農(nóng)業(yè)院?！短摂M儀器》課程教學改革探索

潘立武

摘 要：虛擬儀器課程是農(nóng)業(yè)機械化及自動化專業(yè)的一門重要課程，具有很強的實踐性。針對虛擬儀器課程的特點，結(jié)合我校教學的實際情況，文中指出了虛擬儀器課程教學中存在的問題，并圍繞存在的問題進行虛擬儀器課程教學改革。改革內(nèi)容包括教學目標與內(nèi)容、教學方式與方法、課程成績評定和教學資源庫的建設(shè)四個方面。實踐證明，通過不斷實踐與完善，教學效果有了很大的改善。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)院校；虛擬儀器；教學改革；實踐教學

中圖分類號：TP216；G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）12-0-02

0 引 言

虛擬儀器是基于通用計算機測試、測量和控制系統(tǒng)，以計算機和測試模塊硬件為基礎(chǔ)、以計算機軟件為核心，在計算機上顯示虛擬儀器面板上實現(xiàn)儀器功能的儀器[1]?？沙浞掷糜嬎銠C豐富的軟硬件資源，因此虛擬儀器具有功能強大、結(jié)構(gòu)靈活及性價比高的特點，可在較大范圍內(nèi)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測控儀器和設(shè)備，有效降低高校實驗室建設(shè)的成本。目前，很多農(nóng)業(yè)類高校的自動化、機械等專業(yè)都開設(shè)了《虛擬儀器》課程。本文研究了虛擬儀器課程教學中存在的問題，并通過教學改革實踐探索出了提高虛擬儀器課程教學效果的有效途徑。

1 虛擬儀器課程教學中存在的問題

虛擬儀器課程實踐性強，接觸的多是工程實際問題。在農(nóng)林院校，學好本課程可為學生掌握農(nóng)牧業(yè)機械化設(shè)計和操作打下良好的基礎(chǔ)。因此，本課程的教學對引導學生理解測控技術(shù)、提高動手能力具有重要作用。

1.1 虛擬儀器課程特點

虛擬儀器是1986年由美國國家儀器公司首先提出的，是指通過程序編制將通用計算機與數(shù)量有限的功能板卡相結(jié)合所構(gòu)成的功能靈活、模塊化、操作方便且可視化的軟件系統(tǒng)[2]。農(nóng)業(yè)院校開設(shè)的虛擬儀器課程主要有以下特點：

（1）涉及知識面廣：虛擬儀器技術(shù)包括計算機軟硬件技術(shù)，涉及計算機、微電子、測量、光電和機械等學科的技術(shù)；

（2） 課程實踐性強：針對農(nóng)業(yè)院校開設(shè)虛擬儀器課程，不僅要求學生具有計算機編程的實踐能力，還需要掌握農(nóng)業(yè)機械的原理，具有很強的實踐性。

1.2 虛擬儀器課程教學中存在的問題

結(jié)合項目組成員多年的教學經(jīng)歷，總結(jié)出虛擬儀器課程教學中普遍存在的問題[2-11]。

（1）偏向軟件學習：虛擬儀器課程教學涉及的軟件較多，如通用軟件編程環(huán)境、專用于虛擬儀器開發(fā)的圖形化編程（G語言）環(huán)境、文本編程環(huán)境等。限于實驗條件和教師的動手能力，很多高校的虛擬儀器課程大多講解如何使用 LabVIEW軟件，硬件綜合實驗很少涉及，在選擇實驗項目方面也偏向于軟件使用的練習和驗證。學生學過該課程后，很難和具體的硬件設(shè)計相結(jié)合，影響農(nóng)業(yè)類應(yīng)用型本、?？迫瞬诺呐囵B(yǎng)。

（2）重理論輕實驗：目前，我國不少院校的虛擬儀器課程教學中存在重視課堂理論學習、輕視實驗教學的問題，實驗課的安排往往依附于理論課。一方面，實驗課滯后于理論教學進度，理論和實踐相脫離；另一方面，主講教師沒有精心設(shè)計和規(guī)劃實驗項目，導致學生認為實驗課沒有理論課重要。

（3）實驗內(nèi)容設(shè)計單一：虛擬儀器課程的現(xiàn)有實驗項目主要包括軟件實驗和借助實驗箱操作的硬軟件實驗。軟件實驗過于簡單，不僅知識點運用單一、綜合性不強，而且知識點分配也不太合理。硬軟件實驗也存在很多問題，如學生只能按照實驗指導書給出的內(nèi)容和步驟完成，在受到實驗箱硬件限制的同時，也限制了學生的主動性和創(chuàng)造性。

（4）授課方式需要改進：目前虛擬儀器的課堂教學主要由任課教師利用多媒體課件講解，學生在實驗課中再集中對所學內(nèi)容進行練習。這種方式的缺點是講解與練習間隔時間過長，不能有效促進學生動手能力的提高。

（5）成績評定方式有待完善：虛擬儀器是一門實踐性、應(yīng)用性較強的課程，傳統(tǒng)的考核方式（紙質(zhì)試卷或課程論文+上機考試）不能完全考查出學生對虛擬儀器編程思想的掌握程度。因此，還需探索出一套靈活、有效的考核方式。

2 虛擬儀器課程教學改革研究

2.1 教學目標與內(nèi)容的改革

根據(jù)一線教師的教學經(jīng)驗與虛擬儀器課程教學大綱的要求，對課程教學目標進行研究并對教學內(nèi)容進行改革。具體方案是將課程內(nèi)容劃分成3個模塊，即基礎(chǔ)概念與編程、通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、特定行業(yè)高級應(yīng)用。知識結(jié)構(gòu)與難度依次上升，越來越接近真實應(yīng)用，更好地實現(xiàn)教學目標[6]。

（1）基礎(chǔ)概念與編程模塊：本部分重點在于概念和理論部分的講授，要盡量壓縮學時，做到少而精。第一是要強調(diào)重點內(nèi)容的學習與掌握，包括程序的創(chuàng)建與調(diào)試、程序結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)、數(shù)組、簇和波形等。第二是要在前一部分學習的過程中重點掌握虛擬儀器程序的設(shè)計理念、學會查詢幫助文件、具備自行學習新虛擬儀器知識模塊的能力，著重強調(diào)學習方法的掌握、獨立學習與解決問題能力的培養(yǎng)。

（2）通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模塊：以操作性和應(yīng)用性為主，重點強調(diào)獨立完成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的搭建和實現(xiàn)，含硬件搭建、軟件設(shè)計及軟硬件聯(lián)調(diào)，要求學生能夠獨立搭建簡單的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如畜禽環(huán)境監(jiān)測采集系統(tǒng)等。根據(jù)項目需求，激發(fā)學生自主查找、學習數(shù)據(jù)采集過程中要用到的軟硬件知識。

（3）特定行業(yè)高級應(yīng)用模塊：本部分精選不同行業(yè)3個不同的綜合性工程項目，采用項目驅(qū)動教學方式，將項目分解成若干個簡單的知識點，先局部講解，然后進行綜合分析與講解，從而激發(fā)學生的學習興趣，提高其學習動力。選取針對性強的項目，將知識點貫穿到實例中，使學生能夠舉一反三。

2.2 教學方式與方法的改革

針對應(yīng)用型本科學生的特點和培養(yǎng)目標，結(jié)合虛擬儀器課程的教學內(nèi)容，項目組教師對教學方式與教學方法進行了改革嘗試，具體改革措施如下：

（1）精簡基礎(chǔ)理論：針對基本概念和理論性內(nèi)容，采用多媒體課件講授。其形象直觀的特性使學生能夠快速理解與掌握教師所講內(nèi)容。采用微課、動畫演示相應(yīng)章節(jié)重點內(nèi)容，例如“波形”和“圖形顯示控件”的使用，調(diào)用數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序及采集卡的設(shè)置等。endprint

（2）強化上機操作：采用在實驗室內(nèi)教學、每人一臺實驗儀器及教師講解和學生練習相結(jié)合的方式進行基本概念的驗證與學習。例如，在學習了數(shù)組、循環(huán)結(jié)構(gòu)以后，要求學生完成“選擇恰當?shù)难h(huán)結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建一個實現(xiàn)二維數(shù)組的虛擬儀器項目”等。在教師課堂講授與演示的基礎(chǔ)上，學生通過加強實踐練習及時掌握有關(guān)教學內(nèi)容。

（3）項目驅(qū)動，案例教學：教學基于“TVI-SC虛擬儀器綜合實驗開發(fā)系統(tǒng)”“TVI-ABF虛擬儀器與DSP集成實驗開發(fā)系統(tǒng)”“鷗鵬 OpenNC 教學與實訓平臺”。在整個教學過程中，始終強調(diào)學以致用，并在應(yīng)用中提高學習效果。根據(jù)教學內(nèi)容和教學要求，選出典型實例，將所要學習的操作與技能融入到實例中，加強學生對基本概念、原理及方法的理解。

2.3 課程成績評定方法

長期以來，考試成績多由卷面成績和平時成績兩部分組成，忽略了對實踐環(huán)節(jié)的檢驗。因此，在學院領(lǐng)導的大力支持下，針對虛擬儀器課程的考核評定進行了改革。改革后，課程總成績由作業(yè)成績（10%）、實驗成績（30%）、期末考試成績（50%）、實踐創(chuàng)新加分（10%）四部分組成。作業(yè)成績主要考核學生對課堂教學理論知識的掌握程度；實驗成績主要考核學生在各項實驗環(huán)節(jié)中的動手能力；期末考試主要考核學生對基礎(chǔ)知識的掌握情況及虛擬儀器的設(shè)計應(yīng)用能力；實踐創(chuàng)新部分根據(jù)學生在學科競賽、電子大賽、申請的發(fā)明專利、撰寫的科技論文等實踐教學環(huán)節(jié)中的表現(xiàn)給予加分。

2.4 教學資源庫建設(shè)

通過對本課題的研究，項目組成員初步構(gòu)建了虛擬儀器課程教學資源庫，以實現(xiàn)資源共享，減輕教師備課的工作量。教育資源庫中存有課件、教案、項目實例等教學中的常用資料。

3 結(jié) 語

虛擬儀器課程自改革以來在各類型技能競賽中獲得了獎項，為社會培養(yǎng)了合格的應(yīng)用型人才。就業(yè)方面，不少學生參加了全國虛擬儀器設(shè)計大賽并取得了NI公司的實習資格；也有學生采用LabVIEW作為上位機開發(fā)軟件參與大學生科技創(chuàng)新計劃；還有學生因參與開發(fā)了畜禽養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)而被企業(yè)提前招聘。競賽方面，參加我院大學生創(chuàng)新科研項目獲二等獎；第十屆發(fā)明杯全國高職高專創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽一、二等獎；通過項目驅(qū)動教學指導學生參加了技能競賽，并獲得河南省第九屆高職技能大賽三等獎等。

通過開展虛擬儀器課程教學內(nèi)容與實踐改革研究，不僅可以在某種程度上解決實驗室建設(shè)資金短缺、設(shè)備投入不足的問題，也促進了實驗教學和學生課后的自主學習；同時，還可以將教師現(xiàn)有的科研成果轉(zhuǎn)換為虛擬仿真實驗內(nèi)容，豐富實驗教學，拓展學生思路，提高學生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。對虛擬儀器課程教學改革的研究，不僅有力推進了高校實驗室的建設(shè)，更為應(yīng)用型本科和專科的教學及科研提供了有力支撐。

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