《虛擬測試技術(shù)》課程的教學(xué)定位與教學(xué)改革

汪弦

摘要：《虛擬測試技術(shù)》是電子信息工程專業(yè)及自動化專業(yè)的一門專業(yè)課程，教學(xué)中引發(fā)了教師對課程性質(zhì)及教學(xué)改革的思考，將課程定位于實踐應(yīng)用和專業(yè)課程輔助學(xué)習(xí)工具，并在課程教學(xué)中引入分組合作實驗法，從而提高課程教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：虛擬測試技術(shù)；分組合作實驗法；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0？搖 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）02-0050-02

一、虛擬測試技術(shù)的簡介

虛擬儀器的核心為“軟件就是儀器”，即用軟件模擬儀器的功能，其利用計算機(jī)顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，如開關(guān)、旋鈕、儀表盤等，通過多種方式表達(dá)輸出檢測結(jié)果，并結(jié)合計算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析和處理，通過I/O接口完成信號的采集、測量和處理[1]。虛擬儀器軟件簡單易用的圖形化編程界面，豐富美觀的控件，廣泛的硬件支持和大量的算法工具包，使其在測控行業(yè)被廣泛的認(rèn)同，同時虛擬儀器開發(fā)軟件中集成了如自動控制原理、數(shù)字信號處理、通信原理等相關(guān)專業(yè)知識模塊，有利于在專業(yè)課程學(xué)習(xí)過程中構(gòu)建實驗環(huán)境，在理工科的實驗教學(xué)方面也得到越來越多的應(yīng)用。

二、虛擬測試技術(shù)的教學(xué)定位

虛擬測試技術(shù)開發(fā)軟件提供了大量的開發(fā)模塊，如Control Design and Simulation（控制設(shè)計與仿真）、Image and Signal Processing（圖像和信號處理）和Industrial Monitoring and Control（工業(yè)監(jiān)測與控制）等，同時還提供了種類齊全的信號采集電路板，這些開發(fā)模塊及配套的硬件模塊能夠模擬專業(yè)課程的實驗教學(xué)環(huán)境，亦能滿足測控行業(yè)的廣泛需求?；谝陨咸匦?，虛擬測試技術(shù)具備了輔助教學(xué)的功能以及較好的就業(yè)前景，因此在教學(xué)過程中，將《虛擬測試技術(shù)》課程性質(zhì)定義為一門實際應(yīng)用課程及教學(xué)輔助工具，在教學(xué)過程中加強(qiáng)理論知識與實際應(yīng)用的結(jié)合，并注意《虛擬測試技術(shù)》與《自動控制原理》、《數(shù)字信號處理》、《通信原理》等專業(yè)課程之間的聯(lián)系，通過虛擬儀器模擬實驗環(huán)境，進(jìn)而提高學(xué)生對相關(guān)專業(yè)知識的學(xué)習(xí)效率，降低部分專業(yè)實驗室的構(gòu)建成本。在教學(xué)設(shè)計中可將虛擬測試技術(shù)的教學(xué)目的分為兩部分：實際應(yīng)用與輔助教學(xué)。

三、虛擬測試技術(shù)的教學(xué)改革

傳統(tǒng)的教學(xué)方法中，教學(xué)安排為理論課時和實驗課時，而且實驗課時量偏少，教師在理論課上純粹地講授課程內(nèi)容，將每一步實際操作都做詳盡的交待或示范，再由學(xué)生在課后或是實驗課上機(jī)械地模仿整個過程，這樣的教學(xué)方式雖然能使學(xué)生在短時間內(nèi)掌握教材內(nèi)容，但是不利于學(xué)生對知識的真正理解和靈活應(yīng)用，局限了學(xué)生的思維，約束了學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力，也使部分學(xué)生對課程興趣不足，課后的學(xué)習(xí)積極性不強(qiáng)，因而導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。針對傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足，在虛擬測試技術(shù)的教學(xué)過程中，將理論教學(xué)融合在實驗教學(xué)中，所有課時都安排在計算機(jī)機(jī)房進(jìn)行，使學(xué)生便于將理論知識與實際操作結(jié)合。同時，在教學(xué)中提出分組合作實驗法，以實驗框架的形式布置給學(xué)生，學(xué)生按照每三人一組劃分為若干組，每一組學(xué)生根據(jù)實驗框架進(jìn)行討論，確定實驗功能、細(xì)化實現(xiàn)方案、擬定實驗的具體實現(xiàn)過程，進(jìn)一步領(lǐng)會重要知識點以及實現(xiàn)中的難點，最后設(shè)計程序面板、編寫代碼，完成實驗。通過融合了理論教學(xué)的分組合作實驗教學(xué)法，學(xué)生思維的嚴(yán)謹(jǐn)性、開拓性得到了更好地訓(xùn)練、創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊協(xié)作意識得到一定的提升，有利于適應(yīng)今后就業(yè)的環(huán)境，滿足企業(yè)需求。在分組合作實驗教學(xué)法實施的過程中，應(yīng)注意以下幾個方面：

1.課程內(nèi)容設(shè)計。課程內(nèi)容的設(shè)計，要參照教學(xué)目的及教學(xué)進(jìn)度安排，遵循三者相符合的原則，并將課程內(nèi)容融合到實際應(yīng)用中去，按照1：1安排實際應(yīng)用實驗與輔助教學(xué)實驗：實際應(yīng)用實驗中選取了模擬交通燈系統(tǒng)設(shè)計、模擬小區(qū)蓄水供水系統(tǒng)設(shè)計、自動售賣機(jī)程序設(shè)計和TCP/IP通信系統(tǒng)設(shè)計；輔助教學(xué)實驗中針對部分專業(yè)課程選取相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，例如與信號與系統(tǒng)專業(yè)相關(guān)的信號分析儀設(shè)計，涉及數(shù)字信號處理課程的IIR濾波器設(shè)計，與自動控制原理課程相關(guān)的二階系統(tǒng)虛擬實驗平臺設(shè)計和針對通信原理課程的數(shù)字信號基帶頻帶傳輸。這些實驗的設(shè)計，涵蓋了虛擬測試技術(shù)中大部分的基本知識要點，通過實際操作，學(xué)生能掌握虛擬測試軟件的使用，面板設(shè)計與后臺編程的基本方法，了解項目開發(fā)的流程以及虛擬測試技術(shù)在項目中的基礎(chǔ)應(yīng)用方法。

2.實驗難度設(shè)計。針對學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)及學(xué)習(xí)能力的差別，實驗選取難易結(jié)合，階梯式提高實驗難度。實驗要求分為基本模塊和擴(kuò)展模塊，實驗基本模塊考察基本知識點的應(yīng)用，拓展模塊側(cè)重于知識點的擴(kuò)展應(yīng)用，訓(xùn)練學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、靈活、系統(tǒng)的編程思維，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣自主選擇相應(yīng)的模塊。例如在實際應(yīng)用中的實驗題“交通燈系統(tǒng)模擬設(shè)計”，實驗基本要求為模擬交通信號燈，控制東西南北四向直行的交通運(yùn)行，并可以自由的設(shè)置信號燈時間的長短；在該實驗中設(shè)置了擴(kuò)展模塊，除了完成基本模塊外，需要考慮路口的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)信號指示；在輔助教學(xué)中的實驗題“IIR濾波器的設(shè)計”，實驗的基本要求為產(chǎn)生一個帶有噪聲的正弦信號，選擇一種濾波器對其進(jìn)行低通濾波，顯示濾波前后的效果；課題中的擴(kuò)展模塊為綜合濾波器設(shè)計，可以實現(xiàn)多種低通濾波器的自主選擇，以及濾波器參數(shù)的自由調(diào)節(jié)。

3.實驗點評。實驗點評時講授實驗中所包含的知識點，解決學(xué)生在實驗過程中存在的問題，并對小組實驗設(shè)計成果進(jìn)行檢驗。實驗的點評主要側(cè)重以下幾個方面：（1）實驗規(guī)劃點評：包括實驗功能的細(xì)化，實現(xiàn)方案的比較，實現(xiàn)方案過程中的重難點把握程度等，通過這些要點的點評，整合出最全面的實驗設(shè)計，強(qiáng)化學(xué)生細(xì)致的分析能力和全面的綜合能力；（2）實驗知識點評：教師對實驗中涉及的重難點知識進(jìn)行講解，提示知識點應(yīng)用過程中需要注意的細(xì)節(jié)；并對輔助教學(xué)實驗中的專業(yè)知識進(jìn)行梳理，從而使學(xué)生能將各個學(xué)科的專業(yè)知識融合在一起，加強(qiáng)學(xué)科間的交流；（3）實驗設(shè)計點評：對程序界面設(shè)計美觀度、代碼編寫的規(guī)范性進(jìn)行點評，培養(yǎng)學(xué)生良好的編程習(xí)慣及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎伎寄芰?；?）實驗效果分析：需要對各個小組的完成情況進(jìn)行統(tǒng)計，針對完成過程中普遍存在的問題進(jìn)行更詳細(xì)的講授或是實例示范，同時對個別完成情況較差的小組給予重點輔導(dǎo)，以避免學(xué)生在課程內(nèi)容的掌握水平上差距過大，使部分學(xué)生喪失學(xué)習(xí)興趣。

四、結(jié)論與展望

在《虛擬測試技術(shù)》教學(xué)過程中，放棄純理論教學(xué)，利用計算機(jī)機(jī)房良好的實際操作環(huán)境，達(dá)到更高質(zhì)量的教學(xué)效果，并在課程考核中采用了用計算機(jī)考試替代卷面考試的方法，以便更真實準(zhǔn)確地反映出學(xué)生的知識掌握水平。

教學(xué)過程中采用的分組合作實驗教學(xué)法，打破了傳統(tǒng)常規(guī)的教學(xué)模式，分組合作模式能夠讓學(xué)生提前感受到企業(yè)中團(tuán)隊協(xié)作的氛圍。通過實驗的精心選取，取得了較好的教學(xué)效果，實際應(yīng)用實驗側(cè)重于提高學(xué)生解決現(xiàn)實問題的能力，而輔助教學(xué)實驗有助于加強(qiáng)學(xué)科之間的聯(lián)系，使學(xué)生對其他專業(yè)課程較抽象內(nèi)容有形象的認(rèn)知，對知識的理解和掌握起到較大的幫助。通過這種教學(xué)方式，學(xué)生能與教師形成良好的互動，一方面能夠針對自己在實驗設(shè)計中遇到的問題，通過思考和解決問題，鞏固教師課堂上的知識，進(jìn)一步加深印象，另一方面也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。該方法在教學(xué)中取得了較好的效果。

隨著網(wǎng)絡(luò)信息時代的發(fā)展，虛擬測試技術(shù)的應(yīng)用普及已經(jīng)得到了越來越廣泛的支持。通過著眼于實際操作能力的課程教學(xué)，學(xué)生能初步掌握虛擬儀器設(shè)計的基礎(chǔ)技能和技巧，有志于在將來涉足虛擬儀器應(yīng)用行業(yè)的學(xué)生，還可以通過參與全國虛擬儀器大賽，或是參加CLAD（LabVIEW助理開發(fā)員認(rèn)證）、CLD（LabVIEW開發(fā)員認(rèn)證）甚至是CLA（LabVIEW架構(gòu)師認(rèn)證）考試，將自己的技能提升到更專業(yè)的水平，為自己將來的就業(yè)鋪設(shè)一條更寬的道路。

參考文獻(xiàn)：

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