虛擬儀器技術在地學類院校本科教學實踐中的應用探索

王猛

摘要：虛擬儀器技術是一門實用性很強，但難度較大的課程。特別是在地學類院校本科教學實踐中，存在著入門容易、實踐應用困難、與地學類儀器聯系不夠緊密等問題，因此亟須改變傳統教學模式，而案例教學法具有以實踐操作為主，以理論為輔的優點，以實踐操作帶動理論的方法，是值得探索的方法之一。學生通過完成一系列小型和一個最終的大型案例，方便全面掌握虛擬儀器技術課程中的絕大部分知識點。這樣的教學方式既可以提高學生的學習興趣，增加動手能力，還可以提高學生的學習自信。通過4年虛擬儀器技術在地學類院校本科教學實踐中的應用探索，結果證明，案例教學法的應用效果非常顯著。

關鍵詞：虛擬儀器技術；地學類院校；本科教學；案例教學法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）32-0124-02

一、前言

虛擬儀器技術在許多領域有取代傳統儀器的趨勢，成為當代儀器發展重要方向之一。以圖形化軟件編程方法和集成開發環境為標志的虛擬儀器開發環境LabVIEW是虛擬儀器技術研究的重要內容[1]。該技術要求學生從理論上掌握虛擬儀器系統的基本構成、基本設計思想、圖形化編程語言等有關知識[2]。LabVIEW雖然入門容易，但是由于其并行的程序運行機制和種類繁多的編程模塊，實際應用時無從下手。特別是地學類院校本科教學實踐中，需要將地學類儀器設計與虛擬儀器技術聯系起來，因此在教學中尋找到新的教學方法顯得非常重要[3]。通過作者近4年的教學實踐，采用案例教學法[4]，將理論穿插在實踐中，能達到很好的教學效果。

二、傳統的教學方法

按傳統的教學方法，教師在課程開始時講解大量概念，隨著教學的深入，LabVIEW所涉及的概念越來越難，加上眾多的模塊，使得學生開始力不從心，在編寫計算機上的驗證性實驗時，跟不上老師的節奏，慢慢地失去了最初的學習興趣，最后干脆就直接放棄。

三、案例教學法及其特點

傳統的教學方法是以理論帶動實踐操作的方法，以理論為主，實踐操作為輔，而案例教學法則恰恰相反，它是實踐操作帶動理論的方法，以實踐操作為主，以理論為輔。理論教學法鼓勵學生積極參與，積極動手，自我解決問題。案例教學法有以下特點：（1）激發學生濃厚的興趣。由于LabVIEW獨特的圖形化編程方式，使得學生在學習知識點的過程中感覺就像在搭積木。這就要求老師給出的學習案例能巧妙地利用上述特點。（2）掌握全面的知識點。教師選擇不同的案例，可以讓學生在進行圖形化編程的過程中接觸各種各樣的新概念，實踐操作加深了對新的知識點的理解，利于全面掌握LabVIEW。（3）提高學生的實踐能力。有針對性的案例練習能增強學生的動手意識，提高發現問題和解決問題的能力。

四、案例教學法的實施步驟

在實施案例教學法過程中，對于教師而言，需要幫助學生厘清知識點、選擇合適的案例、布置綜合案例和設立評分標準等；對于學生而言，需要進行知識點的學習、閱讀老師分發的學習案例和分組討論等，在討論過程中，可以思考和自我解決所遇到的問題，并最終完成綜合案例和總結報告。

1.教師學生準備階段。在準備階段，教師應明確本課程學生應掌握的知識點，然后制定計劃分階段講授。采用教師自身的地學儀器科研案例教學，激發學生學習興趣。對于自身的科研成果，教師最有發言權，內容真實而不空泛。一般在正式開始集中授課前兩周，把課程指導書發給學生。讓學生閱讀案例知識點材料，初步總結案例中的問題。教師可以在這個階段給學生列出一些思考題，讓學生有針對性地開展準備工作。

2.講授和學習階段。教師根據學生往年的學習成績和學生的合作意愿，將其劃分為由2人組成的若干小組。小組討論地點應盡量集中，便于營造氣氛，使學生在討論過程中逐步加深對案例的理解。案例布置后，教師不要講解相關理論知識，而是由學生在組內討論解決，也可以上網查詢相關資料。針對共性問題，可以統一及時講解。每個案例在3天內完成，每一個階段結束后，教師為學生點評各個小組的案例解決方案。

3.評價總結階段。待所有階段結束，教師布置一個最終的綜合性案例，該案例應包括本學期大部分知識點，學生設計解決方案，然后上交設計報告并答辯。學生答辯時，講解自己的設計思路、設計時遇到的困難以及解決辦法，教師對其進行評價，評價結果記入期末考核成績。

五、案例教學法的實際效果分析

本文作者自2012年秋開始承擔“虛擬儀器技術”課程的教學工作。2012年和2013年采用了傳統的教學方式。自2014年秋季開始，采用文中所述的案例教學法。為了驗證案例教學法的應用效果，在2015年秋季的“虛擬儀器技術”課程教學中，邀請了參加過2014年秋季學習的14名學生前來講授，每人負責一個小型的案例，所授內容均是隨機挑選，以此檢驗往屆學生的掌握程度和案例教學法在本屆學生中的應用情況。課堂教學完成之后，通過布置一個大型的案例作業（包括編程要求和成績評價標準，該評價標準自2012年始一直未變），來驗證本學期學生的掌握情況。考核方式采取實際程序演示和文字總結報告的形式。評定后發現，學生自主發現問題、解決問題的能力得到了提升，實際動手能力得到了鍛煉，學習自信心得以加強。從往屆學生的講授效果上來看，說明他們對以前學習的內容掌握得非常扎實，短時間之內可以轉化為實用的工具應用起來。

六、結論

本文開展了虛擬儀器技術在地學類院校本科教學實踐中的應用探索，探究了理論教學和實踐教學如何融合的問題，并將案例教學法應用到課程教學當中，改變了傳統的教學模式，提高了學生的動手實踐能力。在教授本課程的同時，也使學生了解了本課程的前沿知識，為培養開發型和實用型人才，做了一些有益的探索。

參考文獻：

[1]Blume，P.A..LabVIEW編程樣式[M].劉章發，衣法臻，等，譯.北京：電子工業出版社，2009：10-50.

[2]李晴，朱敏.《虛擬儀器技術》課程建設思路與實踐[J].常州信息職業技術學院學報，2007，（03）：61-63.

[3]周小風，肖俊生.虛擬儀器課程教學方法探索與實踐[J].中國電力教育，2013，（22）：150-151.

[4]孫昌.案例教學法及其應用進展[J].山東工業技術，2016，（5）：276.