《虛擬測試技術》課程的教學定位與教學改革

汪弦

摘要：《虛擬測試技術》是電子信息工程專業及自動化專業的一門專業課程，教學中引發了教師對課程性質及教學改革的思考，將課程定位于實踐應用和專業課程輔助學習工具，并在課程教學中引入分組合作實驗法，從而提高課程教學效果。

關鍵詞：虛擬測試技術；分組合作實驗法；教學改革

中圖分類號：G642.0？搖 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）02-0050-02

一、虛擬測試技術的簡介

虛擬儀器的核心為“軟件就是儀器”，即用軟件模擬儀器的功能，其利用計算機顯示器的顯示功能來模擬傳統儀器的控制面板，如開關、旋鈕、儀表盤等，通過多種方式表達輸出檢測結果，并結合計算機強大的軟件功能實現信號數據的運算、分析和處理，通過I/O接口完成信號的采集、測量和處理[1]。虛擬儀器軟件簡單易用的圖形化編程界面，豐富美觀的控件，廣泛的硬件支持和大量的算法工具包，使其在測控行業被廣泛的認同，同時虛擬儀器開發軟件中集成了如自動控制原理、數字信號處理、通信原理等相關專業知識模塊，有利于在專業課程學習過程中構建實驗環境，在理工科的實驗教學方面也得到越來越多的應用。

二、虛擬測試技術的教學定位

虛擬測試技術開發軟件提供了大量的開發模塊，如Control Design and Simulation（控制設計與仿真）、Image and Signal Processing（圖像和信號處理）和Industrial Monitoring and Control（工業監測與控制）等，同時還提供了種類齊全的信號采集電路板，這些開發模塊及配套的硬件模塊能夠模擬專業課程的實驗教學環境，亦能滿足測控行業的廣泛需求?；谝陨咸匦裕摂M測試技術具備了輔助教學的功能以及較好的就業前景，因此在教學過程中，將《虛擬測試技術》課程性質定義為一門實際應用課程及教學輔助工具，在教學過程中加強理論知識與實際應用的結合，并注意《虛擬測試技術》與《自動控制原理》、《數字信號處理》、《通信原理》等專業課程之間的聯系，通過虛擬儀器模擬實驗環境，進而提高學生對相關專業知識的學習效率，降低部分專業實驗室的構建成本。在教學設計中可將虛擬測試技術的教學目的分為兩部分：實際應用與輔助教學。

三、虛擬測試技術的教學改革

傳統的教學方法中，教學安排為理論課時和實驗課時，而且實驗課時量偏少，教師在理論課上純粹地講授課程內容，將每一步實際操作都做詳盡的交待或示范，再由學生在課后或是實驗課上機械地模仿整個過程，這樣的教學方式雖然能使學生在短時間內掌握教材內容，但是不利于學生對知識的真正理解和靈活應用，局限了學生的思維，約束了學生的創造力和想象力，也使部分學生對課程興趣不足，課后的學習積極性不強，因而導致教學效果不理想。針對傳統教學方法的不足，在虛擬測試技術的教學過程中，將理論教學融合在實驗教學中，所有課時都安排在計算機機房進行，使學生便于將理論知識與實際操作結合。同時，在教學中提出分組合作實驗法，以實驗框架的形式布置給學生，學生按照每三人一組劃分為若干組，每一組學生根據實驗框架進行討論，確定實驗功能、細化實現方案、擬定實驗的具體實現過程，進一步領會重要知識點以及實現中的難點，最后設計程序面板、編寫代碼，完成實驗。通過融合了理論教學的分組合作實驗教學法，學生思維的嚴謹性、開拓性得到了更好地訓練、創新能力以及團隊協作意識得到一定的提升，有利于適應今后就業的環境，滿足企業需求。在分組合作實驗教學法實施的過程中，應注意以下幾個方面：

1.課程內容設計。課程內容的設計，要參照教學目的及教學進度安排，遵循三者相符合的原則，并將課程內容融合到實際應用中去，按照1：1安排實際應用實驗與輔助教學實驗：實際應用實驗中選取了模擬交通燈系統設計、模擬小區蓄水供水系統設計、自動售賣機程序設計和TCP/IP通信系統設計；輔助教學實驗中針對部分專業課程選取相關聯的內容，例如與信號與系統專業相關的信號分析儀設計，涉及數字信號處理課程的IIR濾波器設計，與自動控制原理課程相關的二階系統虛擬實驗平臺設計和針對通信原理課程的數字信號基帶頻帶傳輸。這些實驗的設計，涵蓋了虛擬測試技術中大部分的基本知識要點，通過實際操作，學生能掌握虛擬測試軟件的使用，面板設計與后臺編程的基本方法，了解項目開發的流程以及虛擬測試技術在項目中的基礎應用方法。

2.實驗難度設計。針對學生學習基礎及學習能力的差別，實驗選取難易結合，階梯式提高實驗難度。實驗要求分為基本模塊和擴展模塊，實驗基本模塊考察基本知識點的應用，拓展模塊側重于知識點的擴展應用，訓練學生嚴謹、靈活、系統的編程思維，學生可以根據自己的興趣自主選擇相應的模塊。例如在實際應用中的實驗題“交通燈系統模擬設計”，實驗基本要求為模擬交通信號燈，控制東西南北四向直行的交通運行，并可以自由的設置信號燈時間的長短；在該實驗中設置了擴展模塊，除了完成基本模塊外，需要考慮路口的左轉、右轉信號指示；在輔助教學中的實驗題“IIR濾波器的設計”，實驗的基本要求為產生一個帶有噪聲的正弦信號，選擇一種濾波器對其進行低通濾波，顯示濾波前后的效果；課題中的擴展模塊為綜合濾波器設計，可以實現多種低通濾波器的自主選擇，以及濾波器參數的自由調節。

3.實驗點評。實驗點評時講授實驗中所包含的知識點，解決學生在實驗過程中存在的問題，并對小組實驗設計成果進行檢驗。實驗的點評主要側重以下幾個方面：（1）實驗規劃點評：包括實驗功能的細化，實現方案的比較，實現方案過程中的重難點把握程度等，通過這些要點的點評，整合出最全面的實驗設計，強化學生細致的分析能力和全面的綜合能力；（2）實驗知識點評：教師對實驗中涉及的重難點知識進行講解，提示知識點應用過程中需要注意的細節；并對輔助教學實驗中的專業知識進行梳理，從而使學生能將各個學科的專業知識融合在一起，加強學科間的交流；（3）實驗設計點評：對程序界面設計美觀度、代碼編寫的規范性進行點評，培養學生良好的編程習慣及嚴謹的邏輯思考能力；（4）實驗效果分析：需要對各個小組的完成情況進行統計，針對完成過程中普遍存在的問題進行更詳細的講授或是實例示范，同時對個別完成情況較差的小組給予重點輔導，以避免學生在課程內容的掌握水平上差距過大，使部分學生喪失學習興趣。

四、結論與展望

在《虛擬測試技術》教學過程中，放棄純理論教學，利用計算機機房良好的實際操作環境，達到更高質量的教學效果，并在課程考核中采用了用計算機考試替代卷面考試的方法，以便更真實準確地反映出學生的知識掌握水平。

教學過程中采用的分組合作實驗教學法，打破了傳統常規的教學模式，分組合作模式能夠讓學生提前感受到企業中團隊協作的氛圍。通過實驗的精心選取，取得了較好的教學效果，實際應用實驗側重于提高學生解決現實問題的能力，而輔助教學實驗有助于加強學科之間的聯系，使學生對其他專業課程較抽象內容有形象的認知，對知識的理解和掌握起到較大的幫助。通過這種教學方式，學生能與教師形成良好的互動，一方面能夠針對自己在實驗設計中遇到的問題，通過思考和解決問題，鞏固教師課堂上的知識，進一步加深印象，另一方面也激發了學生的學習興趣。該方法在教學中取得了較好的效果。

隨著網絡信息時代的發展，虛擬測試技術的應用普及已經得到了越來越廣泛的支持。通過著眼于實際操作能力的課程教學，學生能初步掌握虛擬儀器設計的基礎技能和技巧，有志于在將來涉足虛擬儀器應用行業的學生，還可以通過參與全國虛擬儀器大賽，或是參加CLAD（LabVIEW助理開發員認證）、CLD（LabVIEW開發員認證）甚至是CLA（LabVIEW架構師認證）考試，將自己的技能提升到更專業的水平，為自己將來的就業鋪設一條更寬的道路。

參考文獻：

[1]姜香菊，路小娟，廖仲翠，茍軍年.大學《虛擬儀器測試技術》課程實踐教學改革與探索[J].中國教育普刊，2009，（6）：66-67.

[2]鄒大鵬，吳百海，龍建軍.基于虛擬儀器技術實現測試技術教學改革的研究[J].廣東工業大學學報（社會科學版），2007，7（6）：104-107.

[3]尤麗華，周洋.基于虛擬儀器的測試技術試驗教學系統建立[J].實驗技術與管理，2011，28（2）：83-87.endprint