机械电子工程专业虚拟仪器设计课程教学改革与实践

耿其东+王福元+王军+李春燕

摘 要 虚拟仪器设计是一门专业课，因开设时间较晚，教学效果一直不好。为了改变现状，从课程本身入手，对虚拟仪器设计课程进行初步的改革尝试，分别从教学目标、教学内容、教学方法上进行相应的改进，最终取得一定的教学效果。

关键词 机械电子工程专业；虚拟仪器设计；教学改革；

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）22-0047-02

Teaching Reforms and Practices in Course of Design of Virtual Instrument in Machinery and Electrical Engineering//GENG Qidong， WANG Fuyuan， WANG Jun， LI Chunyan

Abstract The design of virtual instrument is a professional course， because the time of open is too late， the teaching effect is not good. In order to change the status quo， the design of virtual instrument has

been reformed from itself. Respectively from the teaching goal， tea-ching content， teaching methods on the corresponding improvement， finally has obtained a good effect.

Key words machinery and electrical engineering； design of virtual instrument； teaching reforms

1 引言

虛拟仪器技术是现代计算机技术与仪器技术相结合的产物，它将测量技术、通信技术、信号与数据处理技术、传感器技术等融为一体，在测控领域举足轻重。虚拟仪器技术在教育、交通、通信、工业、农业等各行业也有相应的应用。在短学时、少学时的课程背景条件下，如何提高教学质量及增强学生实践技能，一直是本课程不断改革的方向。

盐城工学院机械工程学院机械电子工程专业从2011年起开设虚拟仪器设计课程，主要讲授虚拟仪器的结构以及LabVIEW软件使用。由于课时较少、硬件设施不全、学生基础薄弱及主动性较差等原因，本门课程的教学效果不佳。从2015年起，虚拟仪器技术教学小组针对本课程的特点，从教学内容、教学方法、教学实验等环节开展教学改革，强化仪器技术的基本概念，增强学生的实践能力。本文将介绍虚拟仪器设计课程教学改革过程及结果。

2 教学目标改革

在以往绝大多数教学中，教学目的以掌握本课程知识为根本。这在很大程度上导致学生学习的目的性不强，为了挣学分而学习、为了拿学分而学习、为了考高分而学习。本门课程的改革首先从教学目的开始，将教学内容引导到学科竞赛及技能认证上。

在教学过程中，将教学内容定位为竞赛服务。从2009级起，本科生教育培养方案中要求学生在校期间完成相应的素质拓展学分。学科竞赛是获得本学分的主要形式，鼓励和引导学生参加虚拟仪器技术的相关竞赛，既可以锻炼能力，也能完成学分要求。

学生在就业过程中，技能认证的证书对于能否成功就业起到非常重要的作用。虚拟仪器设计的学习离不开NI（美国国家仪器公司）开发的相关平台，该公司提供的助理工程师（CLAD）认证是虚拟仪器设计技术水平的一种考量。CLAD认证通过者能够基本熟练地在测试和测量领域应用虚拟仪器设计软件，如LabVIEW、LabWindows/CVI等。CLAD认证的核心是对虚拟仪器开发系统全面和广泛的了解，并能够应用相关知识运行、调试、维护所设计的虚拟仪器模块。拥有此类证书，可以增强学生的就业选择面，提升就业成功率。学生可以在测试及测量等相关领域寻找合适的工作，同时在继续深造方面选择方向也增多。

3 教学内容改革

教学内容在很大程度上决定了学生对本课程的喜爱程度。在实际教学中，往往发现这样的问题，学生总是认为学习本课程没有可用之处。因此，教学改革的重要工作就是对教学内容进行改革。在进行本课程教学前，给学生灌输虚拟仪器技术课程的重要性，同时明确本课程的学习目的。将教学内容定位于学科竞赛及技能认证，在内容上需要进行调整，分为软件学习、软件及硬件结合的项目设计学习和硬件资源学习。

软件方面 LabVIEW是一种程序开发环境，由NI研制开发，类似于C和BASIC开发环境。LabVIEW软件是虚拟仪器设计最为流行的软件，是测试及测量领域的设计核心。在教学中，以学习LabVIEW软件为开始，逐步进入虚拟仪器技术的学习中。首先，熟练安装LabVIEW软件和熟悉软件操作环境；其次，掌握运用基础语言的编程技巧进行初步学习；最后，设计较为综合的虚拟仪器程序。在实际教学中，从虚拟温度计的设计开始，学习VI创建方法、随机数产生方法、输入输出控件使用方法，进一步掌握了VI的创建、数学控件运用、报警、数据记录存储。虚拟温度计设计是一个典型的虚拟仪器设计范例，通过教师课程上演示操作、课程自主学习以及实验中自我体会等形式，最终掌握虚拟仪器设计的基本步骤及原理。

硬件资源 虚拟仪器是由软件和硬件组成的，硬件资源好坏也是虚拟仪器设计成败的关键。现有实验室资源是学生获得的第一手硬件信息，NI提供的硬件资源以各种板卡为主，教学中主要介绍PCI模块、CDIO、SCXI信号调理模块，同时结合NI最新的产品做相关的介绍。NI为各大高校学生参加虚拟仪器设计大赛提供各种设备的租借服务，因此在硬件资源不足的情况下，可以通过此方式尝试使用及掌握相关硬件模块。在实验室中，各个模块的讲解结合实验进行，学生边听讲边实地观察相关设备，有时还进行动手操作，以加强对模块的印象。

综合设计 在软件操作及硬件资源都掌握的基础上进行综合设计。综合设计涉及的知识较多，学生应掌握信号处理技术、传感器技术、控制技术等相关知识。综合设计首先以掌握数据采集卡项目为开始，逐步熟悉虚拟仪器设计步骤及规范，最后以实际项目为考核。

4 教学方法改革

教学方法的优劣决定了教学的效果，改进现有教学方法，增强教学效果，也是教学改革成败的关键。虚拟仪器设计课程教学的重点在于培养学生的实践能力及解决实际问题的能力，引导学生主动学习本门课程比灌输式教学更有效。

采用目标驱动式教学法，首先制定一个合理目标，然后实施教学活动，最后逐步检验目标实现情况并修正目标。整个教学改革分三个阶段。

第一阶段：将现有学时数进行调整，理论课时与实践课时各占一半，主要目的是提高学生动手及实践能力。现阶段的虚拟仪器设计教学内容以理论教学为主，课堂气氛较为沉闷，学生的积极性不高，因此教学效果不好。改变现有学时分配，引导学生主动学习虚拟仪器设计。

第二阶段：要求学生进入虚拟仪器网络论坛初级课程学习，以通过网络初级课程为考核通过标准。在学院资源有限的情况下，充分利用外界资源。利用NI提供的网络平台，组织学生进行学习，从基础课程开始，逐步加深，以通过LabVIEW助理工程师（CLAD）考试为最终目标。同时鼓励学生参加全国虚拟仪器设计大赛，以参赛为目的，锻炼学生的设计能力。

第三阶段：组织考核通过CLAD，目标通过率为5%；组队参加虚拟仪器设计大赛，目标为三等奖。

5 教学改革的意义

长期以来，高等学校的专业教学以应试为目的，注重理论教学而疏忽实践及创新方面的教学。在这样的培养模式下，学生走上工作岗位后，往往存在懂一点儿理论知识，而动手能力弱、毫无创造力的现象。针对这一状况，需要从专业课的教学中做改进。专业课程的教学是学生离开学校前最后接收的知识，这一阶段的教学内容有助于学生认清自身优势。因此，要加强专业课程教学，促进学生理解专业概念，培养创新精神。

虚拟仪器设计课程有一定的特殊性，在实际教学中存在硬件资源不足、软件资源较陈旧的情况。面向学科竞赛和技能认证的目标，旨在改革教学内容、教学方法，使学生能够主动投入该课程的学习之中，利用现有资源，发挥自身的想象力和创造力。在网络时代“人人为我，我为人人”的思想影响下，充分利用现有的网络资源，可以参与各大论坛的学习及交流，参与网络公开课程的学习，参与研讨会的讨论等。

虚拟仪器技术是仪器技术、网络技术、信息技术、传感器技术、控制技术等相融合产生的。该技术一直处于发展之中，虚拟仪器设计课程的教学需要跟随时代发展的脚步，通过对教学内容、方法、目标进行改革，采用目标推进的方法，逐步实现改革目的。参考文献

[1]谢川，辛昕，倪世宏.“虚拟仪器技术及应用”课程教学改革与实践[J].黑龙江教育：高教研究与评估版，2016（2）：

4-5.

[2]钱声强，李晴.“虚拟仪器应用技术”课程教学改革探索[J].职教通讯，2013（33）：17-19.

[3]钟伟红，李园，叶凌箭，等.基于学科竞赛和专业认证的“虚拟仪器技术”课程教学改革与实践[J].工业和信息化教育，2013（10）：44-46.

[4]吴爱华，茅靖峰，华亮，等.虚拟仪器技术课程教学的探索与实践[J].中国教育技术装备，2009（15）：30-31.

[5]李振豪，李琳，肖君.虚拟儀器课程教学方法的改革与实践[J].现代科学仪器，2012（5）：139-141.

[6]唐求，高云鹏，曹琳琳.虚拟仪器课程教学与实践教学环节的建设实施[J].实验技术与管理，2012（4）.

[7]王耿，樊磊，王莹，等.虚拟仪器设计课程的教学改革的探索与实践[J].中国现代教育装备，2015（13）：53-55.