鲍峤

摘要    针对当前虚拟仪器技术课程授课方式单一、教学内容偏软件等导致教学效果不佳的问题，本文从教学目标、教学理念和教学设计等方面进行了虚拟仪器技术线上线下混合式教学方法的探讨与改革。利用慕课资源及工具，建立高效率的互动混合式课堂;完善教学内容，打造围绕解决工程技术问题的知识架构;优化考核方式，提出考试、团队作业、平时作业、考勤等多维度评分方法;并在教学全过程中始终贯彻潜移默化的课程思政教育。

关键词    虚拟仪器技术;混合教学;教学设计

中图分类号：G424    文献标识码：A    DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2022.04.041

Teaching Analysis and Design of Online and Offline Hybrid Course of Virtual Instrument Technology

BAO Qiao

（College of Automation & College of Artificial Intelligence，Nanjing University of Posts & Telecommunications，Nanjing，Jiangsu 210023）

Abstract In view of the poor teaching effect caused by the single teaching method and the partial software teaching content of the current virtual instrument technology course，this paper studies the discussion and reform of the online and offline hybrid teaching method of virtual instrument technology from the aspects of teaching objectives，teaching ideas and teaching design. Use MOOC resources and tools to establish an efficient interactive hybrid classroom;Improve the teaching content and build a knowledge framework around solving engineering and technical problems;Optimize the assessment methods and put forward multi-dimensional scoring methods such as examination，team work，daily work and attendance;And in the whole process of teaching，we always implement the imperceptible curriculum ideological and political education.

Keywords virtual instrument technology;mixed teaching;teaching design

引言

隨着计算机、控制、通信和网络互联等新兴电子信息技术的发展，虚拟仪器技术已发展成为工业上广泛使用的一项通用的技术架构，并在众多高科技领域中得到了应用，例如5G通信、自动驾驶等。虚拟仪器技术课程，不仅是让学生掌握一门技术，更是加强学生对工程技术问题的理解，培养学生的工程技术创新能力，让学生通过“虚拟仪器技术”课程平台学会真正解决一些与专业相结合的工程实际问题。但是，在虚拟仪器技术的教学过程中，依然存在许多问题，使得课程教学的实施效果不佳，亟需提出对策，改善教学质量。

（1）在授课方式方面，当前的教学以课堂理论授课为主，主要针对LabVIEW编程基础、数据采集与信号处理、虚拟仪器工程设计方法等方面进行教学，而学生自己实践、动手操作环节偏少，学生的学习兴趣不高。

（2）在教学内容方面，由于虚拟仪器技术是一门多学科交叉、软硬件相结合的课程，涉及传感器、数字信号处理、通信原理等专业知识，若只是传授虚拟仪器相关内容，学生往往会陷入“虚拟”的软件编程中，忽略“仪器”的硬件设计，无法将学习到的技术应用至实践中。而且，学生也无法建立本课程与其专业的联系，也就不能真正将虚拟仪器技术用起来。

（3）在课程考核方面，当前课程考核成绩由三部分组成，分别是期末考试（70%）、平时作业（20%）和考勤情况（10%）。其中，期末考试采用开卷考试方式。开卷考试的初衷是让学生不要死背硬记知识点，能够灵活地运用学到的知识设计虚拟仪器。然而，考试不可避免地涉及基础知识的考核，真正的工程设计题分值比重较小，导致学生依然只注重书本上的知识，而不重视工程实践中所需的虚拟仪器设计能力。

（4）在课程思政方面，虽然虚拟仪器技术课程在教学过程中涉及了按时考勤、作业不弄虚作假、团队合作、作风严谨等课程思政方面的内容，但没有进一步提炼总结，学生的认识不深刻。

针对上述问题，本文结合新时代高等教育思想，利用已建设的慕课线上资源整理改进的措施，进行了虚拟仪器技术线上线下混合式课程教学分析与设计。

1    教学目标

“虚拟仪器技术”这门课程在测控技术与仪器、电气工程及其自动化、自动化等专业中占据着越来越重要的作用，迫切需要教师改进教学方法和完善教学内容，预期达到的教学目标如下：

（1）构建理论知识体系。希望以虚拟仪器技术课程为引导，以实际工程问题为驱动，使学生将所学的专业知识，如传感器、信号分析处理、电子测量等综合起来并构建出一套工程技术的理论知识体系。

（2）提升动手实践能力。希望利用虚拟仪器技术课程注重实践学习的特点，锻炼学生的动手操作能力，将所学的理论知识应用于解决专业相关问题。

（3）拓展科学技术视野。希望利用虚拟仪器技术众多应用领域的优势，在工程案例中可添加介绍我国先进的科学技术应用，拓宽学生的知识视野。

2    教学核心理念

2.1    融入课程思政

对于以培养工程技术创新人才为目标的虚拟仪器技术课程而言，在教学过程中不仅要重视专业知识和实践技能的传授，更应将社会主义价值引领与知识传授相结合，充分发挥课堂教学在思政教育中的主渠道作用。

（1）教学过程须有教育性。在传授虚拟仪器专业知识的过程中应当明确体现虚拟仪器的科学性，体现虚拟仪器技术在工程应用中的价值。通过虚拟仪器应用领域众多的优势，可充分展示我国工业的发展前景，激发学生的爱国、奋斗精神。

（2）教学环节须有灵活性。在教学过程中应当避免生搬硬套地插入思政教育环节，而是灵活地安排相关环节插入思政元素，如课堂讨论、团队合作编写软件，潜移默化地提高思政教学的效果。

（3）教学评价须有引导性。在考核及作业评分部分，应当构建一套体现思政知识掌握情况的评价体系，从而提高学生对思政教育的重视程度。

2.2    创新教学模式

教学模式的创新应当以促使学生积极参与教学过程为主要目的。在教学过程中，利用慕课资源实现线上线下混合式互动教学，丰富教学手段，充分调动学生的主观能动性。利用慕课工具建立学生与教师的交流沟通桥梁，提高学生和教师的课堂效率。

教学模式的创新还应当以引导学生解决实际专业问题的过程为主要部分。教学过程中应当时刻注意培养学生解决工程技术的能力，以实际工程问题为引导，注重各种虚拟仪器技术的分析比较及使用场景，掌握LabVIEW编程技术的运行机制，提升学生的综合素质。

2.3    更新教学内容

教学内容须有整体性。虚拟仪器技术课程涉及众多其它课程的知识，所以在其教学过程中应当以虚拟仪器技术的知识为主，同时融入其它相关课程的知识点，构建出一套解决工程问题的技术架构，锻炼学生的综合能力。

教学内容须有先进性。教学内容应当与时俱进，先进的编程思想和技术须及时更新，保持教学内容的实时性。

教学内容须有科学性。除了常规虚拟仪器技术基础知识外，配套的工程应用案例应当从正规期刊杂志或实际工程项目中获取，保证教学内容符合课程的科学理论体系。3课程教学设计

3.1    利用慕课资源，建立互动混合课堂

为配合和丰富本课程的教学手段，本文作者前期已参与建设了南京邮电大学“虚拟仪器技术”慕课课程，目前已开课2次，共2000余人次参加了线上课程学习，为线上线下混合教学提供了基础和经验。因而在授课方式方面，可充分利用慕课资源，丰富课堂教学中的互动环节，调动学生的学习兴趣。如图1所示，线上线下互动式教学手段主要包括课堂练习、单元测验、讨论交流、扫码考勤、作业互评、学习时长数据等。

其中，课堂练习和单元测验环节可大大提高学生在课堂上的集中注意力，增强学生对课程知识的理解，也可及时让教师了解学生对知识点的掌握情况，以便进一步在课堂上补充讲解。讨论交流和作业互评环节使得学生在课后也能针对问题疑惑展开讨论交流，特别是作业互评环节可极大地提高学生的查错能力，从而促进学生的自我反思。同时，给其他同学批改作业打分也能潜移默化地提高学生的责任心。扫码考勤和学习时长数据管理环节也都能提高教师的管理效率，把时间全力集中于教学中。

相对于传统的课堂理论教学，线上线下混合互动式课堂更容易激发学生的学习兴趣，提高学生在课堂上的注意力及学习效率。

3.2    完善教学内容，打造体系知识架构

不同于其他专业课程，虚拟仪器技术是一门多学科交叉、软硬件相结合的课程，更加注重于解决工程技术问题。因而在教学内容方面，不能局限于LabVIEW编程，而要与相关的专业知识点联系起来构成体系，与工程应用问题联系起来，提升学生的综合素质。

在绪论部分，首先要介绍虚拟仪器技术的课程性质，即理论与实践紧密结合、软件和硬件相结合，需要对数据采集、总线技术、信号分析处理、电子测量原理、传感器相关知识进行学习，并利用计算机和虚拟仪器的强大功能去解决各种实际问题。根据此课程特点，给学生强调本课程的学习方法，即理解掌握基本概念原理，多编程、多动手、多操作，广度和深度有机统一以及基于项目的学习等。

除了LabVIEW基本编程外，教学内容应当更加丰富，更加贴近于工程技术问题。例如，在程序结构章节，除了顺序结构、条件结构、循环结构、事件结构等基本编程结构外，应当在深度上进一步拓展，给学生讲解生产者/消费者、状态机等适用于工程技术的高级编程结构，如图2所示。当然，在教学过程中，不能仅单纯讲解高级编程结构，而是先比较这些高级编程结构与常规结构的区别，分析高级编程结构的适用场景。如生产者/消费者适用于一边采集数據一边存储数据且采集速度快于存储速度的情况。因而生产者/消费者为两个循环并行的架构，主循环与从循环并行执行，主循环进行数据采集，从循环实现数据的保存，主循环的数据通过队列传送给从循环。这样，学生更容易理解LabVIEW高级编程结构的原理和运行机制。

在虚拟仪器工程设计方法这部分，应当结合实际工程项目的执行全流程，从广度上给学生讲解设计方法，包括需求分析和技术方案的制定、虚拟仪器系统选型、虚拟仪器软件开发平台选型、应用软件开发系统调试以及编写系统开发文档。同时讲解过程中，应当结合实际工程案例。

通过上述教学内容的完善，可提高学生的实践能力，能够真正起到使用虚拟仪器技术解决工程技术问题的作用。

3.3    优化考核方式，提出综合评分方法

在期末考试方面，采用开卷方式，考试题型包括填空、选择、概述、编程和综合设计。在填空和选择题中，可主要考察虚拟仪器技术课程的基础知识，如虚拟仪器的概念、LabVIEW基础知识、数据采集基本概念、仪器控制基本原理等;在概述题中，则设计一些开放性的应用场景题目，考察学生根据应用场景分析、比较并选择最佳虚拟仪器设计方案的能力，如全校温湿度测量的虚拟仪器总线选型、电池健康监测的数据采集卡信号接入方式比较等;在编程题中，不再是单调地给出一段程序，让学生给出运行结果，而是根据学生所在专业，编写利用本专业知识解决问题的程序。例如，在考核自动化专业学生时，可设计根据控制系统方程绘制根轨迹图并判断其稳定性的编程题。在综合设计题中，同样须设计一些与专业相关的实际工程应用场景，且要包括硬件设计和软件设计两方面。

例如，在考核电气专业学生时，可设计电力系统谐波幅值和总谐波畸变量测量的虚拟仪器系统设计题，考察学生真正使用虚拟仪器技术解决实际问题的能力。

在平时作业方面，减少作业次数的同时提高作业完成质量，主要措施如下。首先，按照知识单元布置作业，分别是LabVIEW设计基础、程序结构、复合数据类型，文件I/O和图形显示、数据采集、仪器控制、信号处理和分析，共6次作业。布置的作业多为需要学生自己动手编程的题目，且学生须在慕课上提交LabVIEW程序文件。作業评分也采取老师评分和学生互评两种方式，这样既可使老师了解学生的知识掌握情况，也可让学生在给其他同学评分的同时进一步复习并促进学术交流。此外，除了常规作业外，还须布置团队作业。即在学期初让学生组成小队，合作设计并编写与本专业相关的软件程序，最后在学期末进行PPT汇报和展示。

通过上述考核方式的优化，可使学生更加注重学习虚拟仪器的分析及应用设计方法，锻炼学生的团队合作能力，将课程思政潜移默化地融合至课程教学中。

4    结语

通过以上教学设计措施，增强了课堂的师生互动，能够引导学生积极参与到课堂中;虚拟仪器技术的理论知识和工程应用得到了紧密结合，学生的实践能力得到了有效锻炼;考核方式多样且兼顾理论与实践，更加公正全面。

参考文献

[1]王晨，曹民，姜浩然.《虚拟与智能仪器技术》课程教学分析及设计[J].软件，2021，42（8）：4-6.

[2]李曙光，金铭，刘金生，等.“虚拟仪器”双语课程混合式教学探索与实践[J].浙江科技学院学报，2021，33（04）：342-348.

[3]司娟宁，张晓青，郭阳宽.工程认证背景下虚拟仪器实训课程教学改革探索[J].科技视界，2020（25）：15-17.