虛擬儀器技術課程教學的探索與實踐

吳愛華　茅靖峰　華　亮　張　齊

摘要 針對虛擬儀器技術課程的特點，從課程教學內容、教學方法和實踐教學等方面展開有益的探索。論述本課程教學小組在虛擬儀器技術教學內容的選材，如何在教學中注重教學引導、運用案例法和多媒體教學，強化實踐環節，采用科學的課程考核方式等問題上的具體措施。

關鍵詞 虛擬儀器；教學方法；案例法；項目驅動法

中圖分類號：G642.3；TP216 文獻標識碼：A 文章編號：1671-489X（2009）15-0030-02

Exploration and Practice on Teaching of Virtual Instruments Technology//Wu Aihua, Mao Jingfeng, Hua Liang, Zhang Qi

Abstract According to the course characteristics of virtual instruments technology, this paper does some beneficial exploration in teaching contents, teaching methods and practice teaching. Several topic in the course teaching were discussed, such as how to choose teaching contents, carry out teaching introduction, implement case-study method and multimedia teaching, strengthen practice teaching, adopt scientific examination method. Furthermore, the specific teaching measures of the writer course teaching group were given.

Key words virtual instruments；teaching method；case-study method；project-driving method

Authors address Institute of Mechanical Engineering, Nantong University, Nantong, Jiangsu 226019

1 引言

隨著計算機技術的迅猛發展，虛擬儀器（簡稱VI）技術已逐步成為構建現代測量儀器與自動測試系統的重要手段，受到眾多科研與工程技術人員的廣泛關注，其應用領域遍及教育、交通、通訊、工業、農業等各種行業[1]。在此背景下，越來越多的高校組建虛擬儀器技術實驗室，并開設相關理論課程，以培養虛擬儀器技術類的科研與應用人才。然而，虛擬儀器技術是一門集計算機技術、數字信號處理技術、電子技術、標準總線技術和軟件工程方法等專業知識的應用技術類課程。在有限的課程學時下，如何培養出理論與實踐技能并重，能夠利用工程整體觀念來分析和設計系統的學生，是一個需要不斷探討的問題。

南通大學機械工程學院虛擬儀器技術課程教學小組針對虛擬儀器技術這門課程的特點，從注重教學內容、教學方法、實踐教學這3個環節，加強學生對虛擬儀器技術的基本理論知識、實踐技能、工程應用能力和創新意識的培養，取得較好的效果。本文從以下幾個方面闡述課程教學小組對虛擬儀器技術這門課程教學的探索與實踐情況。

2 教學探索與實踐

2.1 合理安排教學內容軟件是虛擬儀器技術的特征與核心，硬件是系統實現的基礎。考慮到市場的應用格局和教學資源的成熟度，課程教學小組選擇NI公司的LabVIEW虛擬儀器開發軟件平臺以及與其相關DAQ數據采集硬件系統，作為課程的理論與實踐教學內容。

開設的虛擬儀器技術課程由理論教學（虛擬儀器技術的背景知識、圖形化編程語言原理和數據采集原理及硬件配置）和實踐教學（課內實驗和課程設計）2部分組成。前者側重虛擬儀器技術的概念、組成原理和LabVIEW軟件應用的基本知識，后者重點突出應用技能的基本訓練與綜合設計，2個部分有機結合，互為映證。

在少學時的教學情況下，圖形化編程語言及其課內實驗教學內容不可能面面俱到，適宜于采用內容由簡單到復雜的授課及實驗方式，如從必選的程序結構、復合數據、圖形顯示、字符串和文件I/O等，到選做的函數發生器、數字示波器、頻率/相位計等。讓學生循序漸進，不斷熟悉虛擬儀器的編程設計和調試方法，達到真正“實用”“會用”的目的。

同時將課程教學小組成員主持和完成的多項LabVIEW測控系統課題的科研成果融入到教學環節中，通過參觀和現場講解虛擬儀器技術的應用案例的實物成果[2-4]，如磁懸浮轉子、集成起動/發電機和超聲電機狀態監測系統等，調動學生的學習熱情。

2.2 注重課程入門的引導在課程授課初期，為了提高學生的學習興趣，并培養形成良好的虛擬儀器技術學習思路，對學生展開積極的課程入門引導工作是非常必要的。

在此方面，首先對課程的第一章概述部分花較大的氣力進行生動充實的講解。向學生講明諸如虛擬儀器的定義、特征、歷程、組成、分類及主流軟件等問題，并應用實例法，介紹LabVIEW的典型應用案例，給出實物照片以及DAQ樣品板，力爭勾勒出一幅LabVIEW應用、發展和前景的全貌，以使在本課程的起始階段就能激發學生的學習熱情。此外，較詳細地介紹課程的主要教學內容、目的、形式、章節間的相互關系及學習進度安排等，使學生對本課程的學習有一個總體把握，提高學生對課程的認知度，降低畏懼感。

針對虛擬儀器技術的學習特點，向學生推薦一些優秀的虛擬儀器/LabVIEW學習網站和參考書籍，豐富其對虛擬儀器技術的應用面和實際應用案例的了解，以進一步明確學習目的。同時，要求學生在自己的機器上安裝和使用LabVIEW開發環境，鼓勵學生多閱讀、模仿和分析經典的VI子例，使其快速進入學習角色。

2.3 采用多媒體和案例法教學教學手段的優劣直接影響到教學效果。虛擬儀器技術課程知識面廣、圖表繁多，實踐性強，為了提高教學效果，課程教學小組利用多媒體進行教學。制作的多媒體課件不僅能夠簡單明了地概括出各章節的知識要點，還大量運用網絡資源，將虛擬儀器/LabVIEW的新技術、新應用以及具有代表性的表格、圖形、圖像和動畫搬進課堂，努力給學生創造出一個圖文并茂、有聲有色、生動逼真的教學環境。

對于圖像化編程語言部分，僅采用多媒體課件進行講解是不夠的。在有限的理論課時中，不可能對G語言中種類繁多的功能控件和函數節點的屬性、使用方法和調試流程用PPT頁面描述得面面俱到。因此，課程教學小組將LabVIEW開發環境搬入課堂，采用案例演示和分析的方法進行G語言的講授。對于G語言中某一個知識點或幾個小的知識點教學，課程教學小組制作短小精悍而又緊扣相關知識點的VI案例。教學過程中，先將案例VI進行演示，指出演示過程中的關鍵問題，再對源程序進行剖析，并著重精練講授。對于G語言中多知識點的綜合運用教學，課程教學小組制作綜合型案例程序，如溫度采集與報警系統、模擬汽車控制面板、多路數字錄波器等。在講授完多個知識點后，給出相關案例程序的現場演示，然后打開源程序，講授其中的關鍵算法及注意事項。這些案例VI程序均放置在課程網站上，要求學生課下消化理解，并挖掘出深層次的問題。

2.4 加強實踐教學環節虛擬儀器技術課程的實踐教學環節包括課內實驗和課程設計2個部分。

課內實驗是在課堂教學的基礎上，鞏固理論知識，培養動手能力和初步設計技能，增強解決問題和分析問題能力的必要教學一環。課程教學小組在實驗教學日程安排上，每一個單元的理論教學都安排有相應的實驗環節，課時穿插進行。在實驗教學內容安排上，為了讓學生在實驗課上做到有的放矢，課程教學小組針對理論授課的知識點布置實驗內容，實驗設計內容與理論課上講解的綜合型典型案例內容類似。這種安排方式，一方面可以督促學生能夠主動地將每次理論課上的VI案例從課程網站上下載下來，認真回顧、消化和模仿；另一方面可以使教師能夠階段性地及時獲得學生對理論課上的教學內容掌握情況的全面反饋了解，并幫助學生進一步鞏固以致活學活用理論知識，達到良好的技能訓練的目的。

課程設計安排在全部理論課程講授完畢后進行，時間為1周。它是對學生工程設計和應用能力、創新意識和創新精神培養的重要環節。課程教學小組應用項目驅動教學法來開展課程設計。學生以小組為單位，在選題庫中自由選題，利用書刊、網絡查找相關資料，自主形成完成項目的各種設計思路，然后在教師的指導下根據實驗室的硬件設備進行具體方案實施。項目完成后，撰寫總結報告。報告內容不僅包括完整的技術報告，還要簡要闡述項目開展過程的經歷（技術路線），總結在此項目中的收獲（如學到什么，以后做此類項目時應注意什么問題等）。通過課程設計的鍛煉，學生將書本的理論知識和實踐經驗真正融入自己的知識鏈，提高綜合能力[5]。

2.5 采用科學的考核方式科學合理的課程考核方法，可以調動學生自主學習的積極性，形成務實的學習風氣。課程教學小組將課程考核方式定為“平時成績＋期末考試＋閱讀報告”的綜合方式。平時成績來源于學生的課堂表現、平時作業、課內實驗及課程設計等方面的綜合，這一部分體現學生對本門課程的學習態度和對基本知識點的掌握程度；期末考試采用集中開卷上機考試的方式進行，要求學生在120分鐘的時間內，在LabVIEW軟件平臺上設計完成一個限定命題的小測控系統，并允許一定的功能發揮，這一部分體現學生的實際操作能力和對知識點的靈活應用設計能力；閱讀報告是在課程學習結束后，由學生自由命題的與虛擬儀器應用技術相關的專業報告，這一部分體現學生對本課程知識的整體把握度與認知深度。實踐證明，這種考核方式使學生非常重視學習過程，重視實踐環節，注重自主學習和動手能力的培養。

3 結束語

虛擬儀器技術課程教學小組通過合理選擇教學內容，注重教學引導，運用案例法和多媒體教學，強化實踐環節，采用科學的課程考核方式等教學措施，取得良好的教學效果。但對于這門知識結構綜合性強、理論與實踐并重的新興課程來說，教師應始終堅持以學生為主體的教學觀念，一方面通過科研項目的鍛煉，不斷提高自身的專業知識水平；一方面繼續深入探索與改革教學模式，努力激發學生的學習主動性與積極性，切實提高教學效果。

參考文獻

[1]喬瑞萍.LabVIEW大學實用教程[M].第3版.北京:電子工業出版社,2008

[2]吳愛華,胡志忠.基于LabVIEW的微弱光電信號鎖相檢測技術[J].醫療設備信息,2005,20(12):4-6

[3]吳愛華,茅靖峰.混合動力汽車ISG參數在線監測系統[J].微計算機信息,2008,20(24):267-269

[4]沈申生,華亮,吳彬.LabVIEW在超聲電機速度控制仿真中的應用[J].傳感器與微系統,2007,26(2):88-91

[5]向學軍,劉平,夏昌浩.基于項目的學習模式在“虛擬儀器技術”課程的應用[J].電氣電子教學學報,2006,28(3):18-20