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教学改革成果(一)——基于虚拟仪器技术的实践教学改革成果

作者:佚名 来源: 时间:2014/7/10

 

一、 教学改革成果的研究背景

 

结合三亚学院理工学院学生学习专业基础课程过程中表现出的学习兴趣不浓、学习积极性不高和分析动手能力不强的现状,紧扣“增强学生体验式学习,以产品驱动提高学生学习兴趣,从虚拟仿真电路到实际硬件电路的学习过程提高学生学习质量”的主题脉搏,提出了提高学生的学习兴趣、学习积极性和分析动手能力的新观点。

 

二、 教学改革的思路

 

在电路模拟仿真教学领域进行开拓和挖掘。针对三亚学院理工学院学生学习专业基础课程过程中表现出的学习兴趣不浓、学习积极性不高和分析动手能力不强问题,提出了如下对策和建议:

 

1、增强学生的体验式学习,在部分专业基础课的相关内容讲授之前或之后,通过虚拟仪器技术,利用Multisim软件、LabVIEW软件和NI ELVIS II教学平台,将理论教学所涉及到的电路元器件、电路模型等理论模型用模拟仿真教学手段和实际硬件电路演示的方法展现在学生眼前,使学生通过这种“眼见为实”的体验式学习,增强所学知识的真实性,加深对理论知识的理解和掌握,提高学习的兴趣。

 

2、实践教学环节中,在基础性实验和验证性实验的基础上,创新开发出综合设计性实验和课程设计的相关题目,该部分实验的内容基本上都是日常生活中常见电子产品或是其中的关键部分,通过这种“产品驱动”的形式,使学生在进行该部分实验的时候能够将理论和实际较好的联系起来,较综合地运用所学知识,较好地锻炼学生的分析问题的能力和实际动手的能力。

 

3、基于学生“分析动手能力不强”的现状,利用虚拟仪器技术,通过Multisim软件、LabVIEW软件和NI ELVIS II教学平台,让学生先对设计的电路进行Multisim软件的仿真,仿真结果如与预期结果不符,则需对设计的电路进行调整,直到仿真结果正确无误后再在NI ELVIS II教学平台上进行硬件电路的搭建,然后通过对搭建好的实际硬件电路进行调试并排除错误后才能得到正确的硬件电路。在从虚拟仿真电路设计到实际硬件电路制作的过程中,学生可以较好地运用理论知识设计实现预期结果的仿真电路,还能较好的理解模拟仿真电路与实际硬件电路的区别,掌握调试实际硬件电路的技巧,同时也大大缩短了系统的开发时间和开发成本。

 

三、 教学改革的目标

 

积极开展教学改革,丰富教学形式,将课程考核贯穿到课程教学的全过程,在原有课程教学考核学生对基础知识、基本理论和基本技能掌握情况的基础上,突出对学生分析问题和解决问题能力、动手能力的考察,重视学生实践能力、创新意识和学习能力的培养,促进学生个性发展,充分调动学生学习的积极性、主动性和创造性,从而推动本科人才培养模式的改革,全面推进素质教育,提高教育质量,培养社会需要的具有创新精神和创新能力的高素质人才。

 

在《虚拟仪器技术及应用》课程教学过程中,对教学内容、教学方法、教学手段、实践教学、考核方式等几个方面都进行了相关的改革,并且在现有的实验基础上开发了12个综合设计性的实验,该部分实验不仅可以做为《虚拟仪器技术及应用》课程的教学使用,其中的部分内容还可以做为《大学物理》、《电路分析基础》、《模拟电子技术基础》、《数字电子技术基础》和《信号与系统》等课程的理论教学的演示实验、实验教学、课程设计及毕业设计等教学环节使用。结合LabvIEW软件,在理论教学的同时进行验证性实验的演示,加深学生对理论知识的理解;在ELVIS II教学平台上设计该系列课程的综合设计性实验及跨课程的综合设计性实验,补充因实验设备不齐全而无法完成的实验;完善这些系列课程的课程设计内容,加强学生的创新能力和动手能力;结合虚拟仪器技术和电子信息工程专业的专业知识,设计毕业论文题目,培养学生综合应用知识解决实际问题的能力。

 

四、 教学改革的实施

 

1、理论与实践紧密结合,采用理论、实践、应用三结合教学方式,加强实践教学环节,重视应用能力的培养。教学组织上采用“一体两翼”的教学形式,即以课堂教学为主体,以“课堂实验”和“课外设计”为两翼,全面培养学生分析问题和解决问题能力,动手能力和科技制作能力。实践教学中,我们努力把课堂教学与课堂实验和课外设计有机地整合在一起,充分发挥第一课堂优势,重点培养学生分析问题和解决问题能力。积极开展课外活动,并把部分学生的毕业设计与课程内容结合起来,提高学生的电子技术应用能力和开发能力。

 

2、将多媒体教学与传统教学方式有机结合,灵活运用启发式教学、交互式教学、自主式学习、项目式学习的方法,激发学生的学习兴趣,营造活跃的课堂教学氛围和课外学习环境。 教学课件设计集声音、图像、视频和文字等媒体为一体,具有形象性、多样性、新颖性、趣味性、直观性、丰富性等特点。根据教学目的、要求和教学内容,创设了形象逼真的教学环境、声像同步的教学情景、动静结合的教学图像、生动活泼的教学气氛。对于传统教学中教师难以表达、学生难以理解的抽象内容、复杂的变化过程等,通过动画模拟、过程演示等手段予以解决,不但在教学中起到事半功倍的效果而且有利于提高学生的学习兴趣和分析问题解决问题的能力,可以大大提高教学效率和质量。

 

3、改进实验教学内容,提高实验教学的教学效果,培养学生的创新思维能力和动手能力。实验教学内容分为“课堂实验”和“课外设计”两部分,“课堂实验”以原理性实验、验证性实验为主,加深学生对基础理论知识的理解和基本应用;“课外设计”以综合性实验和设计性实验为主,教师设计实验项目,学生根据兴趣进行选择,并利用课外时间在教师指导下进行实验项目制作,以提高学生综合应用知识的能力和创新、动手的能力。

 

4、运用虚拟仪器进行数字化课堂演示实验和实验教学。利用NI公司的Multisim仿真软件将部分课堂教学内容通过虚拟仿真的方式进行课堂演示,以提高学生的理解力和学习兴趣;同时“科技活动”的相关内容让学生先在Multisim仿真软件中进行仿真检验,没有问题后再进行实际硬件电路的制作,提高学生科技活动项目制作的成功率和效率。

 

5、考试方式的改革。将课程的总评成绩与学习的整个过程有机结合起来。课程总评成绩由“课堂实验”成绩(占总成绩的70%)和“课外设计”成绩(占总成绩的30%)综合评定而成,从而激发学生参加“课外设计”活动的积极性和主动性,培养学生的动手能力和创新能力。

 

教学改革在电子信息工程专业2009级和2010级两个班级进行了尝试,使用后效果较好,但也发现了不足之处,在2011级《虚拟仪器技术及应用》课程进行中进行完善。

 

五、 教学改革成果

 

1、通过教学改革,在以往教学大纲的基础上,结合教学改革方案的具体内容,对《虚拟仪器技术及应用》课程的教学大纲进行了修订,修订后的教学大纲更能切合学生的实际情况。

 

2、制定了《虚拟仪器技术及应用》课程的教学改革方案,对教学内容、教学方法、教学手段、实践教学、考核方式等几个方面都进行了相关的改革。

 

3、根据《虚拟仪器技术及应用》课程的实验室硬件条件,结合《大学物理》、《电路分析基础》、《模拟电子技术基础》、《数字电子技术基础》等专业基础课的教学内容,利用Multisim软件、LabVIEW软件和NI ELVIS II教学平台,设计了12个综合设计性实验,该实验可以作为《虚拟仪器技术及应用》课程的实验教学使用,也可以用于相关课程的理论教学演示及实验教学使用,还可为《模拟电子技术基础》和《数字电子技术基础》的课程设计提供实验方案,为学生的毕业设计提供前期的基础准备。12个综合设计性实验具体包括:

 

实验一 家庭防盗系统的设计

 

实验二 RC串联电路充放电过程的设计

 

实验三 二阶运放滤波器的设计

 

实验四 电子温度计的设计

 

实验五 8位数字计数器的设计

 

实验六 双向十字路口交通信号灯的设计

 

实验七 光通信系统的设计

 

实验八 射频通信系统的设计

 

实验九 数字骰子的设计

 

实验十 单缝衍射实验

 

实验十一 马吕斯定律实验

 

实验十二 光耦合开关特性测量

 

设计的12个综合设计性实验和《虚拟仪器技术及应用》课程的实验指导书在2009级学生中进行了试点使用,学生使用中虽然存在一定的问题,但总体教学效果与之前情况相比有较大的提高,学生在分析问题解决问题的能力和动手能力等方面得到了一定的锻炼。在2010级学生中进行了推广性使用,效果良好。

 

4、结合《虚拟仪器技术及应用》课程已有的实验内容和设计的12个综合设计性实验的内容,编写了《虚拟仪器技术及应用》课程实验指导书,该指导书可以作为《虚拟仪器技术及应用》课程的实验教学使用,部分内容也可以用于相关课程的实验教学使用,还可为《模拟电子技术基础》和《数字电子技术基础》课程设计提供实验方案,为学生的毕业设计提供前期的基础准备。2009级和2010级电子信息工程专业部分毕业设计的题目是基于虚拟仪器技术设计的,其中2009级和2010级各有一个学生的毕业设计推荐为校级优秀毕业论文。

 

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