农业院校《虚拟仪器》课程教学改革探索

潘立武

摘 要：虚拟仪器课程是农业机械化及自动化专业的一门重要课程，具有很强的实践性。针对虚拟仪器课程的特点，结合我校教学的实际情况，文中指出了虚拟仪器课程教学中存在的问题，并围绕存在的问题进行虚拟仪器课程教学改革。改革内容包括教学目标与内容、教学方式与方法、课程成绩评定和教学资源库的建设四个方面。实践证明，通过不断实践与完善，教学效果有了很大的改善。

关键词：农业院校；虚拟仪器；教学改革；实践教学

中图分类号：TP216；G642.3 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）12-0-02

0 引 言

虚拟仪器是基于通用计算机测试、测量和控制系统，以计算机和测试模块硬件为基础、以计算机软件为核心，在计算机上显示虚拟仪器面板上实现仪器功能的仪器[1]。可充分利用计算机丰富的软硬件资源，因此虚拟仪器具有功能强大、结构灵活及性价比高的特点，可在较大范围内代替传统的测控仪器和设备，有效降低高校实验室建设的成本。目前，很多农业类高校的自动化、机械等专业都开设了《虚拟仪器》课程。本文研究了虚拟仪器课程教学中存在的问题，并通过教学改革实践探索出了提高虚拟仪器课程教学效果的有效途径。

1 虚拟仪器课程教学中存在的问题

虚拟仪器课程实践性强，接触的多是工程实际问题。在农林院校，学好本课程可为学生掌握农牧业机械化设计和操作打下良好的基础。因此，本课程的教学对引导学生理解测控技术、提高动手能力具有重要作用。

1.1 虚拟仪器课程特点

虚拟仪器是1986年由美国国家仪器公司首先提出的，是指通过程序编制将通用计算机与数量有限的功能板卡相结合所构成的功能灵活、模块化、操作方便且可视化的软件系统[2]。农业院校开设的虚拟仪器课程主要有以下特点：

（1）涉及知识面广：虚拟仪器技术包括计算机软硬件技术，涉及计算机、微电子、测量、光电和机械等学科的技术；

（2） 课程实践性强：针对农业院校开设虚拟仪器课程，不仅要求学生具有计算机编程的实践能力，还需要掌握农业机械的原理，具有很强的实践性。

1.2 虚拟仪器课程教学中存在的问题

结合项目组成员多年的教学经历，总结出虚拟仪器课程教学中普遍存在的问题[2-11]。

（1）偏向软件学习：虚拟仪器课程教学涉及的软件较多，如通用软件编程环境、专用于虚拟仪器开发的图形化编程（G语言）环境、文本编程环境等。限于实验条件和教师的动手能力，很多高校的虚拟仪器课程大多讲解如何使用 LabVIEW软件，硬件综合实验很少涉及，在选择实验项目方面也偏向于软件使用的练习和验证。学生学过该课程后，很难和具体的硬件设计相结合，影响农业类应用型本、专科人才的培养。

（2）重理论轻实验：目前，我国不少院校的虚拟仪器课程教学中存在重视课堂理论学习、轻视实验教学的问题，实验课的安排往往依附于理论课。一方面，实验课滞后于理论教学进度，理论和实践相脱离；另一方面，主讲教师没有精心设计和规划实验项目，导致学生认为实验课没有理论课重要。

（3）实验内容设计单一：虚拟仪器课程的现有实验项目主要包括软件实验和借助实验箱操作的硬软件实验。软件实验过于简单，不仅知识点运用单一、综合性不强，而且知识点分配也不太合理。硬软件实验也存在很多问题，如学生只能按照实验指导书给出的内容和步骤完成，在受到实验箱硬件限制的同时，也限制了学生的主动性和创造性。

（4）授课方式需要改进：目前虚拟仪器的课堂教学主要由任课教师利用多媒体课件讲解，学生在实验课中再集中对所学内容进行练习。这种方式的缺点是讲解与练习间隔时间过长，不能有效促进学生动手能力的提高。

（5）成绩评定方式有待完善：虚拟仪器是一门实践性、应用性较强的课程，传统的考核方式（纸质试卷或课程论文+上机考试）不能完全考查出学生对虚拟仪器编程思想的掌握程度。因此，还需探索出一套灵活、有效的考核方式。

2 虚拟仪器课程教学改革研究

2.1 教学目标与内容的改革

根据一线教师的教学经验与虚拟仪器课程教学大纲的要求，对课程教学目标进行研究并对教学内容进行改革。具体方案是将课程内容划分成3个模块，即基础概念与编程、通用数据采集系统、特定行业高级应用。知识结构与难度依次上升，越来越接近真实应用，更好地实现教学目标[6]。

（1）基础概念与编程模块：本部分重点在于概念和理论部分的讲授，要尽量壓缩学时，做到少而精。第一是要强调重点内容的学习与掌握，包括程序的创建与调试、程序结构的实现、数组、簇和波形等。第二是要在前一部分学习的过程中重点掌握虚拟仪器程序的设计理念、学会查询帮助文件、具备自行学习新虚拟仪器知识模块的能力，着重强调学习方法的掌握、独立学习与解决问题能力的培养。

（2）通用数据采集系统模块：以操作性和应用性为主，重点强调独立完成数据采集系统的搭建和实现，含硬件搭建、软件设计及软硬件联调，要求学生能够独立搭建简单的数据采集系统，如畜禽环境监测采集系统等。根据项目需求，激发学生自主查找、学习数据采集过程中要用到的软硬件知识。

（3）特定行业高级应用模块：本部分精选不同行业3个不同的综合性工程项目，采用项目驱动教学方式，将项目分解成若干个简单的知识点，先局部讲解，然后进行综合分析与讲解，从而激发学生的学习兴趣，提高其学习动力。选取针对性强的项目，将知识点贯穿到实例中，使学生能够举一反三。

2.2 教学方式与方法的改革

针对应用型本科学生的特点和培养目标，结合虚拟仪器课程的教学内容，项目组教师对教学方式与教学方法进行了改革尝试，具体改革措施如下：

（1）精简基础理论：针对基本概念和理论性内容，采用多媒体课件讲授。其形象直观的特性使学生能够快速理解与掌握教师所讲内容。采用微课、动画演示相应章节重点内容，例如“波形”和“图形显示控件”的使用，调用数据采集卡驱动程序及采集卡的设置等。endprint

（2）强化上机操作：采用在实验室内教学、每人一台实验仪器及教师讲解和学生练习相结合的方式进行基本概念的验证与学习。例如，在学习了数组、循环结构以后，要求学生完成“选择恰当的循环结构，创建一个实现二维数组的虚拟仪器项目”等。在教师课堂讲授与演示的基础上，学生通过加强实践练习及时掌握有关教学内容。

（3）项目驱动，案例教学：教学基于“TVI-SC虚拟仪器综合实验开发系统”“TVI-ABF虚拟仪器与DSP集成实验开发系统”“鸥鹏 OpenNC 教学与实训平台”。在整个教学过程中，始终强调学以致用，并在应用中提高学习效果。根据教学内容和教学要求，选出典型实例，将所要学习的操作与技能融入到实例中，加强学生对基本概念、原理及方法的理解。

2.3 课程成绩评定方法

长期以来，考试成绩多由卷面成绩和平时成绩两部分组成，忽略了对实践环节的检验。因此，在学院领导的大力支持下，针对虚拟仪器课程的考核评定进行了改革。改革后，课程总成绩由作业成绩（10%）、实验成绩（30%）、期末考试成绩（50%）、实践创新加分（10%）四部分组成。作业成绩主要考核学生对课堂教学理论知识的掌握程度；实验成绩主要考核学生在各项实验环节中的动手能力；期末考试主要考核学生对基础知识的掌握情况及虚拟仪器的设计应用能力；实践创新部分根据学生在学科竞赛、电子大赛、申请的发明专利、撰写的科技论文等实践教学环节中的表现给予加分。

2.4 教学资源库建设

通过对本课题的研究，项目组成员初步构建了虚拟仪器课程教学资源库，以实现资源共享，减轻教师备课的工作量。教育资源库中存有课件、教案、项目实例等教学中的常用资料。

3 结 语

虚拟仪器课程自改革以来在各类型技能竞赛中获得了奖项，为社会培养了合格的应用型人才。就业方面，不少学生参加了全国虚拟仪器设计大赛并取得了NI公司的实习资格；也有学生采用LabVIEW作为上位机开发软件参与大学生科技创新计划；还有学生因参与开发了畜禽养殖环境监测系统而被企业提前招聘。竞赛方面，参加我院大学生创新科研项目获二等奖；第十届发明杯全国高职高专创新创业大赛一、二等奖；通过项目驱动教学指导学生参加了技能竞赛，并获得河南省第九届高职技能大赛三等奖等。

通过开展虚拟仪器课程教学内容与实践改革研究，不仅可以在某种程度上解决实验室建设资金短缺、设备投入不足的问题，也促进了实验教学和学生课后的自主学习；同时，还可以将教师现有的科研成果转换为虚拟仿真实验内容，丰富实验教学，拓展学生思路，提高学生的创新能力和综合素质。对虚拟仪器课程教学改革的研究，不仅有力推进了高校实验室的建设，更为应用型本科和专科的教学及科研提供了有力支撑。

参考文献

[1]黄松岭.虚拟仪器设计基础教程[M]. 北京：清华大学出版社，2008.

[2]曹原，王璐子.项目教学法在虚拟仪器技术课程中的研究与应用[J].教育教学论坛，2016（7）：159-160.

[3] Feng， Chang， et al. Study on teaching reform of the virtual instrument technology course based on training professional comprehensive ability [Z].2014.

[4]丁明亮， 张娟.虚拟仪器课程的教学改革与探索[J].电子技术， 2016， 45（2）：74-76.

[5]谢川，辛昕，陆芳.学导式教学法在虚拟仪器技术课程教学中的应用[J].高师理科学刊，2015，35（7）：84-87.

[6]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.

[7]张燕，王恒，王志凌.测控系统设计课程的教学改革探索与实践[J].中国教育技术装备，2015（12）：145-147.

[8]赖欣.CDIO教学模式下智能化仪器设计课程的改革与实践[J].中国教育技术装备，2015（24）：114-116.

[9]谢启，陈飞，徐伟.“虚拟仪器技术”课程教学改革探索与实践[J].高教学刊，2016（9）：161-163.

[10]王靖，黃采伦.虚拟仪器课程设计教学改革探索[J].江西教育，2016（12）：13-14.

[11]范双喜，李奕松，宋微.农业院校专业课教学改革的研究与实践[J].高等农业教育，2015（11）：3-6.endprint