“以賽促教、以賽促學(xué)”模式在《測(cè)控技術(shù)》課程中的應(yīng)用研究

摘要：以“全國大學(xué)生集成電路創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽職業(yè)技能賽”曾益慧創(chuàng)杯初賽賽題為例，分析了LABVIEW程序設(shè)計(jì)中涉及的文件操作、數(shù)組處理、循環(huán)結(jié)構(gòu)、條件判斷等知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用，將企業(yè)中的真實(shí)項(xiàng)目引入到教學(xué)中，探討“以賽促教、以賽促學(xué)”教學(xué)模式在《測(cè)控技術(shù)》課程中的應(yīng)用效果。研究結(jié)果表明，該模式能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合，提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生綜合素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：測(cè)控技術(shù)；以賽促教；以賽促學(xué)；曾益慧創(chuàng)杯；LABVIEW

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）27-0118-03

0 引言

“以賽促教、以賽促學(xué)”是一種教育理念，旨在通過競(jìng)賽活動(dòng)來促進(jìn)教師的教學(xué)能力和學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在實(shí)際應(yīng)用中，這種模式可以通過設(shè)計(jì)與課程內(nèi)容緊密相關(guān)的競(jìng)賽項(xiàng)目，讓學(xué)生在準(zhǔn)備和參與競(jìng)賽的過程中加深對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用能力。如侯杰和雷瓊[1]以中職組化工生產(chǎn)技術(shù)國賽為例，通過案例分析，探討了競(jìng)賽在促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)、教學(xué)質(zhì)量和創(chuàng)新能力方面的作用；李娜[2]通過問卷調(diào)查和訪談，分析了“以賽促教、以賽促學(xué)”模式在體育教學(xué)中的應(yīng)用效果?！耙再惔俳蹋再惔賹W(xué)”教學(xué)模式在不同學(xué)科和層次的教育中均顯示出顯著的應(yīng)用價(jià)值。通過參與競(jìng)賽，學(xué)生不僅能夠在實(shí)踐中掌握知識(shí)和技能，還能培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作和創(chuàng)新精神，而教師也能通過這一過程優(yōu)化教學(xué)方法，提升教學(xué)質(zhì)量。

《測(cè)控技術(shù)》課程通常包含傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制理論、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)采集與處理等內(nèi)容，旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)施和維護(hù)能力。課程主要借助虛擬儀器技術(shù)，利用LABVIEW平臺(tái)和高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化應(yīng)用。課程需注重理論與實(shí)踐相結(jié)合、教學(xué)內(nèi)容需要不斷更新、教學(xué)方法需要?jiǎng)?chuàng)新，目前主要存在的問題有：已有設(shè)備型號(hào)單一、設(shè)備完好率低、學(xué)生實(shí)際軟硬件聯(lián)調(diào)的機(jī)會(huì)少。

下面以“全國大學(xué)生集成電路創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽職業(yè)技能賽”曾益慧創(chuàng)杯的初賽賽題解析過程為例，說明通過比賽，達(dá)到以賽促教、以賽促學(xué)的效果。

1 比賽任務(wù)

全國大學(xué)生集成電路創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽職業(yè)技能賽是由工業(yè)和信息化部人才交流中心主辦的一項(xiàng)國家級(jí)競(jìng)賽。該賽事旨在服務(wù)國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展大局，創(chuàng)新集成電路產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)模式，為集成電路產(chǎn)業(yè)提供優(yōu)秀的后備人才。

參賽隊(duì)伍將會(huì)拿到一個(gè)芯片測(cè)試數(shù)據(jù)分析程序，LABVIEW編程，考查點(diǎn)在提供的比賽程序中用綠色高亮的注釋進(jìn)行了標(biāo)識(shí)，參賽隊(duì)伍需要完成這4個(gè)考查點(diǎn)，方可實(shí)現(xiàn)芯片測(cè)試數(shù)據(jù)分析程序，提供的比賽程序位于桌面的桌面賽題程序文件夾中，程序前面板已經(jīng)給出，無需改變前面板上的內(nèi)容，程序最終實(shí)現(xiàn)的樣子如附件中視頻所示[3]。

2 比賽考查點(diǎn)解析

2.1 文件讀取與路徑設(shè)置

在LABVIEW 中，文件I/O 選板提供了一系列函數(shù)，用于實(shí)現(xiàn)文件的讀寫操作，支持文本文件、電子表格文件、二進(jìn)制文件、測(cè)量文件等多種格式。

如圖1所示的考查點(diǎn)1中要求將已給的Excel文件中的內(nèi)容調(diào)取出來，則需要用到“讀取帶分隔符的電子表格文件”VI。

賽題已給了一部分程序框圖，需要進(jìn)行補(bǔ)充，若對(duì)已給的函數(shù)不夠熟悉，可在函數(shù)圖標(biāo)上右擊，將顯示項(xiàng)＼標(biāo)簽勾選，如前三個(gè)函數(shù)分別是當(dāng)前VI路徑、拆分路徑、創(chuàng)建路徑函數(shù)；若對(duì)函數(shù)使用有疑問，可以借助幫助菜單，顯示即時(shí)幫助，將鼠標(biāo)移動(dòng)到函數(shù)上，可查看具體的函數(shù)使用方法及案例等。

對(duì)于文件的寫入與讀取，首先要搞清文件存放在哪里，即文件的路徑；其次文件名叫什么，即需要寫進(jìn)去保存的文件或從哪個(gè)文件讀取內(nèi)容，所以編程時(shí)主要要關(guān)注路徑和文件名兩個(gè)部分。

文件路徑可以用兩種形式設(shè)置：基路徑+文件名或路徑常量。

2.1.1 在已給的程序基礎(chǔ)上添加完善路徑

從已有的程序可以看出，要讀取文件名為“測(cè)試數(shù)據(jù)”的Excel文件中的內(nèi)容，則創(chuàng)建路徑函數(shù)的輸入端需要補(bǔ)充的名稱或相對(duì)路徑為文件“測(cè)試數(shù)據(jù).xls”。注意，要將后綴.xls加上，否則運(yùn)行時(shí)會(huì)出錯(cuò)，提示找不到文件。

添加讀取帶分隔符的電子表格文件VI后，還應(yīng)注意：這是一個(gè)多態(tài)VI，有雙精度、整型、字符串三種數(shù)據(jù)類型，默認(rèn)的讀取數(shù)據(jù)類型為雙精度型，若直接與已給的“測(cè)試數(shù)據(jù)”顯示控件相連，則會(huì)出錯(cuò)，提示連接的兩種數(shù)據(jù)類型不同，所以應(yīng)將多態(tài)選擇為“字符串”。

運(yùn)行后可在前面板上“測(cè)試數(shù)據(jù)”表格里將“測(cè)試數(shù)據(jù).xls”電子表格文件的內(nèi)容讀取并顯示出來。

2.1.2 使用基路徑和文件名設(shè)置文件路徑

件路徑可以簡(jiǎn)化為用創(chuàng)建路徑函數(shù)，基路徑+ 文件名的形式設(shè)置，打開前面板上基路徑的對(duì)話框可以選擇需要讀取的文件，但要注意的是：基路徑要設(shè)置為文件的上一級(jí)目錄，否則運(yùn)行時(shí)也會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，提示文件找不到。這是因?yàn)榻柚窂?文件名的形式設(shè)置路徑時(shí)，若基路徑里也出現(xiàn)了文件名，則完整的路徑變成了C：＼Users＼陳光紅＼Desktop＼測(cè)試數(shù)據(jù).xls＼ 測(cè)試數(shù)據(jù).xls，最后一級(jí)重復(fù)了，會(huì)找不到文件；若將基路徑改成C：＼Users＼陳光紅＼Desktop，則可正常運(yùn)行出結(jié)果。

2.1.3 使用路徑常量設(shè)置文件路徑

當(dāng)已確定需要打開的文件位置時(shí)，也可以用路徑常量的形式設(shè)置路徑。如右擊測(cè)試數(shù)據(jù).xls文件，查看屬性＼位置，將位置內(nèi)容復(fù)制、填寫到讀取帶分隔符的電子表格文件函數(shù)的路徑常量端，并加上文件名，也可以運(yùn)行出正確結(jié)果。

2.2 數(shù)據(jù)提取與分析

賽題考查點(diǎn)2要求：完成Excel中單個(gè)參數(shù)的提取，找出DNLmax、DNLmin、INLmax、INLmin、THD、SINAD、SNR。

由于賽題要求提取的參數(shù)均為雙精度型數(shù)據(jù)，因此將“讀取帶分隔符的電子表格文件”VI的多態(tài)選擇設(shè)置為“雙精度”，即可將所有數(shù)據(jù)讀取為雙精度型數(shù)組。

2.2.1 索引數(shù)組函數(shù)的使用

賽題要求提取DNL和INL列數(shù)據(jù)的最大值和最小值，以及THD、SINAD、SNR等參數(shù)，因此需要使用“索引數(shù)組”和“數(shù)組最大值與最小值”函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

使用“索引數(shù)組”函數(shù)，可以提取數(shù)組中的特定元素或子數(shù)組。使用索引數(shù)組函數(shù)時(shí)，關(guān)鍵是如何對(duì)其輸入端行和列賦值，當(dāng)要找出某一行時(shí)，只需要對(duì)行賦值，列不需要賦值，如要找出表格中的標(biāo)題，只需要給行賦值0，輸出的結(jié)果為子數(shù)組；當(dāng)只需要找出某一列時(shí)，只需對(duì)列賦值，行不需要賦值，如要找出INL列的值，只需要給列賦值1，輸出的結(jié)果也為子數(shù)組；當(dāng)需要找出某個(gè)元素時(shí)，對(duì)行和列都要賦值，如要找出THD 的值，則給行賦值1、列賦值2，輸出的結(jié)果為元素。

2.2.2 數(shù)組最大值與最小值函數(shù)的使用

數(shù)組最大值與最小值函數(shù)可以方便地找出數(shù)組中的最大值、最大值所在的位置、最小值及最小值所在的位置。

要注意的是本任務(wù)點(diǎn)中要找出DNL和INL的最大值與最小值，其查找的范圍不是整個(gè)表格，而是限制在DNL列和INL列。所以，先要用上述的索引數(shù)組函數(shù)找出DNL列和INL列，然后在兩個(gè)子數(shù)組的基礎(chǔ)上分別用數(shù)組最大值與最小值函數(shù)找出各自的最大值與最小值。

其程序框圖如圖2所示，任務(wù)點(diǎn)1和2運(yùn)行的結(jié)果如圖3所示。

2.3 參數(shù)判斷與結(jié)果輸出

賽題考查點(diǎn)3要求：參數(shù)值需要和前面板給出的范圍作比較，例如DNLmin必須大于-1，DNLmax必須小于1，如果超出這個(gè)范圍，程序必須彈出一個(gè)小對(duì)話框提示，DNL參數(shù)不合格，并且對(duì)應(yīng)的DNL的燈需要亮起；同理其余四個(gè)參數(shù)也一樣；任何一個(gè)參數(shù)報(bào)錯(cuò)，最終都需要彈出該元件不合格的字樣。

根據(jù)賽題要求，DNL和INL的取值范圍為-1到1，THD、SINAD、SNR的取值應(yīng)大于35。

2.3.1 順序結(jié)構(gòu)的使用

賽題要求對(duì)5列數(shù)據(jù)分別與給定的范圍作比較，最后得出結(jié)論元件是否合格，已給的程序框圖中使用了層疊式的順序結(jié)構(gòu)，選擇器標(biāo)簽可在0-5切換，共有6幀。

在層疊式順序結(jié)構(gòu)的第0幀，需要對(duì)DNL參數(shù)判斷是否在-1到1之間，若在此范圍，則DNL參數(shù)合格，否則DNL參數(shù)不合格，即根據(jù)DNL參數(shù)與所給的參數(shù)范圍作比較，結(jié)論有兩種情況：符合范圍要求和不符合范圍要求，也就是需要兩個(gè)分支，需要用條件結(jié)構(gòu)[4]。其他幀也類似，需要將參數(shù)跟給定的范圍作比較后判斷參數(shù)是否合格。

2.3.2 條件結(jié)構(gòu)的使用

在LABVIEW編程環(huán)境中，條件結(jié)構(gòu)是一種決策結(jié)構(gòu)，它允許根據(jù)不同的輸入條件執(zhí)行不同的代碼路徑。條件結(jié)構(gòu)的工作原理類似于傳統(tǒng)編程語言中的if-else或switch語句。LABVIEW的條件結(jié)構(gòu)由一個(gè)分支選擇器和多個(gè)子程序框圖（分支）組成，分支選擇器根據(jù)輸入的值來決定激活哪個(gè)分支的代碼。

條件結(jié)構(gòu)主要由三部分組成：①選擇器標(biāo)簽；② 條件選擇器；③子程序框圖（分支），其各部分標(biāo)注可參看圖4。

本賽題中條件結(jié)構(gòu)是兩個(gè)分支，其選擇器標(biāo)簽的值有兩個(gè)：真和假；條件選擇器的值是根據(jù)數(shù)據(jù)比較的結(jié)果：T和F即布爾型；子程序框圖（分支）是兩個(gè)分支。在真分支中不需做任何的操作，不需要編程；在假分支中，以第一幀里DNL參數(shù)為例，需對(duì)話框提示DNL參數(shù)不合格，且對(duì)應(yīng)的DNL的燈需要亮起。需用單按鈕對(duì)話框函數(shù)，在其消息端創(chuàng)建常量，并輸入要顯示的提示信息“DNL參數(shù)不合格”，當(dāng)對(duì)話框關(guān)閉時(shí)，其輸出端則返回TRUE，點(diǎn)亮布爾燈DNL，假條件分支的程序框圖如圖4所示。

其他幀里的條件結(jié)構(gòu)的編程類似。

在使用條件結(jié)構(gòu)時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：1） 在多條件情況下，應(yīng)設(shè)置默認(rèn)分支以防止程序報(bào)錯(cuò)；2） 數(shù)據(jù)流方向在條件結(jié)構(gòu)中非常重要，確保數(shù)據(jù)正確流向所選分支；3） 如果某個(gè)分支不需要輸出數(shù)據(jù)，可以設(shè)置“未連接時(shí)使用默認(rèn)”選項(xiàng)，以便在不接線時(shí)使用默認(rèn)值[5]。

條件結(jié)構(gòu)在LABVIEW中應(yīng)用廣泛，特別是在需要用到比較、判斷、報(bào)警、提示等時(shí)，其典型的應(yīng)用場(chǎng)景有：1） 面向用戶的界面跳轉(zhuǎn)功能：可以根據(jù)用戶的操作選擇執(zhí)行不同的程序路徑；2） 狀態(tài)機(jī)框架：結(jié)合While循環(huán)和枚舉量，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的狀態(tài)管理邏輯。

在設(shè)計(jì)LABVIEW程序時(shí)，合理使用條件結(jié)構(gòu)可以提高程序的邏輯清晰度和可維護(hù)性。

2.3.3 復(fù)合運(yùn)算函數(shù)的使用

在考查點(diǎn)3中需要用到結(jié)構(gòu)面板上的層疊式順序結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)，比較面板上的大于、小于函數(shù)，布爾面板上的與函數(shù)。這里需要注意的是：在LABVIEW 中，與函數(shù)通常設(shè)計(jì)為接受兩個(gè)輸入端，用于執(zhí)行邏輯與運(yùn)算。本考查點(diǎn)中在最后一幀要求前5個(gè)參數(shù)都符合要求時(shí)元件才合格，否則元件不合格，也就是前5 個(gè)參數(shù)與參考范圍值比較后要同時(shí)滿足要求（邏輯與）后若結(jié)果為真，則元件合格。若直接用于函數(shù)，只有兩個(gè)輸入端，需要兩兩相與，則需用多個(gè)與函數(shù)。而LABVIEW的函數(shù)庫中包含了可以接受多個(gè)輸入的復(fù)合運(yùn)算函數(shù)，在布爾面板上取出復(fù)合運(yùn)算函數(shù)，將其輸入端子從默認(rèn)的2個(gè)端子擴(kuò)展成5個(gè)，將前5個(gè)參數(shù)比較的結(jié)果連上復(fù)合運(yùn)算函數(shù)的輸入端子，并將復(fù)合運(yùn)算函數(shù)的模式切換為“與”，這樣就可以將前5個(gè)參數(shù)比較的結(jié)果直接相與，可簡(jiǎn)化程序框圖。

2.4 程序循環(huán)控制

考查點(diǎn)4要求：程序需要實(shí)現(xiàn)整體循環(huán)運(yùn)行，選擇測(cè)試數(shù)據(jù)文檔，點(diǎn)擊開始分析后，如果元件合格則程序繼續(xù)運(yùn)行，程序終止的條件是元件不合格或者按下停止按鈕。

2.4.1 LABVIEW 中的循環(huán)結(jié)構(gòu)

LABVIEW提供了兩種主要的循環(huán)結(jié)構(gòu)：For循環(huán)和While循環(huán)，它們各自適用于不同的編程場(chǎng)景。

For循環(huán)用于執(zhí)行確定次數(shù)的代碼塊。 While循環(huán)用于重復(fù)執(zhí)行某個(gè)LABVIEW代碼塊，直至滿足給定條件為止。

2.4.2 循環(huán)停止條件

由于程序需要根據(jù)條件判斷是否繼續(xù)運(yùn)行，因此采用While循環(huán)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，While循環(huán)的關(guān)鍵在于設(shè)置合理的停止條件。

根據(jù)題目要求，當(dāng)按下停止按鈕或者元件不合格時(shí)程序終止，則需將停止按鈕與元件不合格兩者用或函數(shù)運(yùn)算后，結(jié)果送給循環(huán)停止條件。

3 結(jié)束語

通過分析集創(chuàng)賽職業(yè)技能賽曾益慧創(chuàng)杯初賽的考題，將《測(cè)控技術(shù)》中的主要知識(shí)點(diǎn)如何使用、使用中的注意事項(xiàng)等舉例說明，將行業(yè)中的真實(shí)項(xiàng)目引入課程教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，使學(xué)生能夠提升自己的動(dòng)手實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力，達(dá)到了“以賽促教、以賽促學(xué)”的目的。

本研究主要關(guān)注了曾益慧創(chuàng)杯的賽題對(duì)《測(cè)控技術(shù)》課程教與學(xué)的促進(jìn)作用，未來需要研究更多的賽項(xiàng)、賽題在集成電路技術(shù)等專業(yè)中的“以賽促教、以賽促學(xué)”的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 候杰，雷瓊“. 以賽促學(xué)，以賽促教，以賽促創(chuàng)” 提升人才培養(yǎng)質(zhì)量：以中職組化工生產(chǎn)技術(shù)國賽為例[J].河南化工，2024，41（5）：69-70.

[2] 李娜“. 以賽促教、以賽促學(xué)” 教學(xué)模式在高職體育教學(xué)中的應(yīng)用與創(chuàng)新[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2024（8）：134-137.

[3] 2024集創(chuàng)賽職業(yè)技能賽項(xiàng)杯賽題目：曾益慧創(chuàng)職業(yè)技能杯h(huán)ttp：//univ.ciciec.com/nd.jsp？id=758#_jcp=1.

[4] 何玉鈞，高會(huì)生.LabVIEW虛擬儀器設(shè)計(jì)教程[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[5] 劉科，張微.虛擬儀器技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2024.

【通聯(lián)編輯：光文玲】

基金項(xiàng)目：校研究性課程項(xiàng)目“電子級(jí)超純水制備設(shè)備的改進(jìn)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：20240500441196） ；校級(jí)在線精品課程建設(shè)項(xiàng)目“集成電路工藝與實(shí)踐”（項(xiàng)目編號(hào)：20230300441094）