“虚拟仪器”课程翻转课堂教学探索

董浩斌　葛健

摘要：“虚拟仪器”是中国地质大学（武汉）自动化学院测控技术与仪器专业开设的专业选修课。本文拟结合“虚拟仪器”课程教学的内在规律及主要目的，将“翻转课堂”这一创新教学理念应用到该课程，以期改变传统教学中“以教师为中心”的模式，从而建立新的教学机制。

关键词：虚拟仪器；测控技术与仪器；翻转课堂

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）51-0145-02

一、课程概况

“虚拟仪器”是中国地质大学（武汉）自动化学院测控技术与仪器专业开设的专业选修课，该课程要求学生掌握虚拟仪器的概念和基础知识，同时初步具备利用LabVIEW开发测控系统的能力，为将来利用虚拟仪器技术开发测控系统和仪器仪表奠定基础，因此在整个本科教学体系中占有重要地位。

本文的主要目的是测控技术与仪器专业本科生来展开研究，并以专业课“虚拟仪器”为例来对该专业翻转课堂教学的应用进行研究和探索，以期改变传统教学中“以教师为中心”的模式，从而建立新的教学机制。

二、教学模型设计

翻转课堂通过对知识传授和知识内化的互换，从而改变了传统教学模式中的师生角色定位。该方法最早由美国迈阿密大学的Lage在“经济学入门”的教学中采用[1，2]。本文对“虚拟仪器”课堂时间的使用进行重新规划，以实现对传统教学模式的革新[3，4]。通过信息技术，为“虚拟仪器”学习者构建出小组合作式的学习环境。为取得卓有成效的基于翻转课堂的“虚拟仪器”的教学效果，本文首先构建了下图所示的基于翻转课堂的“虚拟仪器”闭环教学模型。该教学模型包括课前自主学习和课上的项目驱动式学习两部分。在这两个过程之中，虚拟仪器学习支持体系和項目合作小组是翻转课堂学习环境创设的两个有力杠杆，它们的顺利开展能够有力保证个性化小组协作式学习环境的构建与生成，同时是教师与学生间、学生与学生间互动的必要条件之一[5]。

在课前学习中。以观看虚拟仪器教学微视频、课前基本知识点练习为主。学生应首先通过上节课发布的微视频进行知识点预习；为保证学生的注意力能够集中到教学视频上，每段视频的时间控制在15分钟以内。由于虚拟仪器教学以LabVIEW软件为主要的软件平台，该软件特别强调上机时间操作，因此拟在视频教学完毕后，发布课前基本知识点上机练习题。在上述过程中，学生和教师可通过虚拟仪器QQ群进行在线互动，了解彼此之间的收获与疑问，此外学生之间也能进行互动。对于课前练习的数量和难易程度，本课程通过开展实验，以实现合理设计，来帮助学生利用旧知识完成向新知识的迁移过渡。全部完成后，练习题的源代码在指定时间内由学生上传至公共邮箱。

在课内学习中。首先，在课前小程序练习中的高频错误点以及效果评价的基础上，确定学生的薄弱知识环节与问题，对课内教学的知识点进行重难点调整与划分，并展开统一教学。随后，为学生提供独立学习时间：由学生自由搭建学习小组，对教师发布项目进行合作研究，从而培养学生的团队协作能力。在指定时间内完成后，轮流由各个小组进行成果PPT汇报。

三、教学效果评价

在完成上述的闭环教学过程后，授课老师需要根据交流结果，进行课前和课内效果的评价，并再次根据评价效果对知识点进行梳理。虚拟仪器课程是测控技术与仪器专业本科生在学习智能仪器、传感器技术、数字信号处理等课程后的一门专业选修课程，LabVIEW是目前国内外用途最广的数据采集及分析处理软件。通过该课程的学习使学生掌握虚拟仪器的概念和基础知识，同时初步具备开发虚拟仪器的能力。教学评价的要点如下。

1.虚拟仪器及LabVIEW入门：主要介绍虚拟仪器发展现状，如何初步建立一个LabVIEW文件。

2.LabVIEW程序结构：主要介绍循环结构、分支结构、顺序结构及应用编程；重点：LabVIEW循环结构；难点：LabVIEW分支结构。

3.LabVIEW数据类型：主要介绍数据类型，数组、簇、波形的应用编程；重点：数组的应用编程；难点：数组、簇的调用与运算。

4.LabVIEW图形显示：主要介绍常用Graph控件、XY图形控件、Chart控件以及图形显示控件的使用；重点：常用Graph控件的使用；难点：Graph控件与Chart控件的区分。

5.字符串和文件I/O：主要介绍字符串、文件I/O、字符串和文件I/O控件的作用；重点：字符串的应用编程；难点：利用文件I/O控件来进行文件的连续操作。

6.虚拟仪器数据采集：主要介绍信号的类型，虚拟仪器数据采集技术和LabVIEW中数据采集控件应用；重点：虚拟仪器数据采集程序架构的建立；难点：如何实现数据的不丢包采样。

7.虚拟仪器信号分析与处理初步：主要信号分析与处理概述、频谱分析控件、数字滤波、LabVIEW中数据分析与处理控件使用及编程；重点：数字滤波器；难点：如何实现数据滤波数据的转换。

四、总结

本文针对在测控技术与仪器本科高年级学生的实践性较强的专业课教学中，存在的难以实施因材施教、以教师为中心、互动交流不够等问题，以“虚拟仪器”为例来对翻转课堂教学进行探索与实践。研究基于翻转课堂的“虚拟仪器”闭环教学模型，并归纳总结了相应的教学效果评价要点。

参考文献：

[1]McEvoy C S，Cantore K M，Denlinger L A N，et al.Use of medical students in a flipped classroom programme in nutrition education for fourth-grade school students[J].Health Education Journal，2016，75（1）：38-46.

[2]He W，Holton A，Farkas G，et al.The effects of flipped instruction on out-of-class study time，exam performance，and student perceptions[J].Learning and Instruction，2016，（45）：61-71.

[3]马秀麟，赵国庆，邬彤.大学信息技术公共课翻转课堂教学的实证研究[J].远程教育杂志，2013，（1）：79-85.

[4]钟晓流，宋述强，焦丽珍.信息化环境中基于翻转课堂理念的教学设计研究[J].开放教育研究，2013，1（2）.

[5]张金磊，王颖，张宝辉.翻转课堂教学模式研究[J].远程教育杂志，2012，4（4）：46-51.