“虛擬儀器”課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)探索

董浩斌　葛健

摘要：“虛擬儀器”是中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）自動化學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)開設(shè)的專業(yè)選修課。本文擬結(jié)合“虛擬儀器”課程教學(xué)的內(nèi)在規(guī)律及主要目的，將“翻轉(zhuǎn)課堂”這一創(chuàng)新教學(xué)理念應(yīng)用到該課程，以期改變傳統(tǒng)教學(xué)中“以教師為中心”的模式，從而建立新的教學(xué)機制。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；測控技術(shù)與儀器；翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）51-0145-02

一、課程概況

“虛擬儀器”是中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）自動化學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)開設(shè)的專業(yè)選修課，該課程要求學(xué)生掌握虛擬儀器的概念和基礎(chǔ)知識，同時初步具備利用LabVIEW開發(fā)測控系統(tǒng)的能力，為將來利用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)測控系統(tǒng)和儀器儀表奠定基礎(chǔ)，因此在整個本科教學(xué)體系中占有重要地位。

本文的主要目的是測控技術(shù)與儀器專業(yè)本科生來展開研究，并以專業(yè)課“虛擬儀器”為例來對該專業(yè)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的應(yīng)用進(jìn)行研究和探索，以期改變傳統(tǒng)教學(xué)中“以教師為中心”的模式，從而建立新的教學(xué)機制。

二、教學(xué)模型設(shè)計

翻轉(zhuǎn)課堂通過對知識傳授和知識內(nèi)化的互換，從而改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式中的師生角色定位。該方法最早由美國邁阿密大學(xué)的Lage在“經(jīng)濟(jì)學(xué)入門”的教學(xué)中采用[1，2]。本文對“虛擬儀器”課堂時間的使用進(jìn)行重新規(guī)劃，以實現(xiàn)對傳統(tǒng)教學(xué)模式的革新[3，4]。通過信息技術(shù)，為“虛擬儀器”學(xué)習(xí)者構(gòu)建出小組合作式的學(xué)習(xí)環(huán)境。為取得卓有成效的基于翻轉(zhuǎn)課堂的“虛擬儀器”的教學(xué)效果，本文首先構(gòu)建了下圖所示的基于翻轉(zhuǎn)課堂的“虛擬儀器”閉環(huán)教學(xué)模型。該教學(xué)模型包括課前自主學(xué)習(xí)和課上的項目驅(qū)動式學(xué)習(xí)兩部分。在這兩個過程之中，虛擬儀器學(xué)習(xí)支持體系和項目合作小組是翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)環(huán)境創(chuàng)設(shè)的兩個有力杠桿，它們的順利開展能夠有力保證個性化小組協(xié)作式學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建與生成，同時是教師與學(xué)生間、學(xué)生與學(xué)生間互動的必要條件之一[5]。

在課前學(xué)習(xí)中。以觀看虛擬儀器教學(xué)微視頻、課前基本知識點練習(xí)為主。學(xué)生應(yīng)首先通過上節(jié)課發(fā)布的微視頻進(jìn)行知識點預(yù)習(xí)；為保證學(xué)生的注意力能夠集中到教學(xué)視頻上，每段視頻的時間控制在15分鐘以內(nèi)。由于虛擬儀器教學(xué)以LabVIEW軟件為主要的軟件平臺，該軟件特別強調(diào)上機時間操作，因此擬在視頻教學(xué)完畢后，發(fā)布課前基本知識點上機練習(xí)題。在上述過程中，學(xué)生和教師可通過虛擬儀器QQ群進(jìn)行在線互動，了解彼此之間的收獲與疑問，此外學(xué)生之間也能進(jìn)行互動。對于課前練習(xí)的數(shù)量和難易程度，本課程通過開展實驗，以實現(xiàn)合理設(shè)計，來幫助學(xué)生利用舊知識完成向新知識的遷移過渡。全部完成后，練習(xí)題的源代碼在指定時間內(nèi)由學(xué)生上傳至公共郵箱。

在課內(nèi)學(xué)習(xí)中。首先，在課前小程序練習(xí)中的高頻錯誤點以及效果評價的基礎(chǔ)上，確定學(xué)生的薄弱知識環(huán)節(jié)與問題，對課內(nèi)教學(xué)的知識點進(jìn)行重難點調(diào)整與劃分，并展開統(tǒng)一教學(xué)。隨后，為學(xué)生提供獨立學(xué)習(xí)時間：由學(xué)生自由搭建學(xué)習(xí)小組，對教師發(fā)布項目進(jìn)行合作研究，從而培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力。在指定時間內(nèi)完成后，輪流由各個小組進(jìn)行成果PPT匯報。

三、教學(xué)效果評價

在完成上述的閉環(huán)教學(xué)過程后，授課老師需要根據(jù)交流結(jié)果，進(jìn)行課前和課內(nèi)效果的評價，并再次根據(jù)評價效果對知識點進(jìn)行梳理。虛擬儀器課程是測控技術(shù)與儀器專業(yè)本科生在學(xué)習(xí)智能儀器、傳感器技術(shù)、數(shù)字信號處理等課程后的一門專業(yè)選修課程，LabVIEW是目前國內(nèi)外用途最廣的數(shù)據(jù)采集及分析處理軟件。通過該課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握虛擬儀器的概念和基礎(chǔ)知識，同時初步具備開發(fā)虛擬儀器的能力。教學(xué)評價的要點如下。

1.虛擬儀器及LabVIEW入門：主要介紹虛擬儀器發(fā)展現(xiàn)狀，如何初步建立一個LabVIEW文件。

2.LabVIEW程序結(jié)構(gòu)：主要介紹循環(huán)結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、順序結(jié)構(gòu)及應(yīng)用編程；重點：LabVIEW循環(huán)結(jié)構(gòu)；難點：LabVIEW分支結(jié)構(gòu)。

3.LabVIEW數(shù)據(jù)類型：主要介紹數(shù)據(jù)類型，數(shù)組、簇、波形的應(yīng)用編程；重點：數(shù)組的應(yīng)用編程；難點：數(shù)組、簇的調(diào)用與運算。

4.LabVIEW圖形顯示：主要介紹常用Graph控件、XY圖形控件、Chart控件以及圖形顯示控件的使用；重點：常用Graph控件的使用；難點：Graph控件與Chart控件的區(qū)分。

5.字符串和文件I/O：主要介紹字符串、文件I/O、字符串和文件I/O控件的作用；重點：字符串的應(yīng)用編程；難點：利用文件I/O控件來進(jìn)行文件的連續(xù)操作。

6.虛擬儀器數(shù)據(jù)采集：主要介紹信號的類型，虛擬儀器數(shù)據(jù)采集技術(shù)和LabVIEW中數(shù)據(jù)采集控件應(yīng)用；重點：虛擬儀器數(shù)據(jù)采集程序架構(gòu)的建立；難點：如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)的不丟包采樣。

7.虛擬儀器信號分析與處理初步：主要信號分析與處理概述、頻譜分析控件、數(shù)字濾波、LabVIEW中數(shù)據(jù)分析與處理控件使用及編程；重點：數(shù)字濾波器；難點：如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)濾波數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

四、總結(jié)

本文針對在測控技術(shù)與儀器本科高年級學(xué)生的實踐性較強的專業(yè)課教學(xué)中，存在的難以實施因材施教、以教師為中心、互動交流不夠等問題，以“虛擬儀器”為例來對翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)進(jìn)行探索與實踐。研究基于翻轉(zhuǎn)課堂的“虛擬儀器”閉環(huán)教學(xué)模型，并歸納總結(jié)了相應(yīng)的教學(xué)效果評價要點。

參考文獻(xiàn)：

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