论文部分内容阅读
[摘要]大学生竞赛与教学相互结合可以很好地提高教学质量，培养学生的创新能力。在参加全国虚拟仪器大赛的实践基础上，从课程体系、课程内容和实践环节等方面进行了教改探索和分析，最后进行了总结并给出了进一步的工作思路。
[关键词]竞赛 教学改革 创新能力
第一届“全国虚拟仪器设计大赛”于2011年举行，参赛作品覆盖测控技术与仪器、自动化、计算机、电气工程、机械工程、通信工程、电子工程、动力工程、汽车工程、宇航科学等诸多专业方向，第二届竞赛也将于2013年举行。竞赛要求分别基于不同的虚拟仪器软硬件平台，完成测试、控制、自动化或者其他创新性的应用开发，充分体现了学生的创新思维、科学态度和团队合作精神。竞赛内容与测控技术与仪器专业本科教学密切结合，在理论教学的过程中配套竞赛活动是学生实践创新能力培养的一个重要途径[1]，对教学改革和教育理念的更新能起到积极的推动作用。而教学改革又将提高竞赛的水平，竞赛与教改互相促进，会培养出更高质量的人才 。
因此，探索新的能力培养模式，将竞赛与教学相互结合，搭建大学生科技创新实践平台，对提高大学生的科技创新能力具有极其重要的意义[2]。我们根据参加竞赛的总结分析以及在比赛过程中的交流沟通，对将教学与竞赛相结合，培养学生的创新能力、理论联系实际等方面进行了探索。
一、注重课程衔接，提高综合能力
现代测控技术融合了传感器技术、数据采集、测试理论、仪器原理、计算机接口、总线技术、网络技术以及图形化编程于一身，这些知识相互衔接、相互应用，使得基于PC机的测控系统正向着高效、智能化、多功能化发展。在开发虚拟仪器系统时，从方案论证、硬件设计制作、硬件与计算机的接口、软件算法和界面实现，到系统调试，要求设计者具有很强的综合能力和系统概念。
从以往学生的学习和参加竞赛的情况来看，一些学生对各单个知识点以及每一门学过的课程都很熟悉，但是在对如何将各门课程衔接起来，将各个知识点综合到一个系统中，往往显得力不从心，综合运用知识的能力欠缺。从课程设置来看，有些课程之间的设置内容部分重复，有些课程之间的衔接却不够，而有的课程是因为新技术的发展而增设的，过分强调该课程的个性，缺乏系统性，于教于学都不利。学生只是被动地接受各门课程的学习，缺乏追求知识的主动性，缺乏综合系统设计的机会、缺乏科研能力的培养。
为此我们以“注重基础，跟踪发展，兼顾综合，合理重组”为指导思想，对专业相关课程的设置和相应的课程内容进行调整和改革，整合不合理的课程，增加系统设计课程，以测控技术为主线加强各专业课之间的衔接。在各课程中加入最新的发展技术，使学生能及时学习和跟踪新技术，了解新的发展方向，并在授课过程中加强系统设计内容。
另外在以往的课程设置中，学生到三年级下学期才开始上专业课程，相当一部分学生对测控技术专业了解较少，为了让学生更早的接触专业课程，在满足先修课前提下，将部分专业课程前移，学生可以将专业课程和一些基础课程更紧密地结合，更早对测控系统有整体的理解，加上相应的实践环节，可以提前培养学生的综合能力。这样二年级的同学就可以准备参加竞赛。
二、优化课程内容，加强解决问题能力
图形化程序设计语言用于仪器的开发，为此我们开设了专门的课程。由于该课程为双语课程，部分学生学习有一定困难，所以原来的课程内容偏基础编程，而对于竞赛和实际的系统开发，要求具有高级编程知识，我们考虑在课程中提高高级编程比例，并对学生进行分层教学，对于基础好的同学指导他们学习网站的资料，完成较难的习题，并进一步实现自命题软件，激发学生的创新思维，同时也为参加竞赛打下基础。另外虽然大部分学生能很好地掌握该语言基本编程技巧，但对于如何与其它课程结合以及如何在虚拟仪器系统中应用还不太清楚，为此，我们在授课过程中穿插一些后续课程的知识点，结合测控系统讲解一些简单的仪器开发实例。
整合后的课程虚拟仪器系统设计在原来自动测试系统课程（包括GPIB、PXI、VXI和LXI）基础上增加数据采集以及系统设计内容，利用实验室配置的GPIB、PXI以及数据采集设备，学生可组建开发虚拟仪器系统，完成相应的实验。虚拟仪器竞赛的综合组命题与该课程内容非常相关，我们考虑在课程教学时着重培养学生的系统设计能力，设计一些综合实验以及开放性实验，为学生竞赛以及今后的工作打下基础。
目前利用网络搭建测试系统，在网络上进行测试和数据采集，可以实现远程测试与诊断、测试设备和数据的共享、多台设备的协同互连测试，是未来综合测控系统的发展方向。络化测试技术课程结合网络技术，并与测控技术相结合，较全面的介绍网络化测试的发展过程、体系结构、性能特点，以及如何利用相应的软硬件组建远程测试系统、如何进行分布式测试。网络化测试技术一般可与虚拟仪器技术及新型的网络化传感器技术相结合，组成网络化测试系统。这类系统设计的课题具有一定的难度，可作为竞赛的训练内容、学生的课程设计或毕业设计，提高他们的综合设计能力和科研能力。
三、加强实践环节，提高动手和创新能力
通过对学生的竞赛培训以及创新项目的指导总结分析，现有课程的实践教学安排还存在一些不足之处，验证性实验偏多，设计型、综合性实验偏少，学生往往是按步就班完成实验，没有达到提高实践动手能力和创新能力的目的。在学生参加竞赛过程中也体现出一些问题：
思维不活跃、实际动手能力较弱等。
可以通过课程内增加设计型实验，课外增加开放性实验来提高学生的独立思考能力和实践动手能力。也可以开设专业综合实验课程，让学生自己搭建完整的测控系统，帮助他们建立综合知识结构、提高实践动手能力和学习兴趣。我们准备对专业综合实验课程内容进行调整，该课程在测试理论、计算机接口技术、数据采集、仪器原理的基础上进行虚拟仪器的开发与应用，可利用的开发语言有汇编、C语言、LabVIEW或LabWindows/CVI，可进行示波器、信号源、电压表等通用虚拟仪器的开发以及温湿度的测试、电机转速的测控等，要求学生在完全理解系统结构的基础上，拟订方案，在已有平台上搭建外围电路，编写程序，自行开发定义仪器或系统的功能并设计虚拟面板，该课程在一定程度上可帮助学生以测控系统为主线，从信号的检测、信号的采集与处理到信号的显示与共享，以整体系统的概念把相应课程的内容衔接起来。在命题实验的基础上，考虑增加自主实验，提供硬件平台，让学生自行设计完整的测控系统，并以个性化的形式设计界面，用多种形式提高学生的创新思维，实践动手能力。
四、总结和展望
科技竞赛是课堂教学的重要补充，二者相互促进，是培养具有创造性学习能力、创新思维人才的有效途径，我们将继续积极参加竞赛，通过竞赛总结经验，分析学生在实践动手、创新能力、综合能力等方面的具体问题，应用于教学改革中，培养创新型人才。
在今后的教学和参赛中，如何更好地提高教学质量和竞赛成绩，我们准备从以下几个方面着手。
（1）可以采用研究生加本科生的组队方式，让研究生协助指导本科生，一方面可以培训本科生较快地掌握必备的知识，进行设计开发工作；另一方面对研究生从事科研工作打下坚实的基础[3]。
（2）向其他院校学习经验，收集已有的设计案例，编写既可用于竞赛培训，又可用于开放性实验、课程设计等的讲义，利用好的案例引导学生拓展思路，帮助学生提高整体综合能力。
（3）进一步深入教学改革，探索在教学过程中，如何引导学生跟踪前沿技术，多角度观察和分析问题，利用测控技术发现和解决新的问题，激发学生的创新思维。
注：南京邮电大学校教改项目，项目名称：全国虚拟仪器设计大赛与教学相结合的研究与探索，编号：JG00511JX36
[参考文献]
[1]方宝富，王浩，胡学钢等.基于教学竞赛一体化的大学生实践创新能力培养模式研究[J].计算机教育，2010，（24）：5-8
[2]柏连阳，蒋建初，盛正发.基于学科竞赛的新建本科院校创新人才培养探析[J].当代教育论坛 （管理研究），2010，（8）：67-68.
[3]黄磊.全国大学生电子竞赛对本科教学改革的启发[J].中国电力教育，2011，（8）：73-74
（作者单位：南京邮电大学自动化学院 南京）
[关键词]竞赛 教学改革 创新能力
第一届“全国虚拟仪器设计大赛”于2011年举行，参赛作品覆盖测控技术与仪器、自动化、计算机、电气工程、机械工程、通信工程、电子工程、动力工程、汽车工程、宇航科学等诸多专业方向，第二届竞赛也将于2013年举行。竞赛要求分别基于不同的虚拟仪器软硬件平台，完成测试、控制、自动化或者其他创新性的应用开发，充分体现了学生的创新思维、科学态度和团队合作精神。竞赛内容与测控技术与仪器专业本科教学密切结合，在理论教学的过程中配套竞赛活动是学生实践创新能力培养的一个重要途径[1]，对教学改革和教育理念的更新能起到积极的推动作用。而教学改革又将提高竞赛的水平，竞赛与教改互相促进，会培养出更高质量的人才 。
因此，探索新的能力培养模式，将竞赛与教学相互结合，搭建大学生科技创新实践平台，对提高大学生的科技创新能力具有极其重要的意义[2]。我们根据参加竞赛的总结分析以及在比赛过程中的交流沟通，对将教学与竞赛相结合，培养学生的创新能力、理论联系实际等方面进行了探索。
一、注重课程衔接，提高综合能力
现代测控技术融合了传感器技术、数据采集、测试理论、仪器原理、计算机接口、总线技术、网络技术以及图形化编程于一身，这些知识相互衔接、相互应用，使得基于PC机的测控系统正向着高效、智能化、多功能化发展。在开发虚拟仪器系统时，从方案论证、硬件设计制作、硬件与计算机的接口、软件算法和界面实现，到系统调试，要求设计者具有很强的综合能力和系统概念。
从以往学生的学习和参加竞赛的情况来看，一些学生对各单个知识点以及每一门学过的课程都很熟悉，但是在对如何将各门课程衔接起来，将各个知识点综合到一个系统中，往往显得力不从心，综合运用知识的能力欠缺。从课程设置来看，有些课程之间的设置内容部分重复，有些课程之间的衔接却不够，而有的课程是因为新技术的发展而增设的，过分强调该课程的个性，缺乏系统性，于教于学都不利。学生只是被动地接受各门课程的学习，缺乏追求知识的主动性，缺乏综合系统设计的机会、缺乏科研能力的培养。
为此我们以“注重基础，跟踪发展，兼顾综合，合理重组”为指导思想，对专业相关课程的设置和相应的课程内容进行调整和改革，整合不合理的课程，增加系统设计课程，以测控技术为主线加强各专业课之间的衔接。在各课程中加入最新的发展技术，使学生能及时学习和跟踪新技术，了解新的发展方向，并在授课过程中加强系统设计内容。
另外在以往的课程设置中，学生到三年级下学期才开始上专业课程，相当一部分学生对测控技术专业了解较少，为了让学生更早的接触专业课程，在满足先修课前提下，将部分专业课程前移，学生可以将专业课程和一些基础课程更紧密地结合，更早对测控系统有整体的理解，加上相应的实践环节，可以提前培养学生的综合能力。这样二年级的同学就可以准备参加竞赛。
二、优化课程内容，加强解决问题能力
图形化程序设计语言用于仪器的开发，为此我们开设了专门的课程。由于该课程为双语课程，部分学生学习有一定困难，所以原来的课程内容偏基础编程，而对于竞赛和实际的系统开发，要求具有高级编程知识，我们考虑在课程中提高高级编程比例，并对学生进行分层教学，对于基础好的同学指导他们学习网站的资料，完成较难的习题，并进一步实现自命题软件，激发学生的创新思维，同时也为参加竞赛打下基础。另外虽然大部分学生能很好地掌握该语言基本编程技巧，但对于如何与其它课程结合以及如何在虚拟仪器系统中应用还不太清楚，为此，我们在授课过程中穿插一些后续课程的知识点，结合测控系统讲解一些简单的仪器开发实例。
整合后的课程虚拟仪器系统设计在原来自动测试系统课程（包括GPIB、PXI、VXI和LXI）基础上增加数据采集以及系统设计内容，利用实验室配置的GPIB、PXI以及数据采集设备，学生可组建开发虚拟仪器系统，完成相应的实验。虚拟仪器竞赛的综合组命题与该课程内容非常相关，我们考虑在课程教学时着重培养学生的系统设计能力，设计一些综合实验以及开放性实验，为学生竞赛以及今后的工作打下基础。
目前利用网络搭建测试系统，在网络上进行测试和数据采集，可以实现远程测试与诊断、测试设备和数据的共享、多台设备的协同互连测试，是未来综合测控系统的发展方向。络化测试技术课程结合网络技术，并与测控技术相结合，较全面的介绍网络化测试的发展过程、体系结构、性能特点，以及如何利用相应的软硬件组建远程测试系统、如何进行分布式测试。网络化测试技术一般可与虚拟仪器技术及新型的网络化传感器技术相结合，组成网络化测试系统。这类系统设计的课题具有一定的难度，可作为竞赛的训练内容、学生的课程设计或毕业设计，提高他们的综合设计能力和科研能力。
三、加强实践环节，提高动手和创新能力
通过对学生的竞赛培训以及创新项目的指导总结分析，现有课程的实践教学安排还存在一些不足之处，验证性实验偏多，设计型、综合性实验偏少，学生往往是按步就班完成实验，没有达到提高实践动手能力和创新能力的目的。在学生参加竞赛过程中也体现出一些问题：
思维不活跃、实际动手能力较弱等。
可以通过课程内增加设计型实验，课外增加开放性实验来提高学生的独立思考能力和实践动手能力。也可以开设专业综合实验课程，让学生自己搭建完整的测控系统，帮助他们建立综合知识结构、提高实践动手能力和学习兴趣。我们准备对专业综合实验课程内容进行调整，该课程在测试理论、计算机接口技术、数据采集、仪器原理的基础上进行虚拟仪器的开发与应用，可利用的开发语言有汇编、C语言、LabVIEW或LabWindows/CVI，可进行示波器、信号源、电压表等通用虚拟仪器的开发以及温湿度的测试、电机转速的测控等，要求学生在完全理解系统结构的基础上，拟订方案，在已有平台上搭建外围电路，编写程序，自行开发定义仪器或系统的功能并设计虚拟面板，该课程在一定程度上可帮助学生以测控系统为主线，从信号的检测、信号的采集与处理到信号的显示与共享，以整体系统的概念把相应课程的内容衔接起来。在命题实验的基础上，考虑增加自主实验，提供硬件平台，让学生自行设计完整的测控系统，并以个性化的形式设计界面，用多种形式提高学生的创新思维，实践动手能力。
四、总结和展望
科技竞赛是课堂教学的重要补充，二者相互促进，是培养具有创造性学习能力、创新思维人才的有效途径，我们将继续积极参加竞赛，通过竞赛总结经验，分析学生在实践动手、创新能力、综合能力等方面的具体问题，应用于教学改革中，培养创新型人才。
在今后的教学和参赛中，如何更好地提高教学质量和竞赛成绩，我们准备从以下几个方面着手。
（1）可以采用研究生加本科生的组队方式，让研究生协助指导本科生，一方面可以培训本科生较快地掌握必备的知识，进行设计开发工作；另一方面对研究生从事科研工作打下坚实的基础[3]。
（2）向其他院校学习经验，收集已有的设计案例，编写既可用于竞赛培训，又可用于开放性实验、课程设计等的讲义，利用好的案例引导学生拓展思路，帮助学生提高整体综合能力。
（3）进一步深入教学改革，探索在教学过程中，如何引导学生跟踪前沿技术，多角度观察和分析问题，利用测控技术发现和解决新的问题，激发学生的创新思维。
注：南京邮电大学校教改项目，项目名称：全国虚拟仪器设计大赛与教学相结合的研究与探索，编号：JG00511JX36
[参考文献]
[1]方宝富，王浩，胡学钢等.基于教学竞赛一体化的大学生实践创新能力培养模式研究[J].计算机教育，2010，（24）：5-8
[2]柏连阳，蒋建初，盛正发.基于学科竞赛的新建本科院校创新人才培养探析[J].当代教育论坛 （管理研究），2010，（8）：67-68.
[3]黄磊.全国大学生电子竞赛对本科教学改革的启发[J].中国电力教育，2011，（8）：73-74
（作者单位：南京邮电大学自动化学院 南京）