測控技術(shù)與儀器專業(yè)教學(xué)資源庫的建設(shè)與應(yīng)用

徐霞，張美鳳

(常州工學(xué)院電氣與光電工程學(xué)院，江蘇常州213002)

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測控技術(shù)與儀器專業(yè)教學(xué)資源庫的建設(shè)與應(yīng)用

徐霞，張美鳳

(常州工學(xué)院電氣與光電工程學(xué)院，江蘇常州213002)

摘要：為增強(qiáng)學(xué)生對整個測控專業(yè)知識體系的了解和掌握、培養(yǎng)學(xué)生可持續(xù)學(xué)習(xí)的能力，課題組以測控系統(tǒng)中的信息處理為主線，按照知識點(diǎn)、知識單元、知識領(lǐng)域即點(diǎn)線面、擴(kuò)散、非線性的方式來重構(gòu)知識，運(yùn)用LabVIEW、Matlab、VB、Flash、Java等工具，開發(fā)了以“非線性、協(xié)同性、開放性”為特色的測控專業(yè)教學(xué)資源庫。通過此教學(xué)資源庫的使用，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)的能力，同時也逐步培養(yǎng)了學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識進(jìn)行創(chuàng)新的能力。

關(guān)鍵詞：測控技術(shù)與儀器；教學(xué)資源庫；非線性；協(xié)同性；開放性

隨著科技的發(fā)展，測控技術(shù)領(lǐng)域的新理論、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，專業(yè)新知識不斷增加，僅僅通過課堂教學(xué)已不能完全滿足學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，基于Web的網(wǎng)絡(luò)教育逐步應(yīng)用到教學(xué)中[1]，但目前的網(wǎng)絡(luò)教育大多都是以課程為單位進(jìn)行建設(shè)，知識比較孤立、分散，學(xué)生學(xué)習(xí)時也只是就某門課程展開學(xué)習(xí)，很難從整體上系統(tǒng)把握整個專業(yè)的知識體系。另外，在課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中一般都設(shè)置有協(xié)作學(xué)習(xí)模塊，但缺乏相關(guān)的協(xié)作機(jī)制及協(xié)作主題的支持，效果并不理想[2]。

筆者所在的教學(xué)團(tuán)隊(duì)以測控系統(tǒng)的信息流為主線，構(gòu)建信息獲取、信號調(diào)理、信號檢測與傳輸、信號處理等模塊的知識體系，充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與教育技術(shù)的互動關(guān)系，開發(fā)測控專業(yè)教學(xué)資源庫，為學(xué)習(xí)者提供全面信息化支持的學(xué)習(xí)資源和環(huán)境，在組織形式上將以學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)為主線，從測控專業(yè)簡單的知識點(diǎn)向外擴(kuò)展成線，再由線延伸至面的方式對教學(xué)資源進(jìn)行集成，既有利于學(xué)生對當(dāng)前所學(xué)知識的掌握，又兼顧學(xué)生可持續(xù)學(xué)習(xí)能力，有利于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)。

圖1　教學(xué)資源庫的體系結(jié)構(gòu)

1主要教學(xué)問題

隨著科技的發(fā)展，測控專業(yè)的核心知識體系已由“光、機(jī)、電、算一體化”轉(zhuǎn)變?yōu)閺摹靶畔@取”到“信息利用”。以前的知識體系以被測對象和儀器分類設(shè)置課程,課程之間關(guān)聯(lián)度小，知識體系缺乏系統(tǒng)性，不利于學(xué)生對知識的整體把握。為增強(qiáng)學(xué)生對整個測控專業(yè)知識體系的了解，在建設(shè)資源庫時，以測控系統(tǒng)中的信息處理為主線，按照知識點(diǎn)、知識單元、知識領(lǐng)域即點(diǎn)線面、擴(kuò)散、非線性的方式來重構(gòu)知識，從而加深了各知識點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)度，使知識體系連續(xù)化、系統(tǒng)化，適應(yīng)信息時代的需求。

目前很多網(wǎng)絡(luò)課程中一般都設(shè)置有協(xié)作學(xué)習(xí)模塊，但缺乏相關(guān)的協(xié)作機(jī)制及協(xié)作主題的支持，因而效果并不理想[3]。在本課題的教學(xué)資源庫里擬搭建習(xí)題、自測、虛擬實(shí)驗(yàn)、協(xié)作交流模塊，學(xué)生可以通過這些模塊就某一問題展開討論，各抒己見，實(shí)現(xiàn)思想的碰撞；可以根據(jù)自己的興趣自發(fā)地組織實(shí)踐小組，開展實(shí)踐創(chuàng)新活動；或者是采取教師給出幾個小課題，學(xué)生自由分組，對此課題進(jìn)行調(diào)研、實(shí)踐，從而實(shí)現(xiàn)“協(xié)同式”學(xué)習(xí)，不斷提高學(xué)生靈活應(yīng)用知識的能力和培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，教育教學(xué)資源越來越豐富，但資源的共享開放的程度不夠深入[4]。通過本課題網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫的開發(fā)和應(yīng)用，學(xué)生可以不受時間和空間的限制進(jìn)行開放式的學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主探究能力的提高。另外，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫也可以作為科普網(wǎng)站，向全社會開放，實(shí)現(xiàn)資源的共享、協(xié)作交流等。

2專業(yè)教學(xué)資源庫的主要內(nèi)容

測控技術(shù)與儀器專業(yè)系教師以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)和測控技術(shù)發(fā)展的最新成果為手段，開發(fā)的測控專業(yè)教學(xué)資源庫包含50多個實(shí)驗(yàn)及工程實(shí)踐視頻、100多個虛擬實(shí)驗(yàn)、300多個仿真實(shí)驗(yàn)及演示動畫、4千多道試題、30余萬字文字素材。教學(xué)資源庫的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

這些優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的使用，不僅為實(shí)現(xiàn)不受時空限制的互動教學(xué)創(chuàng)造了良好的硬件平臺，為專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而且還有效地減少了實(shí)驗(yàn)設(shè)備資金的投入。

2.1可視化、交互式、可共享的遠(yuǎn)程虛擬測控實(shí)驗(yàn)室

在LabVIEW平臺上設(shè)計(jì)開發(fā)的遠(yuǎn)程虛擬測控實(shí)驗(yàn)室包含與“傳感器檢測技術(shù)”“控制工程基礎(chǔ)”“信號分析與處理”“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”等多門課程相關(guān)的近100個虛擬實(shí)驗(yàn)，如圖2。

圖2　遠(yuǎn)程虛擬測控實(shí)驗(yàn)室主界面

虛擬實(shí)驗(yàn)把傳統(tǒng)實(shí)物儀器的測試功能用軟件模塊生成形象逼真的面板控件，實(shí)驗(yàn)者能夠像操控實(shí)物儀器一樣完成信號測試、數(shù)據(jù)處理等任務(wù)[5]。

虛擬測控實(shí)驗(yàn)室可以將傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)搬進(jìn)課堂、搬上網(wǎng)絡(luò)，能夠很好地實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的深度融合，在減少設(shè)備重復(fù)購置的基礎(chǔ)上改善了實(shí)驗(yàn)條件，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)方法、手段的完善，并能充分開拓學(xué)生思維，發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力。

2.2測控專業(yè)核心課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺

以測控系統(tǒng)中的信息流為主線，圍繞準(zhǔn)確、可靠、穩(wěn)定地獲取與處理信息這一中心任務(wù)，建成了具有“廣、實(shí)、新、活、多”特征的測控專業(yè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，如圖3所示。

圖3　課程導(dǎo)航模塊界面

課題組將動畫演示、計(jì)算仿真、虛擬實(shí)驗(yàn)3種信息化教學(xué)手段有機(jī)整合，針對測控技術(shù)與儀器專業(yè)核心課程中的重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容，開發(fā)了100多個計(jì)算機(jī)仿真軟件和200多個演示動畫。這些軟件能夠模擬測控系統(tǒng)的工程應(yīng)用環(huán)境，并能夠與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺鏈接，可以彌補(bǔ)理論教學(xué)脫離實(shí)際應(yīng)用的問題，可以使深奧晦澀的理論變得生動易懂，由此激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的目的性。

專業(yè)核心課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的教學(xué)資源較為豐富，覆蓋面較廣；邏輯結(jié)構(gòu)清晰、使用方便、實(shí)用性強(qiáng)；動畫、計(jì)算機(jī)仿真、虛擬實(shí)驗(yàn)等教學(xué)資源，形式新穎；實(shí)現(xiàn)了教學(xué)方式的靈活多樣；使用了文字、圖片、視頻、動畫、計(jì)算機(jī)仿真等多種手段，具備了“廣、實(shí)、新、活、多”特征。

2.3課程自助考試系統(tǒng)

為便于學(xué)生的課后練習(xí)、自查問題、鞏固知識，授課教師能夠及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，利用VB開發(fā)了課程自助考試系統(tǒng)，目前含有各類課程的試卷100余套、4千多道試題。

考試系統(tǒng)人機(jī)界面合理、使用便捷，學(xué)生可以在該系統(tǒng)上方便地進(jìn)行自主練習(xí)、自主測試，教師可以進(jìn)行試題錄入、刪除、修改、查詢、手動和自動組卷等，還能夠?qū)W(xué)生的自測成績進(jìn)行查詢、分析。

3專業(yè)教學(xué)資源庫的特色

專業(yè)系教師在遠(yuǎn)程虛擬測控實(shí)驗(yàn)室、測控專業(yè)核心課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、各類仿真實(shí)驗(yàn)及演示動畫、課程自助考試系統(tǒng)等各類教學(xué)資源基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化、提升與推廣優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，開發(fā)了以“非線性、協(xié)同性、開放性”為特色的測控專業(yè)教學(xué)資源庫，為課程建設(shè)與人才培養(yǎng)提供有利的支撐。測控專業(yè)資源庫的內(nèi)容不再以課程作為單元進(jìn)行線性展開，而是以測控系統(tǒng)中的信息處理為主線，架構(gòu)各單元知識點(diǎn)，最后覆蓋整個專業(yè)面。教學(xué)內(nèi)容的組織方式以信息的獲取與應(yīng)用為主線，將各模塊的重要知識點(diǎn)通過超鏈接的方式進(jìn)行重構(gòu)，體現(xiàn)非線性。各單元知識點(diǎn)通過文字、圖片、動畫、仿真實(shí)驗(yàn)、視頻等多樣的表達(dá)形式來呈現(xiàn)，并通過超鏈接方式進(jìn)行組織，更有利于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和自主探究。以資源庫的習(xí)題、自測、虛擬實(shí)驗(yàn)、協(xié)作交流等模塊為載體，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論交流、協(xié)作學(xué)習(xí)，或者通過協(xié)作交流模塊，學(xué)生自發(fā)地組成興趣小組，對某一感興趣的問題進(jìn)行討論、學(xué)習(xí)，或教師創(chuàng)設(shè)幾個課題，學(xué)生以組為單位進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)踐，在相互交流、相互討論、共同實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)協(xié)同式學(xué)習(xí)，高效率地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、信息技術(shù)構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)資源庫，既可以作為測控專業(yè)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)平臺，也可以作為科普網(wǎng)站向全社會開放實(shí)現(xiàn)資源的共享，體現(xiàn)開放性。教學(xué)資源庫平臺能為課程建設(shè)與人才培養(yǎng)提供有利的支撐。

4結(jié)語

通過多年努力，測控技術(shù)與儀器專業(yè)教學(xué)資源庫建設(shè)取得了較好的成果，相繼獲得全國多媒體課件大賽二等獎2項(xiàng)、三等獎2項(xiàng)、優(yōu)秀獎2項(xiàng)和江蘇省高校優(yōu)秀多媒體課件一等獎1項(xiàng)。資源庫的建設(shè)與使用有效地推動了專業(yè)建設(shè)與人才培養(yǎng)，“應(yīng)用型本科測控技術(shù)與儀器專業(yè)教學(xué)建設(shè)、改革與創(chuàng)新”獲學(xué)校教學(xué)成果獎特等獎，測控技術(shù)與儀器專業(yè)為江蘇省“十二五”重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)、學(xué)校特色專業(yè)。測控專業(yè)教學(xué)資源庫能夠?qū)⒑唵沃R點(diǎn)向外延伸至知識單元而后再擴(kuò)展到知識領(lǐng)域，把測控專業(yè)的知識進(jìn)行縱向串聯(lián)，符合學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，可以使學(xué)生在學(xué)好專業(yè)課程的同時，能從整體上系統(tǒng)地把握整個測控專業(yè)的知識體系，培養(yǎng)學(xué)生可持續(xù)學(xué)習(xí)的能力。通過教學(xué)資源庫的開發(fā)并引導(dǎo)學(xué)生使用，可構(gòu)建一種“資源利用—知識重構(gòu)—協(xié)作學(xué)習(xí)—實(shí)踐應(yīng)用”應(yīng)用型學(xué)習(xí)模式，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)的能力，還可培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識進(jìn)行創(chuàng)新的能力。

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責(zé)任編輯：周澤民

doi:10.3969/j.issn.1671-0436.2016.03.021

收稿日期：2016- 05-16

作者簡介：徐霞(1976—)，女，研究實(shí)習(xí)員。

中圖分類號：G434

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1671- 0436(2016)03- 0093- 04

Construction and Application of Teaching Resource Database for Measurement and Control Technology and Instrument Majors

XU Xia,ZHANG Meifeng

(School of Electrical and Photoelectric Engineering,Changzhou Institute of Technology，Changzhou 213002)

Abstract：In order to enhance students′ understanding and mastery of the whole measurement and control system and to cultivate students′ sustainable learning ability,the team takes the information processing of the measurement and control system as the line and reconstructs knowledge in a line-point-plane model by arranging knowledge point,knowledge unit and knowledge domain in a diffusive and nonlinear way.Tools like LabVIEW、MATLAB、VB、FLASH、JAVA are used to develop the teaching resource database for measurement and control majors with the characteristics of nonlinearity,coordination and openness.Through the use of this teaching resource database,students′ autonomous learning ability and collaborative learning ability are improved,and students′ ability of knowledge innovation is also cultivated.

Key words：measurement and control technology and instrument;teaching resource database;nonlinear;collaboration;openness