虚拟仪器技术在地学类院校本科教学实践中的应用探索

王猛

摘要：虚拟仪器技术是一门实用性很强，但难度较大的课程。特别是在地学类院校本科教学实践中，存在着入门容易、实践应用困难、与地学类仪器联系不够紧密等问题，因此亟须改变传统教学模式，而案例教学法具有以实践操作为主，以理论为辅的优点，以实践操作带动理论的方法，是值得探索的方法之一。学生通过完成一系列小型和一个最终的大型案例，方便全面掌握虚拟仪器技术课程中的绝大部分知识点。这样的教学方式既可以提高学生的学习兴趣，增加动手能力，还可以提高学生的学习自信。通过4年虚拟仪器技术在地学类院校本科教学实践中的应用探索，结果证明，案例教学法的应用效果非常显著。

关键词：虚拟仪器技术；地学类院校；本科教学；案例教学法

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）32-0124-02

一、前言

虚拟仪器技术在许多领域有取代传统仪器的趋势，成为当代仪器发展重要方向之一。以图形化软件编程方法和集成开发环境为标志的虚拟仪器开发环境LabVIEW是虚拟仪器技术研究的重要内容[1]。该技术要求学生从理论上掌握虚拟仪器系统的基本构成、基本设计思想、图形化编程语言等有关知识[2]。LabVIEW虽然入门容易，但是由于其并行的程序运行机制和种类繁多的编程模块，实际应用时无从下手。特别是地学类院校本科教学实践中，需要将地学类仪器设计与虚拟仪器技术联系起来，因此在教学中寻找到新的教学方法显得非常重要[3]。通过作者近4年的教学实践，采用案例教学法[4]，将理论穿插在实践中，能达到很好的教学效果。

二、传统的教学方法

按传统的教学方法，教师在课程开始时讲解大量概念，随着教学的深入，LabVIEW所涉及的概念越来越难，加上众多的模块，使得学生开始力不从心，在编写计算机上的验证性实验时，跟不上老师的节奏，慢慢地失去了最初的学习兴趣，最后干脆就直接放弃。

三、案例教学法及其特点

传统的教学方法是以理论带动实践操作的方法，以理论为主，实践操作为辅，而案例教学法则恰恰相反，它是实践操作带动理论的方法，以实践操作为主，以理论为辅。理论教学法鼓励学生积极参与，积极动手，自我解决问题。案例教学法有以下特点：（1）激发学生浓厚的兴趣。由于LabVIEW独特的图形化编程方式，使得学生在学习知识点的过程中感觉就像在搭积木。这就要求老师给出的学习案例能巧妙地利用上述特点。（2）掌握全面的知识点。教师选择不同的案例，可以让学生在进行图形化编程的过程中接触各种各样的新概念，实践操作加深了对新的知识点的理解，利于全面掌握LabVIEW。（3）提高学生的实践能力。有针对性的案例练习能增强学生的动手意识，提高发现问题和解决问题的能力。

四、案例教学法的实施步骤

在实施案例教学法过程中，对于教师而言，需要帮助学生厘清知识点、选择合适的案例、布置综合案例和设立评分标准等；对于学生而言，需要进行知识点的学习、阅读老师分发的学习案例和分组讨论等，在讨论过程中，可以思考和自我解决所遇到的问题，并最终完成综合案例和总结报告。

1.教师学生准备阶段。在准备阶段，教师应明确本课程学生应掌握的知识点，然后制定计划分阶段讲授。采用教师自身的地学仪器科研案例教学，激发学生学习兴趣。对于自身的科研成果，教师最有发言权，内容真实而不空泛。一般在正式开始集中授课前两周，把课程指导书发给学生。让学生阅读案例知识点材料，初步总结案例中的问题。教师可以在这个阶段给学生列出一些思考题，让学生有针对性地开展准备工作。

2.讲授和学习阶段。教师根据学生往年的学习成绩和学生的合作意愿，将其划分为由2人组成的若干小组。小组讨论地点应尽量集中，便于营造气氛，使学生在讨论过程中逐步加深对案例的理解。案例布置后，教师不要讲解相关理论知识，而是由学生在组内讨论解决，也可以上网查询相关资料。针对共性问题，可以统一及时讲解。每个案例在3天内完成，每一个阶段结束后，教师为学生点评各个小组的案例解决方案。

3.评价总结阶段。待所有阶段结束，教师布置一个最终的综合性案例，该案例应包括本学期大部分知识点，学生设计解决方案，然后上交设计报告并答辩。学生答辩时，讲解自己的设计思路、设计时遇到的困难以及解决办法，教师对其进行评价，评价结果记入期末考核成绩。

五、案例教学法的实际效果分析

本文作者自2012年秋开始承担“虚拟仪器技术”课程的教学工作。2012年和2013年采用了传统的教学方式。自2014年秋季开始，采用文中所述的案例教学法。为了验证案例教学法的应用效果，在2015年秋季的“虚拟仪器技术”课程教学中，邀请了参加过2014年秋季学习的14名学生前来讲授，每人负责一个小型的案例，所授内容均是随机挑选，以此检验往届学生的掌握程度和案例教学法在本届学生中的應用情况。课堂教学完成之后，通过布置一个大型的案例作业（包括编程要求和成绩评价标准，该评价标准自2012年始一直未变），来验证本学期学生的掌握情况。考核方式采取实际程序演示和文字总结报告的形式。评定后发现，学生自主发现问题、解决问题的能力得到了提升，实际动手能力得到了锻炼，学习自信心得以加强。从往届学生的讲授效果上来看，说明他们对以前学习的内容掌握得非常扎实，短时间之内可以转化为实用的工具应用起来。

六、结论

本文开展了虚拟仪器技术在地学类院校本科教学实践中的应用探索，探究了理论教学和实践教学如何融合的问题，并将案例教学法应用到课程教学当中，改变了传统的教学模式，提高了学生的动手实践能力。在教授本课程的同时，也使学生了解了本课程的前沿知识，为培养开发型和实用型人才，做了一些有益的探索。

参考文献：

[1]Blume，P.A..LabVIEW编程样式[M].刘章发，衣法臻，等，译.北京：电子工业出版社，2009：10-50.

[2]李晴，朱敏.《虚拟仪器技术》课程建设思路与实践[J].常州信息职业技术学院学报，2007，（03）：61-63.

[3]周小风，肖俊生.虚拟仪器课程教学方法探索与实践[J].中国电力教育，2013，（22）：150-151.

[4]孙昌.案例教学法及其应用进展[J].山东工业技术，2016，（5）：276.