以課題研究為導(dǎo)向的虛擬儀器實踐教學(xué)改革

李梅

摘要：“虛擬儀器實踐”是我校電子信息工程專業(yè)高年級本科生的實踐課，我們借鑒以課題研究為導(dǎo)向的教學(xué)方法，在課程內(nèi)容、授課模式和考核方式等幾方面進行了改革，極大地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，提高了學(xué)習(xí)效率，本文介紹了我們的探索和體會。

關(guān)鍵詞：課題研究；虛擬儀器實踐；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）31-0075-02

一、引言

虛擬儀器技術(shù)是當(dāng)前儀器與測量發(fā)展的一個重要方向，它為各學(xué)科提供了一個通用的測量及儀器設(shè)計平臺，因此“虛擬儀器實踐”課程不僅提供了虛擬儀器技術(shù)理論與實踐結(jié)合的環(huán)節(jié)，也是學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)各門學(xué)科知識的一個很好的實踐機會。對于工科學(xué)生來說，加強對他們的實踐能力的培養(yǎng)尤為重要。

“虛擬儀器實踐”課之前的教學(xué)內(nèi)容是讓學(xué)生完成“虛擬儀器實驗箱”配套的實驗指導(dǎo)書上的5個實驗，實驗指導(dǎo)書詳細介紹了實驗步驟，學(xué)生按照實驗指導(dǎo)書的內(nèi)容完成即可。但是每次課程結(jié)束，學(xué)生仍然不懂虛擬儀器的基本知識，更不用說獨立完成一個虛擬儀器的設(shè)計與實現(xiàn)，遠遠達不到開設(shè)這門課的目的以及培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的目標，因此對這門課的教學(xué)改革勢在必行。

通過分析“虛擬儀器實踐”課程的課程目的以及學(xué)生的實際情況，我們在課程中借鑒了以課題研究為導(dǎo)向的教學(xué)方法，對課程內(nèi)容、授課模式和考核方式等幾方面進行了改革，經(jīng)過2年的教學(xué)實踐，均取得了較好的教學(xué)效果和學(xué)生反饋。

二、課題研究為導(dǎo)向的教學(xué)法

課題研究為導(dǎo)向的教學(xué)法，是指在教學(xué)中引入課題研究任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生帶著一定的目的性主動學(xué)習(xí)，這可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并提高獨立科研的能力。從課程伊始布置課題任務(wù)，期末提交課程設(shè)計報告，課題研究任務(wù)貫穿整個課程教學(xué)過程。

以課題研究為導(dǎo)向的教學(xué)過程，學(xué)生可以根據(jù)興趣自主選題，所以學(xué)習(xí)的興趣和動力較大，不僅會自己去研究“怎么做”，還會研究“怎么做得更好”，因此是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)的過程。

課題研究為導(dǎo)向的教學(xué)法，實際上是以建構(gòu)主義教育理念為指導(dǎo)的“做中學(xué)”，要求學(xué)生通過“動手做”獲得直接經(jīng)驗，并運用已掌握的知識去分析和解決實踐中的問題，對獲得的數(shù)據(jù)進行整理、分析等處理，最終得出結(jié)論。因此，學(xué)生得到的知識是鮮活的知識，并且易于內(nèi)化為認知結(jié)構(gòu)。

做中學(xué)的教學(xué)思想被認為是最有效的教學(xué)策略之一。正如美國“2061計劃”中指出，最有效的向各類學(xué)生教授科學(xué)的策略應(yīng)是支持學(xué)生對他們自己動手的和與他們的生活和文化相關(guān)的活動形成他們自己的理解[7]。

對于如何開展做中學(xué)，國內(nèi)外教育界做了很多有效的嘗試和探索，丹麥的奧爾大學(xué)創(chuàng)立的課題（項目）組織教學(xué)（project organized）模式便是一個成功范例。這一模式包括選擇課題、師生協(xié)同研究、撰寫研究報告、課題評價四個階段，真正做到了按課題（項目）組織教學(xué)，以課題研究貫穿于教學(xué)的全過程。

三、課題研究為導(dǎo)向的教學(xué)實踐

在“虛擬儀器實踐”課程教學(xué)過程中實施以課題研究為導(dǎo)向的教學(xué)法，不僅僅是幫助學(xué)生更好地掌握虛擬儀器技術(shù)的知識，包括虛擬儀器系統(tǒng)的構(gòu)成、虛擬儀器的編程環(huán)境和編程方法、虛擬儀器的編程技巧以及優(yōu)化策略，也重在培養(yǎng)各種能力，包括發(fā)現(xiàn)和運用學(xué)習(xí)資源的能力，合作學(xué)習(xí)的能力，口頭表達能力和書面表達能力，運用在大學(xué)學(xué)到的知識和發(fā)展的智力等。

改革以后的課程內(nèi)容、授課模式和考核方式都圍繞以上目標進行，課程內(nèi)容不再是幾個固定的實驗，而是學(xué)生自主完成一個課題的設(shè)計并實現(xiàn)；授課模式也主要是“以學(xué)生為中心”的研究型課堂模式，教師主要工作是答疑和點評；課程考核是根據(jù)課題完成情況和課程設(shè)計報告的情況綜合評分。具體步驟如下。

（一）確定課題

主要是給學(xué)生們布置課題任務(wù)，同時介紹考核的標準、查找文獻的方法、課程設(shè)計報告的格式要求，并提供示范的優(yōu)秀作品。

課題的確定是實施項目教學(xué)法的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。選題既要新穎有趣，能夠激發(fā)學(xué)生的興趣，又要有一定綜合性和難度，能夠讓學(xué)生對所學(xué)知識進行綜合、學(xué)會理論聯(lián)系實際、學(xué)會解決處理實際問題，從中培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新意識，鼓勵學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛好以及查找資料的結(jié)果自主選題，再由教師審批確定。

（二）知識梳理

任何一個領(lǐng)域的知識都是有結(jié)構(gòu)的。把知識放到一個大的架構(gòu)下學(xué)習(xí)，有助于掌握和理解，有益于記憶和應(yīng)用，可以有效提高學(xué)習(xí)效率。學(xué)生在小學(xué)期生產(chǎn)實習(xí)時已經(jīng)學(xué)過了LabVIEW的基本知識，但是比較零碎，沒有構(gòu)建起虛擬儀器技術(shù)的整體知識脈絡(luò)，因此，在學(xué)生開始他們的課題研究之前，我們用2個課時給學(xué)生做了必要的知識梳理，把虛擬儀器技術(shù)的基本知識點貫穿起來，也解決了學(xué)時少的情況下盡可能提高課題研究質(zhì)量的問題。

（三）課題研究

學(xué)生可以選擇獨立完成或者2人一組完成課程設(shè)計。學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)、參考書籍查找相關(guān)資料，實現(xiàn)課題的預(yù)期效果。在教師的建議和指導(dǎo)下，學(xué)生尋找符合項目性能指標要求的傳感器和元器件，完成硬件電路的搭建。硬件電路完成后，進入軟件框圖程序設(shè)計。最終進行軟硬件系統(tǒng)調(diào)試，完成設(shè)計要求。也允許有一定難度和實用價值的純軟件的課題。

（四）課題評價

每組同學(xué)用PPT和課題成果演示相結(jié)合的方式展示課題的研究成果以及獲得的知識和技能，老師進行點評，主要從綜合性、界面友好性、程序規(guī)范性、創(chuàng)新性四個方面進行評價和考核，鼓勵學(xué)生的創(chuàng)新意識和有難度的課題。

（五）撰寫報告

之前絕大多數(shù)學(xué)生都沒有做過小論文，我們參考畢設(shè)論文的格式向?qū)W生提出了課程設(shè)計報告的要求（即應(yīng)包括摘要、關(guān)鍵詞、全文、心得總結(jié)及參考文獻，且參考文獻應(yīng)在文中標注等），并給出示例范文。這不僅使學(xué)生得到了初步的科學(xué)研究訓(xùn)練，也為即將到來的畢業(yè)設(shè)計做了很好的過渡。

四、教學(xué)實踐的實施效果

我們從2014年開始對電子信息工程專業(yè)兩屆共108名學(xué)生進行了以課題研究為導(dǎo)向的“虛擬儀器實踐”課的教學(xué)改革探索。學(xué)生用9周時間，利用美國NI公司LabVIEW虛擬儀器軟件、數(shù)據(jù)采集卡及其他傳感器和元器件分別完成了自動溫度監(jiān)測儀、多媒體小助手、基于LabVIEW的遠程實驗、實時變聲器、基于LabVIEW的多媒體通訊系統(tǒng)、十字路口交通燈控制系統(tǒng)、直流電機轉(zhuǎn)速控制儀設(shè)計等多個課題的設(shè)計。學(xué)生們還自擬了全國大學(xué)生體質(zhì)健康測試計算器、學(xué)生宿舍簡易監(jiān)控系統(tǒng)等反映學(xué)生日常生活需要的題目，學(xué)生們做得興趣盎然，相關(guān)作品參加校內(nèi)外的虛擬儀器競賽也獲得了較好的成績。

通過本課程，學(xué)生不但完成了虛擬儀器技術(shù)相關(guān)知識的學(xué)習(xí)和綜合應(yīng)用，還加深了對傳感器技術(shù)、測控技術(shù)、計算機原理與接口技術(shù)、信號與系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等理論知識的理解。課堂氣氛活躍，學(xué)生分析能力、組織協(xié)調(diào)能力和動手能力顯著提高，基本達到了預(yù)期教學(xué)目標。

為了提高學(xué)生的課程論文質(zhì)量，我們要求每個課題都小題大做。從課題調(diào)研、提交方案、課題完成，到最后的論文提交，完成了一個系統(tǒng)的學(xué)術(shù)訓(xùn)練過程。在最近的這期教學(xué)實踐中，我們強化了方案環(huán)節(jié)，要求學(xué)生在前期要提交一份研究方案的報告，因此這期提交的論文質(zhì)量整體上比上期有較大的提高。學(xué)生在完成論文后普遍有一種成就感。

五、教學(xué)實踐中的教學(xué)體會及應(yīng)注意的問題

以課題研究為導(dǎo)向的“虛擬儀器實踐”課的教學(xué)改革探索取得了比較好的教學(xué)效果，但是還是有些需要注意改進的問題。

（一）項目設(shè)計要合理

學(xué)生的層次和素質(zhì)有較大的差別，為了滿足每個學(xué)生的不同需求，使他們有不同程度的收獲，項目設(shè)計必須有層次。同時，給學(xué)生布置任務(wù)時一定要提出明確的要求和目標。

另外，根據(jù)學(xué)生的反饋，多數(shù)學(xué)生希望在選題時能夠得到更多老師的引導(dǎo)和支持。我們的學(xué)生經(jīng)過多年應(yīng)試教育的培養(yǎng)，創(chuàng)新意識比較缺乏，希望老師有現(xiàn)成的題目給他們。改變這種狀況還需要長期的培養(yǎng)和引導(dǎo)。

（二）把握好教師的地位

以課題研究為導(dǎo)向的教學(xué)中，學(xué)生為主體，教師設(shè)計課題任務(wù)、提供指導(dǎo)和建議并且做好督促和檢查。

由于已經(jīng)是大四階段，很多同學(xué)在外實習(xí)，加上考研的比例很大，所以不少學(xué)生直到期末交稿的截止期限前才真正開始做，這就很難保證課題研究的質(zhì)量。因此教師要經(jīng)常性的檢查，以增加他們的時間緊迫感，確保課題和論文完成的質(zhì)量。

六、結(jié)語

經(jīng)實踐證明，以課題研究為導(dǎo)向的教學(xué)法是一套行之有效的教學(xué)方法。在“虛擬儀器實踐”課程中的教學(xué)實踐表明，不僅可以讓學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識，同時培養(yǎng)了學(xué)生的獨立思考能力，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新實踐能力的人才培養(yǎng)目標以及工程教育創(chuàng)新改革提供了一種新思路和有效模式。

參考文獻：

[1]夏紀梅.“任務(wù)教學(xué)法”給大學(xué)英語教學(xué)帶來的效益[J].中國大學(xué)教學(xué)，2001，（6）：32-34.

[2]劉科，宋秦中.以實踐為中心的“虛擬儀器”教學(xué)研究[J].中國電力教育，2011，（19）：97-98.

[3]聶鐵力，梁栩凌.管理理論基礎(chǔ)課程的情境教學(xué)設(shè)計——與美國課題導(dǎo)向教學(xué)方式的比較[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2014，（6）：50-51.

[4]邱宏，吳平，陳森，張師平.研究型教學(xué)中科研訓(xùn)練環(huán)節(jié)的教學(xué)實踐[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2013，（13）：26-27.

[5]郭杰，周祥才，張美鳳.項目教學(xué)法在“虛擬儀器技術(shù)”課程教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].科技信息，2011，（6）：130-133.

[6]黃獻海.課題研究為導(dǎo)向的材料力學(xué)教學(xué)方法初探[J].力學(xué)與實踐，2012，（6）：74-76.

[7]美國科學(xué)促進會.科學(xué)教育標準（草案）[M].北京：科學(xué)普及出版社，2001.