突破。第二，在教学准备过程中，教师除了完成常规的课程内容准备外，还要进行资料文献收集整理、自主实验组织、学生大作业辅导检查等其他工作，教师的工作量会有较大的增加。第三，采用学导式教学法对教师的能力素质提出了较高的要求，由于绝大部分的教学时间都是以学生为主导，教师无法开展预先准备，这就要求教师的基本功扎实，对相关领域的知识掌握充分，具备驾驭课程教学的能力。

二、革新教学内容及目标要求

作为一门正在快速发展之中的新兴技术，虚拟仪器技术的教学内容对于学生来说比较新颖，在短时间内系统学习具有一定的难度。此外，作为一门工具课，如果只单纯介绍虚拟仪器技术本身知识，可能会造成学生为了学习而学习，降低学生学习的主观能动性，不利于培养学生的专业能力。为此，必须对课件教学内容进行革新以适应学生学习需求。主要做法包含以下几个方面。

（一）注重课程间的联系

帮助学生理解虚拟仪器技术在其他课程中的应用以及对于培养专业能力中的作用，及早建立较为全面的专业知识框架。在教学过程中加强对虚拟仪器新技术、新系统、新应用的介绍，加强对日常生活中的应用的介绍，提高学生对虚拟仪器技术的感性认识，激发学生学习兴趣。此外，还注意加强对虚拟仪器技术在任职岗位中应用的介绍，使学生提早了解在今后岗位中虚拟仪器技术的应用情况，帮助学生迅速明确学习目的，提高学习内动力。

（二）设置多层次的课程学习要求

将课程学习目标分别设置为：初级：具备基础虚拟仪器编程能力，会读虚拟仪器程序，理解程序所实现的功能以及系统实现思路；中级：会利用虚拟仪器技术实现软件或硬件功能模块，理解系统设计目标，会具备根据系统目标自主完成模块设计、模块调试、模块交付等工作；高级：会根据任务进行系统整体设计，相对自主进行系统设计、任务分工、系统集成等工作。在教学实践中，学生的选择出现了较为明显的纺锤形分布，即大多数学生选择第二级目标，其他两种目标选择的人较少，说明大多数学生对自己有准确的定位。通过设置上述三个层次的目标允许学生根据自己的整体目标为本门课程的学习设置不同层级的学习目标，根据学生的不同特点，分别为每种层次规定了明确的教学内容以及能力目标，使每一个学生都能找到适合自己的学习目标，避免了由于设定不切实际的学习目标而导致的学习兴趣不高的问题。

（三）构架模块化教学内容体系

按照教学内容之间的相互联系，将内容分为软件、硬件两大部分。在软件部分，设置了程序结构、数据操作、文件操作、图形展示、数据通信等知识模块；在硬件部分，设置了仪器控制、数据采集、硬件系统调试等知识模块。按照学生的认知规律，由易及难，从局部到整体。在教学过程中既强调知识模块之间的相互关联，又注意知识模块之间的相互独立，适当地对所用的其他模块知识进行回顾，避免由于没有掌握一个知识模块而影响到整个课程的学习。

三、实践教学环节

第一，将课程实践条件建设放到学科专业条件建设的大局中。实践条件建设水平的高低，直接决定着本课程的教学效果。为了解决实践条件建设问题，我们积极参与学科专业条件建设工作，将虚拟仪器技术思想贯穿于实验室建设整个过程中，搭建了从信号源到数据分析的完整的实践链条。极大地改善了教学实践条件，激发了学生的学习兴趣。第二，针对学时数偏少的实际，将实践环节向实验室以外进行扩展。为了充分调动学生学习积极性，自觉将课外时间用于课程学习，我们自筹资金10万余元采购了便于学生使用的NIELVIS以及MyDAQ套件，配置了方便携带的标准信号源，使学生能够根据自己的时间灵活安排，做到随时随地开展课程实践活动。此外，对于一些价格便宜的器件，有意识地安排学生自行购买，培养学生器件选型能力，同时也促使他们珍惜实践机会，提高实践能力。对于教师来说，需要注意加强与学生的课后沟通，及时了解学生的实践学习情况，对一些共性问题在学生集中时及时讲解。第三，强调在实践环节中培养学生的自主学习能力。改革课程考核方法，将重点放到考核学生解决实际问题能力上。在学生具备虚拟仪器技术基本知识后，及时引导学生从日常学习、生活中寻找力所能及的、能够利用虚拟仪器技术加以解决的问题，以解决这些问题为目标，在教师的帮助之下，相对独立地完成形成研究小组、完成任务分工、制定解决方案、查阅相关资料、采购设备器材、搭建硬件系统、调试软件程序、展示研究成果等环节。在实践中锻炼学生解决实际问题的能力，培养自主学习习惯，品尝解决问题的快乐，激发学生学习的主动性。在“虚拟仪器技术及应用”课程教学过程中，我们引入了适合于教学内容及教学对象特点的教学方法；对课程内容进行了优化，设定了不同层级的教学目标；充实了实践环节重视培养学生的主动性、创造性。除了上述三个方面的举措之外，我们还采取了加强课程互动设计，改革了课程考核评价方式，充实了教辅资料等措施共同推进课程教学。为了验证教改效果，我们在两个教学期班共106名学生中进行了问卷调查。其中，有90%的学生认为课程教学目标符合学生实际，有86%的学生表示积极参与了课程学习，有82%的学生表示基本掌握了虚拟仪器技术。对比改革前的结果，均有较大幅度的提高，表明学生对教学改革措施普遍接受，学生学习内动力受到了激发，教学效果得到了显著提升。下一步，我们将认真总结课程教学活动的经验教训，进一步在教学方法、实践环节以及提高学习参与度等方面进行改革、实践，帮助学生更快更好地掌握专业知识。

作者:谢川 辛昕 倪世宏 单位:空军工程大学

参考文献：

[1]张水英.“通信原理”课程教学改革探索[J].电气电子教学学报，2003，(5).

[2]赵晴.考试方法改革的研究与实践[J].中山大学学报，2001，（1）.

[3]黄伟，翟江辉.虚拟仪器技术在传感器实验教学中的应用[J].科技信息，2012，（31）.

[4]刘晓旻，张晓芳，李苏贵.现代工程教育理念下的传感器课程教学改革[J].中国电力教育，2010，（18）.

[5]文洁.学导式教学理论研讨综述[J].成人教育，1989，（3）.

[6]罗琳，李珣.学导式教学法的实践与分析[J].科技信息：科学教研，2007，（4）.