創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)導(dǎo)向的LabVIEW 編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革與實(shí)踐

楊聲云， 趙文龍， 萬衛(wèi)強(qiáng)， 邱玉蘭

（南昌航空大學(xué) 信息工程學(xué)院，南昌 330063）

引 言

2015 年，國務(wù)院辦公廳發(fā)布了《關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實(shí)施意見》，文件中明確提出了高校健全創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程體系的具體措施[1]。實(shí)現(xiàn)創(chuàng)業(yè)教育和專業(yè)教育的有機(jī)融合是當(dāng)前我國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育必須解決的問題之一[2]。

“LabVIEW 編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)”課程是自動(dòng)化專業(yè)、電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)課，在以往的教學(xué)實(shí)踐中,本課程主要采用多媒體教學(xué)方式，課堂講述為主并安排有8 學(xué)時(shí)的上機(jī)實(shí)驗(yàn)。但在2015 版新的專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中，學(xué)時(shí)分配已進(jìn)行了調(diào)整，減少了課堂教學(xué)學(xué)時(shí)，增加了上機(jī)練習(xí)時(shí)間，故而以往的教學(xué)方法也需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。秉承創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的精神，本課程在上機(jī)實(shí)踐中更多地引入了以工作任務(wù)驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向的項(xiàng)目訓(xùn)練模式[3-4]，使學(xué)生能更好地掌握和提高LabVIEW 綜合應(yīng)用技能和技巧，在其后續(xù)專業(yè)課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)選題中更能運(yùn)用自如，培養(yǎng)其創(chuàng)業(yè)精神，提高其設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)業(yè)能力。

1 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)導(dǎo)向的課程教學(xué)改革

1.1 課程教學(xué)內(nèi)容改革

根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案對(duì)該課程設(shè)置有限學(xué)時(shí)的實(shí)際，結(jié)合當(dāng)代大學(xué)生學(xué)習(xí)碎片化的特點(diǎn)，本課程在教學(xué)內(nèi)容上的改革是將教學(xué)大綱所規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化為若干教學(xué)模塊，即教學(xué)內(nèi)容模塊化。這既能在一定程度上解決學(xué)時(shí)少內(nèi)容多的矛盾，又便于教學(xué)方法的改革。模塊化教學(xué)內(nèi)容及體現(xiàn)科研成果的研究性教學(xué)內(nèi)容的比例見表1。在不同模塊化的教學(xué)內(nèi)容導(dǎo)入課程相關(guān)科研成果的研究性內(nèi)容，能更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生思考問題、分析和解決問題的能力。在教學(xué)內(nèi)容改革上堅(jiān)持“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，明確了每個(gè)教學(xué)內(nèi)容模塊學(xué)生學(xué)習(xí)擬達(dá)到的目標(biāo)。

表1 課程教學(xué)內(nèi)容改革一覽表

1.2 課程教學(xué)方法改革

本課程采用的教學(xué)方法是課堂講授和任務(wù)驅(qū)動(dòng)相結(jié)合，課堂講授改變了以往的課堂滿堂灌形式，而是更多的讓學(xué)生參與到課堂的教學(xué)中來。在教學(xué)過程中，積極調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的知識(shí)傳授型向教學(xué)創(chuàng)新和實(shí)踐相結(jié)合的過程的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神[5]。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是建立在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)法，它轉(zhuǎn)變以往以傳授知識(shí)為主的傳統(tǒng)教學(xué)理念，實(shí)施以解決問題、完成任務(wù)為主的多維互動(dòng)式的教學(xué)理念。學(xué)生能根據(jù)自己對(duì)問題的理解，運(yùn)用共有的知識(shí)和自己特有的經(jīng)驗(yàn)提出方案和解決問題[6]。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法改變了以往“教師講，學(xué)生聽”，以教定學(xué)的被動(dòng)教學(xué)模式，創(chuàng)造了以學(xué)定教、學(xué)生主動(dòng)參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型學(xué)習(xí)模式[7-8]。通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”法有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)及與他人協(xié)作的能力。

“以任務(wù)為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法流程包括：

1）講解演示。非傳統(tǒng)的教師講臺(tái)講授，而是對(duì)課程內(nèi)容模塊化，提煉重點(diǎn)和難點(diǎn)并進(jìn)行講解，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者帶著真實(shí)的任務(wù)進(jìn)入學(xué)習(xí)，使學(xué)習(xí)更加直觀和形象化。

2）現(xiàn)場實(shí)操。即選擇與當(dāng)前學(xué)習(xí)主題密切相關(guān)的真實(shí)性問題（任務(wù)）作為學(xué)習(xí)的中心內(nèi)容，讓學(xué)生通過問題的解決來建構(gòu)知識(shí)[9-10]。

3）檢查指導(dǎo)。在學(xué)生探索解決現(xiàn)實(shí)問題（任務(wù)）的過程中遇到困難時(shí)，給予現(xiàn)場指導(dǎo)。

4）案例練習(xí)。教師給出與當(dāng)前學(xué)習(xí)主題密切相關(guān)的案例，強(qiáng)調(diào)鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，鼓勵(lì)學(xué)生之間的討論和交流。以此補(bǔ)充修正學(xué)生對(duì)當(dāng)前問題的解決方案。

5）展示點(diǎn)評(píng)。讓學(xué)生展示所解決問題（任務(wù)）的思路、方案、結(jié)果，教師予以點(diǎn)評(píng)。教師既對(duì)學(xué)生解決問題的過程和結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，也對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)及協(xié)作能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

本課程教學(xué)改革實(shí)踐中為學(xué)生組建了課程學(xué)習(xí)小組，將大部分課堂教學(xué)內(nèi)容模塊作為課程學(xué)習(xí)任務(wù)布置給學(xué)習(xí)小組。學(xué)生課前以小組為單位主動(dòng)學(xué)習(xí)研討，并制作PPT，上課時(shí)在課堂進(jìn)行講解；教師和其他學(xué)生作為聽課者參與提問互動(dòng)；教師對(duì)學(xué)生所講的內(nèi)容在基礎(chǔ)理論、基本方法方面加以點(diǎn)評(píng)并進(jìn)一步梳理講解。這樣既可以提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，還可以鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)與語言表達(dá)能力[11-12]。

本課程積極開展了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，利用網(wǎng)絡(luò)向?qū)W生提供各種教學(xué)信息，本課程的教學(xué)課件、題庫、上機(jī)練習(xí)指導(dǎo)等各類教學(xué)資料均通過學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了資源共享，加強(qiáng)了學(xué)生與教師在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的信息交流。在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)踐中，能夠不斷更新和擴(kuò)展學(xué)習(xí)內(nèi)容，豐富了教學(xué)手段和方法，方便了學(xué)生課外繼續(xù)學(xué)習(xí)，對(duì)提高教學(xué)效果有很好的促進(jìn)作用。圖1 為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)教學(xué)資源頁面。

圖1 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)教學(xué)資源頁面

1.3 課程考核方法改革

根據(jù)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育教學(xué)改革的精神，本課程在考核方法上改變了期末考試一錘定音的方法，重視學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作學(xué)習(xí)過程中的考核和實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)體現(xiàn)的能力，通過采取多種考核方式相結(jié)合的方法，強(qiáng)化了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

1.3.1 學(xué)生合作學(xué)習(xí)考核（占比30%）

1）學(xué)生自評(píng)考核。

各學(xué)習(xí)小組根據(jù)本組成員在合作學(xué)習(xí)中的參與度和貢獻(xiàn)度進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)，在一定程度上實(shí)現(xiàn)學(xué)生“我的學(xué)習(xí)我做主，我的評(píng)分我做主”的目標(biāo)。學(xué)生自評(píng)考核在“學(xué)生合作學(xué)習(xí)考核”的占比為40%。

2）教師對(duì)各合作學(xué)習(xí)小組考核。

教師根據(jù)各合作學(xué)習(xí)小組的課堂表現(xiàn)評(píng)分，在“學(xué)生合作學(xué)習(xí)考核”的占比為60%。

1.3.2 課堂測驗(yàn)考核（占比40%）

課堂測驗(yàn)考核在綜合成績中占比40%。

1.3.3 實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)考核（占比30%）

實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)考核在綜合成績中占比30%。

各種考核方式在學(xué)生綜合成績中占比見表2。

表2 各種考核方式在學(xué)生綜合成績中的占比

2 教學(xué)改革實(shí)施及成效

“LabVIEW 編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)”課程在2015—2017 級(jí)自動(dòng)化專業(yè)和電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)共16 個(gè)班級(jí)學(xué)生的課程教學(xué)中實(shí)施了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育教學(xué)改革。

經(jīng)過課程教學(xué)改革之后，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性明顯提高，大部分同學(xué)都能夠積極參與課堂互動(dòng)討論，學(xué)生普遍反映本課程教學(xué)方法的改變更能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)能力。

以2015—2017 級(jí)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的考試成績?yōu)槔M(jìn)行對(duì)比，參考工程認(rèn)證課程目標(biāo)達(dá)成情況評(píng)價(jià)表，學(xué)生成績對(duì)比情況見表3。表中A1，A2，A3 分別為本課程3 個(gè)課程目標(biāo)的百分制達(dá)成度。其中課程目標(biāo)1 為掌握LabVIEW 程序設(shè)計(jì)的基本概念，課程目標(biāo)2 為掌握LabVIEW 程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，了解有關(guān)虛擬儀器的創(chuàng)新概念、最新研究成果及實(shí)用技術(shù)。課程目標(biāo)3 為能熟練使用LabVIEW 軟件完成簡單的虛擬儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

表3 2015—2017級(jí)學(xué)生成績對(duì)比 分

實(shí)行教學(xué)改革之后，學(xué)生成績?cè)谄骄趾图案衤实确矫婢休^大提高，3 個(gè)課程目標(biāo)的達(dá)成度明顯提高，尤其是課程目標(biāo)3 的達(dá)成情況。

大多數(shù)學(xué)生在短學(xué)時(shí)的學(xué)習(xí)中較難熟練使用LabVIEW 軟件完成簡單的虛擬儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)，但在采取增加課后實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)要求的改進(jìn)措施下，有了很大的改善，課程目標(biāo)3 達(dá)成度A3 提高明顯。

3 結(jié) 語

通過本課程的教學(xué)改革與實(shí)踐，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識(shí)及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)具有積極的作用和意義，具體體現(xiàn)在：

1）引入以工作任務(wù)驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向的項(xiàng)目訓(xùn)練模式，通過實(shí)際技能訓(xùn)練，使學(xué)生更好地掌握和提高了LabVIEW 綜合應(yīng)用技能和技巧；

2）用科研創(chuàng)新實(shí)例作為應(yīng)用案例進(jìn)行講解，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)效果，能逐步培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新意識(shí)；

3）通過后續(xù)專業(yè)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中與本課程相關(guān)的選題進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

總之，將專業(yè)課教學(xué)與科研、實(shí)踐相結(jié)合，將項(xiàng)目訓(xùn)練及科研課題融入課堂，學(xué)生參與到項(xiàng)目訓(xùn)練和科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中來，既做到了理論聯(lián)系實(shí)際，改善了教學(xué)效果，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，又能使學(xué)生不再拘泥于書本知識(shí)，能夠使他們盡早融入到社會(huì)實(shí)踐當(dāng)中，培養(yǎng)和鍛煉了他們的科研意識(shí)和創(chuàng)新能力。