基于虚拟仪器的“电工实验”课程考试方法改革研究与实践

于文波

(沈阳工程学院电气工程系，辽宁沈阳110136)

随着高校不断深化教育体制和人才培养模式改革，按大类招生、分流培养已成为高校教育体制改革的热点。“电工实验”做为工科必修的专业基础课程之一，也要适应新的人才选拔模式，构建多功能、开放型实验教学大平台，使学生都能做到跨学科、跨专业自主选择“电工实验”的实验内容和时间，其考试时间也可按教学安排自行选定，考试内容也要满足不同专业的教学大纲要求。同一时间进行考试的可以选择不同难易成度的试题，而不是千篇一律。但目前实验课程考核方式改革还远远落后于教学改革，因此“电工实验”考试改革势在必行。

一、“电工实验”课程考试存在的问题及改革的必要性

1.存在的问题

“电工实验”是工科院校学生必修的专业基础课程之一，因而它涉及的学生多，专业覆盖面广，教师实验教学工作量大。以往在“电工实验”考试过程中存在偷看接线、数据抄袭和考试题型单一等问题，一些学生因投机取巧而得到了较高的成绩，这严重影响了诚实学生的学习积极主动性。传统的考试形式打击了学生参与实验的热情，致使整体实验教学效果越来越差，学生实践技能的改善也受到了影响。

2.改革的必要性

考试是学校教学工作的重要环节，是评价和改进教学质量的重要手段，在教学过程中合理组织考试能有效地了解和考查教学效果，有助于学生端正学习态度，加强学风建设，提高实验教学质量。

3“电工实验”考试改革应用的前景

沈阳工程学院电工实验室每年承担着大约20多个班级700多名学生的单列实验课程，需要进行独立的考核，还有40多个班级的课中课实验。受现有实验台数限制，每次只能开一个班级的实验，故工作任务相当繁重。“电工实验”考试改革若能对全院相关专业的学生试行，不仅能够丰富“电工实验”的考试手段，提高实验教学的水准，而且可以提高考试过程的客观、公正性，能够激发学生对电工实验的兴趣，挖掘学生的创新潜能，进而达到培养学生动手操作能力，促进学生个性化学习以及增强创造性思维的目的。通过考试改革可以满足对实验教学大纲进行随时调整的要求，批卷可采用自动阅卷与人工阅卷相结合的方式，这样可以大幅度地减轻教师的工作负担。改革后的考试试题对每名学生是唯一的，这样也可减轻教师监考的工作量，使教师有更多的时间用以提高教学质量。

二、“电工实验”考试方法改革的策略

1.基于LabVIEW的虚拟仪器开发平台

LabVIEW(laboratory virtual instrument engineering)是由美国国家仪器公司(NI)推出的一种基于图形编程语言(G语言)的开发环境，它具有十分强大的功能，已成为目前最重要的软件开发环境。它主要用于仪器控制和数据的采集、分析、显示，以及过程监控和自动测试等领域。LabVIEW 具有控制 RS232、PXI、VXI、GPIB等各类接口通信模块进行通信的组件，通过各种与之相对应的数据采集卡就可以构成实际的数据采集系统。基于LabVIEW设计开发出的虚拟仪器，不仅具有强大的数据运算和处理功能，而且仪器界面也可以做得非常友好和美观，能够集信号发送、数据采集、波形显示、数据处理和结果输出等多种功能于一体，因而可采用LabVIEW完成“电工实验”考试管理系统中的“实践操作考试”部分的实时数据采集测量系统。

2.考核方式、方法改革方案设计与研究

“电工实验”课程具有“实践应用性”较强的特点，其考核形式也不应等同于理论教学的纸质试卷的考试方法，而应当探索一条新的适用于实践教学的考试模式。通过对电工实验过程的分析，以及实验设备和相关软件特点的研究，利用现代科技条件并充分挖掘现有仪器设备的潜力，开发一套基于虚拟仪器研制的“电工实验”考试管理系统。系统采用LabVIEW软件进行开发，它将网络教学平台与电工实验教学有效地结合，丰富了学院“电工实验”课程的考试手段，有效弥补了传统考试的不足。改革后的实验数据只能在实验中实时采集，无法自行输入，保证了实验考核结果的客观真实性。

3.考核过程研究

依据“电工实验”考试管理系统的基本需求确定了如图1所示的系统数据流程图，根据管理系统要实现的系统管理、试卷管理和考试管理三大功能，设计出了如图2所示的系统用例图。学生注册登录“电工实验”考试管理系统后，随机生成客观题和主观题组合成的考试试卷，考试时间可以自行设定且系统会自动控制结束时间，考试的数据能够自动存储且生成备份。考生完成考试后，所交试卷系统会自动保存，客观题系统会自动评分给出成绩，主观题需要教师评阅给出成绩后再录入系统。“电工实验”课程含有实践操作考核，在考试过程中教师必须不断巡视，对学生在考试时遇到的设备故障、参数问题等一些突发状况做出相应的处理，对考生电路连接错误及设备使用错误等进行记录。若有作弊的学生，可根据具体情节的轻重可给予警告或者通过系统进行强制交卷措施。考试过程中若出现网络通讯故障、电源断电等异常状况，要采取适当延长考试时间或者暂停考试等处理手段。整个考试过程要进行实时监控，方便教师和学生进行沟通和管理。整个考试过程可以充分发挥实验设备的功能，丰富实验教学内容，改进实验方法，进而提高实验效益和实验质量。

图1 电工实验考试管理系统数据流程

图2 电工实验考试管理系统用例

4.考核试卷库建设

“电工实验”试卷主要包括客观题和主观题两大部分，其中客观题占30%，主观题占70%。客观题包括单项选择题和判断题，主要考核学生对实验基本知识的掌握情况，客观题有标准答案，在阅卷、评分时可以避免人为主观因素的干扰，可以通过系统自动阅卷，提高了阅卷效率，减轻了教师的工作量。主观题是对实际操作能力的考核，主要考核学生对实验项目原理的理解与电路原理图设计;实际电路连接是否正确;能否正确地使用电子仪器仪表;实验电路调试及实验结果是否正确，以及实验数据记录与整理，它是对一个完整的独立操作实验过程的考核。此类试题主要考查考生的思维创新能力，但它的评分需要人工辅助完成。

“电工实验”考试管理系统可以对试卷库进行维护和管理，系统中的试卷库内容可以随时更新和调整。试卷中的客观题对知识点的考察应尽量丰富;主观题设计依据不同学科专业的教学大纲，在数据库中设置不同的实操试题，这样可以更好地满足实验教学大纲调整的要求，还能够满足电工实验的实际操作考核参数多样性的要求，保证学生的考核难度一致。并且设计时还应当多考虑些能够拓展课堂教学内容的试题，使每名学生的考试内容都各不相同，这样既能丰富实验考试内容，又能使理论与实践的结合更加紧密，有助于培养学生的工程意识。拓展性试题设计了实验指导书外的实践考核项目，使实践教学内容得到补充、完善和提高。这样的题库既能达到考核学生学习能力的目的，也可提高学生的学习兴趣，加强学生自主实践和创新的能力。

三、电工实验考试改革的具体实施

图3 “电工实验”考试单选题界面

图4 “电工实验”考试判断题界面

(1)改革后的考试管理系统的应用。学生登录“电工实验”考试管理系统后，系统会给学生自动分配一套考试试卷。单选题答题界面如图3所示;单击图3界面中的“判断题”按钮可进入如图4所示的判断题答题界面;单击图3界面中的“实践操作题”按钮可进入如图5所示操作题答题界面，单击图5界面下方的“进入实践操作界面”按钮即可打开利用LabVIEW和数据采集卡开发的如图6所示的实时数据采集系统界面，系统抽取了“叠加定理验证”实践操作考题，根据实操题目中的具体要求、提示、实验电路参考图、实验项目及数据表格等内容进行连接电路，如图7所示，对连接好的实物电路进行测量，将测量数据实时采集到图6所示电脑数据表格中，实践操作数据自动保存到数据库中。试卷中的3项内容都完成后即可交卷完成考试，若有未完成的题目即交卷，系统将弹出“试卷中有未答完试题，是否确定交卷?”的提示框，选择“否”继续答卷，选择“是”交卷完成考试。

图5 “电工实验”考试实操题界面

图6 叠加定理验证实时测量数据采集系统界面

图7 叠加定理考试实际连接电路

(2)改革后的考试效果分析。通过在学院发电本、自本等相关专业班级试点应用这套考试软件系统，并与采用传统考试方法的班级进行对比，结果表明，该考试软件的应用充分利用了实验室的电脑资源，使学院的设备利用率达到最大化;改革后的考试，可以更好地满足实验教学大纲调整的要求，还能满足电工实验的实践操作考核试题参数多样性的要求，保证学生的考核难度一致;可以克服传统考试试题一致而产生的抄袭的弊端。电工实验课程开始时就对每一名学生传达考试题目的独立唯一性以及实验数据需要实时采集的考试思想，这就从源头上使学生杜绝了想作弊、投机取巧获取好成绩的可能性，因此在学生实验学习过程中就减少了依赖别人的心理，课堂就会加强注意力，学习态度更加端正，考试前也会认真复习，充分准备，考核效果良好。由于考试的公正公平性得到了学生的认可，真正考核了学生课程学习的综合能力，这就有利于提高班级的学风，对学院的教学改革有一定的促进作用。

(3)学生反馈。利用“电工实验”考试管理系统完成考试的学生普遍认为，这种考试形式很好，可以避免纸质试卷传抄的可能，保证了考试的公平性，能够反映学生的真实水平。由于在考试过程中实时采集数据且试题内容不同，因此，学生不得不加强平时的实验学习，学生动手操作的主动性也随之增强，实验效果明显提高。

“电工实验”课程考试改革的试点应用取得了良好的效果，它真正考核了学生课程学习的综合能力，该系统可以更好地为教学服务，为学生营造一个公平、公正的考试环境，能更好地促进学生对实验的重视，激发学生的实验热情。它既为教师和学生提供了极大的便利，又能极大地提高学生的学习效率和电工实验课程教学质量，最大限度地发挥考核的反馈与激励导向作用，故该考试方法可以在“电工实验”所有的班级应用。

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