“基于项目学习+”的“虚拟仪器技术”课程教学模式

董介春， 于瑞涛， 卫成兵

(青岛大学 电子信息学院， 山东 青岛 266071)

“基于项目学习+”的“虚拟仪器技术”课程教学模式

董介春， 于瑞涛， 卫成兵

(青岛大学 电子信息学院， 山东 青岛 266071)

本文介绍了基于项目学习的教学模式，分析了该模式在教学改革中的必要性。根据我校实际，对其进行了优化，提出了在“虚拟仪器技术”课程中引入“项目学习+”多元化的教学模式。该模式在学生学习主动性、学习效果、创新能力、团队合作等方面取得了良好的效果，可以应用到其它实践性较强的课程中去。

基于项目学习；虚拟仪器技术；教学改革

0 引言

近年来，虚拟仪器技术在航空航天、电子通信、汽车制造等众多领域得到了广泛应用。国内外许多高校相继开设了“虚拟仪器技术”这门课程，该课程综合性强，涉及多种学科、多门课程，涵盖的知识面非常丰富，需要学生掌握大量的基本概念、基本原理和基本方法，并具有很强的实践性和应用性。该课程以数据采集、数据分析、数据显示为主线，着力培养学生分析问题、解决问题的能力。

1 目前教学中存在的主要问题

“虚拟仪器技术”课程涉及知识范围广、实践性强，又是多学科知识的综合。传统的教学模式已很难达到预期的教学目标。主要表现在：①目前的教学方法主要是教师课堂授课，学生被动听课。学生学习缺乏积极性、主动性。②学生普遍重视理论知识，轻视实践环节，造成动手能力差、工程实践经验明显不足。③理论学习环节与实践环节相脱离，实践环节往往安排在理论学习之后，间隔时间可能较长，学生无法及时对所学知识进行巩固与提高，导致实践环节效果不理想。④工程训练不足，实验课主要是以孤立的单元内容为主，缺乏系统概念的训练，学生对于简单的单元实验尚能够完成，如果设计一个系统性的项目就无从下手[1]。

经过与企业工程师深入沟通，针对这个实践性较强的课程，我们打破了传统的以课堂讲授为主的教学模式的束缚，构建以能力培养为目标，以项目化实践性教学为出发点的新型教学模式。也就是说，以实践应用为切入点，突出强调实践项目在课程中的重要作用，引入了“基于项目学习+”的教学模式，让学生成为学习的主体，取得了意想不到的效果。

2 基于项目学习的历史背景

基于项目学习PBL(Project-Based Learning)的理论及应用开始于美国。1896年，杜威在其所创设的芝加哥实验学校采用了一种新的“设计教学法”，废除了传统的班级授课制，摒弃教科书，不受学科限制，学生可以根据自己的兴趣决定学习内容，在自行设计的单元活动中获得相关知识和解决实际问题的能力[2]。1918年杜威的学生，著名的教育家克伯屈发表了“设计教学法：在教育过程中有目的活动的应用”一文，提出了设计教学是建立在学生兴趣与需要基础之上的，把有目的的活动作为教育过程的核心或有效学习的依据，设计教学法可以说是基于项目学习的前身[3]。

3 基于项目学习的特点

基于项目学习是以学科的概念和原理为中心，学生通过参与真实的活动项目，进行调查、研究、协作，最终完成作品或解决问题，从而建构知识的学习活动。项目学习是一种探究性学习，它能促进学生自主投入学习，有助于提高终身学习的能力和素质[4]。

采用基于项目学习的培养模式，具有一些与传统培养模式不同的特点。

(1)采用基于项目学习的培养模式，将传统的以教师为中心的教学型培养模式改革为以学生为中心进行自主学习的学习型培养模式。学生按照自己的兴趣、特长和时间来合理安排相关环节的学习和研究，有利于培养自主学习和探索研究的意识和能力，而这正是高校工科教育的主要目的之一[5]。

(2)采用小组的形式开展项目研究。成员之间通过分工合作的方式，相互研讨，共同进步。在提高学习效果的同时，有效地培养学生的团队意识和合作能力。

(3)通过具体项目的研究与实践，让学生完整经历问题提出、资料查阅、方案论证、设计或实验研究、中期报告、研究报告撰写、结题验收答辩等项目的全过程锻炼，学生可以把所学的知识与实践结合起来，并综合运用所学知识来解决实际问题，从而显著地提高学生发现问题和解决问题的能力、创新意识与能力、总结报告及口头表达能力[6]。

4 国内外基于项目学习的现状

国外关于基于项目学习的研究成果丰富，理论已经基本成熟，实践的例子也很多，尤其值得关注的是在应用方面取得的进步。如麻省理工学院、加州大学伯克利分校和洛杉矶分校、伊利诺伊大学、卡内基梅隆大学、弗吉尼亚理工大学、德州大学奥斯汀分校等美国顶尖工程院校均将“虚拟仪器技术”的教学引入学生培养的全过程，并将其概念和方法渗透至多学科教学，同时采用理论教学、实验教学与项目实践相结合的方式，贯穿于整个高等教育的全阶段，形成“Engineering Pipeline”[7]。

国内许多高校也已在相关课程的教学中引入了基于项目学习的模式。如天津大学在虚拟仪器的教学中引入基于项目学习的教学模式，将学生分组，自拟题目，用两周左右时间，利用myDAQ硬件资源，加上学生的创意做一些有意义的课题。浙江大学、上海交通大学、东南大学等高校也在相关课程的教学中引入基于myDAQ的学生动手项目，收到良好的教学效果和学生反馈。

虽然如此，但对我国大多数高校来说，实施起来还有很大难度，主要表现在：①国内对PBL的研究起步较晚，理论体系还没有形成；②对PBL的基本理论大多是援引国外的，没有考虑到各校的实际情况；③工程实践尤其是应用的案例相对较少；④重理论轻实验的思想依然存在；⑤教育经费投入不足，实施项目的资源有限；⑥教师的实践能力有待加强等。因此，目前PBL的实际应用还没有得到推广，只是在一些职业培训机构和企业的应用相对较多一些。

5 “虚拟仪器技术”课程教改探索

目前对于我国大学生工程实践能力的培养质量，中外用人单位的共同反映是：上岗适应慢，缺乏创新精神和创新能力，此外还存在项目研究能力、团队协作能力、实践动手能力较较差，敬业精神等人文素质薄弱等问题。

我校在引入基于项目学习的基础上，充分考虑到90后学生精力旺盛、思维活跃的特点，在“虚拟仪器技术”课程教学中提出了“基于项目学习+”多元化的教学模式，即在采用基于项目学习的基础上，将理论教学和实验教学深度融合、将校企合作、CLAD认证考试、学生创新俱乐部建设等引入教学领域。经过两年的实践，教学结果证明这种教学模式可以充分发挥学生的创造力，全面提升学生的综合素质，这与我们创新型人才培养和卓越工程师培养目标不谋而合。

5.1 采用“基于项目学习+”多元化的教学模式

在“虚拟仪器技术”课程中引入基于项目学习的教学模式，将该课程教学分为三部分内容：理论讲授、课程实验和以小组为单位开展创新项目活动(课外实施)。创新项目活动这部分颇具特色,值得一提。开课之初，教师便可安排在该课程中引入基于创新项目学习计划，将整个实施过程分为项目选定、制订计划、活动探究、作品制作、成果交流和活动评价等六个步骤。然后组织学生根据兴趣爱好和能力特点自由分组并自主选择项目，每组3-5人。在训练过程中，学生需要明确提出项目目标，分工合作设计任务，通过钻研独立解决实际工程中遇到的问题，并依靠团队合作确保项目进度。教师在整个过程中仅仅作为指导者的角色，及时解决学生在项目中遇到的问题。在期末的成果展示和答辩环节中需简短而凝练地表达出自己所做的工作及成果亮点。项目采用自我评价、同伴评价、教师评价、企业评价相结合的考核方式，综合评定学生成绩。

创新项目活动可以充分激发学生的创新热情，让学生变为主体，从被动接受变为主动学习，既加深了对课堂所学知识的理解，又能让学生将理论付诸于实践，既培养了搜集资料、探索相关知识的能力，又培养了学生分工与合作的团队精神。我院2013级学生在ELVIS II、myDAQ、myRIO等创新平台上，自主完成了虚拟示波器、多功能频谱分析仪、多通道数据采集系统、智能光控窗帘、物联网智能家居系统、智能寻色两轮小车、四轮小车、四旋翼飞行器等多个创新项目，取得了良好效果。

5.2 将理论教学与实验教学深度融合

将课堂搬进实验室，将理论讲授与实践相结合，强化实践在教学中的地位。理论讲授要少而精，通过课内实验，加深对所学理论知识的理解。课内实验虽然按单元内容设置，但为了让学生建立起系统的概念，我们将单元实验和相关的理论学习融合起来，例如在温度控制的单元实验中，让学生围绕着温度检测——数据采集——信号处理——结果显示——数据存储——温度控制这条主线展开，这一实验几乎涵盖了温度信号处理的整个过程，完成全部实验后将其组合就是一个小系统。本课程安排一半学时用于实践练习，在实验室上课能够保证实验的时间和效果，达到理论教学和实践环节无缝衔接。

5.3 在课程中引入CLAD认证考试

组织学生参加CLAD认证考试，为将来就业提供更多机会。CLAD是由NI公司举办的全球LabVIEW 助理开发工程师认证，是业界公认的在虚拟仪器应用领域里最具权威的专业认证，成绩达到70%合格。CLAD要求对LabVIEW完整开发系统中可用的核心特性和功能具备广泛而全面的理解，并且能够应用这些知识开发、调试、维护小型LabVIEW模块。我们将CLAD考试的成绩纳入该课程理论考试部分的总成绩中。在2016年1月的测试中，我校有80%以上的学生顺利通过了CLAD认证。

5.4 发挥LabVIEW学生创新俱乐部的作用

LabVIEW高校俱乐部由各大高校的教师和学生发起组织、由NI公司协助创立的，旨在为高校师生们提供一个LabVIEW学习、交流和分享的平台。我校LabVIEW俱乐部创建于2014年。俱乐部多次邀请NI工程师和企业家来校做报告，组织了LabVIEW Student Day 2014活动。俱乐部还组织学生积极参加各类比赛项目，如电子设计大赛、虚拟仪器大奖赛、挑战杯、机器人比赛等，还检验参与者的创新成果。这种校企合作的LabVIEW俱乐部活动为学生课外学习提供了很多机会。2015年我校LabVIEW俱乐部被NI公司评为优秀俱乐部。

5.5 “基于项目学习+”教学模式的综合考评

为了使“基于项目学习+”多元化教学模式更好地适用创新型人才培养需求，全面考核学生的综合能力，促进学生知识、能力和素质的全面发展，我们摒弃了单一的考试考评方式，而是采用平时成绩(10%)、CLAD认证成绩(30%)、实验成绩(30%)、项目成绩(30%)综合考评成绩作为课程学习的最终成绩。

(董介春等文)

6 结语

通过“虚拟仪器技术”的教学改革，将基于项目学习的教学模式与理论教学、实验教学、认证考试、学生创新俱乐部等相结合，便于学生在整个学习过程中能发挥主动性，以创新项目作为主线，将所学的理论知识应用到项目中去，做到有目的学习，充满着乐趣学习。教学模式由以前的满堂灌改变为以项目为导向，将理论和实践相结合，“学中做，做中学”，最大限度地发挥学生和教师的主观能动性，更深入地掌握所学知识，教学效果明显提高。该模式可以推广应用到其它工科专业中去。

[1] 鹿玲，陈锦江，姚建涛等．机械制造工艺学课程基于项目的教学新模式探索与实践[J]．秦皇岛：教学研究，2011，34(3)：44-47.

[2] Dewey，J．Experience and Education[M]．New York：Mac-millan，1938．

[3] William Heard Klipatrick．Foundations of method：informal talks On teaching[M]．New York：Barber Press，2007．

[4] 刘广平，陈立文，李嫄. 国外基于项目式学习的教学模式研究述评[J]．重庆：高等建筑教育，2014，23(4)：44-50．

[5] 魏尊杰，夏昕，郏凌．基于项目学习的培养模式探讨[J]. 北京：中国校外教育：下旬，2012 (7)：113,115．

[6] 刘景福，钟志贤．基于项目的学习(PBL)模式研究[J]. 长春：外国教育研究，2002，29(11)：18-22.

[7] 徐征，乔立岩. 虚拟仪器技术的创新教学方式与综合课程设计探讨[D]．哈尔滨：第八届NI高校教师交流会，2012年7月.

The Teaching Mode of Project-Based Learning+ in Virtual Instrument Technology

DONG Jie-chun, YU Rui-tao, WEI Cheng-bing

(SchoolofElectronicInformation,QingdaoUniversity,Qingdao266071,China)

It is introduced the teaching mode of project-based learning in the paper. After analyzing the necessary mode of the reform in the school, it is optimized in Virtual Instrument Technology course of introducing projects + a diversified teaching mode. In the students′ learning motivation, learning effect creativity, and team cooperation, the mode has achieved good results, and can be applied to other practical courses.

project-based learning; virtual instrument technology; teaching reform

2016-03-11;

2016-04-28

董介春(1967- )，男，工学硕士，高级实验师,主要从事虚拟仪器技术等课程的理论和实验教学，E-mail：jiechundong@163.com

G642.4

A

1008-0686(2017)01-0042-04