基于“Learning By Doing”的实践教学软件设计

基于“Learning By Doing”的实践教学软件设计作者：崔文华来源：《中国教育信息化·基础教育》2013年第08期摘要：为了适应社会对创新工程人才的需求，“做中学”成为当前工程教育改革的亮点。

Learning By Doing模式下，作者引导学生参与工程项目全过程，让学生建立“工程”的概念，从而提高学生的学习兴趣和创新能力，取得了良好的教学效果。

关键词Learning by Doing；创新能力；实践教学中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2013）16-0067-03一、引言随着现代化建设的发展，经济社会对教育和人才的需求发生了深刻的变化，为迎接日益加剧的全球人才、科技和教育竞争，迫切需要全面提高教育质量，增加应用型、技能型、复合型、创新型人才的供给和培养。

《国家教育事业发展第十二个五年规划》中提出以提高质量为教育改革发展的核心，以明显增强学生的学习能力、实践能力、创新能力为目标战略思想。

《虚拟仪器设计》为测控专业和电子信息专业的专业基础课程，该课程的教学目标是让学生学会应用图形化语言进行编程和设计，掌握数据采集卡和相应的硬件设施解决实际的测量问题。

但该课程上课时间间隔较长，课本给定实例简单、独立、无关联、枯燥，通常学生的学习积极性不高，而且学完课程后，往往只会课本知识，不会开发项目，创新能力差，教学效果不好。

因此如何提高学生的学习兴趣和培养学生的创新能力、解决问题的能力成为该课程教学重要的研究内容。

我校为地方高等学校，以培养应用型、技能型人才为主。

笔者以“Learning by Doing”为教学模式开发了实验教学软件，以激发学生的学习兴趣、保护学生的好奇心，以培养学生独立思考、自由探索、勇于创新的能力为目标。

教学软件注重学思结合，因材施教。

二、软件设计思想“Learning by Doing”（学中做）的教学模式是美国CMU大学杜威提出的、经韦钰院士发起和积极倡导的全国教育科学“十五”规划重大课题之一，[1]目的是培养学生的工程学科的实践能力和工程素养。

杜威把科学方法作为“Learning”的依据和程序，教师把某个情景以恰当的方式适时展示给学生，吸引学生的注意力，激发学生探究的热情，[2]让学生带着问题（或情境）去探讨课本理论知识，引领学生主动探究问题的答案，[3]在探究的过程中构架自己的知识结构。

“Learing by Doing” 的主旨在于通过“Doing”的过程，动手尝试、体验、归纳和总结，以完成“Learning”的目的。

[4]“Learning by Doing”的教学步骤为：①给出一个已完成的项目，示范演示，给出一个情景，提出一些问题；②引起学生的好奇，探讨项目中的各个功能模块以及性能指标；并对项目中的各个模块实现的方法进行讨论；③确定各个功能模块的实现方法；④对学生进行分组，按照不同的方案，设计实验实现功能；⑤对实验结果进行验证调试，并记录收集数据，分析各个性能指标；⑥扩展延伸项目的功能，在示范项目的基础上，添加其他的新功能模块，达到培养创新能力的目的；⑦撰写报告，答辩完成项目演示，提高学生的语言表达能力和论文撰写的文字表达能力。

“Learning by Doing”的教学思路如图1所示。

三、教学软件设计软件的制作运用了Labview的重要知识点：循环结构、事件结构、队列、子VI调用、ActiveX控件、选项卡、动态字幕等，涵盖了教学的大部分内容。

软件本身作为整学期、分阶段实施教学的很好的虚拟仪器教学案例。

[5][6]软件包含五部分内容：课程介绍、项目演示（示波器）、项目模块功能分析、各功能模块实现、其他作品展示。

软件框图如图2所示。

主界面设计的各功能模块以图片的布尔开关设计，当鼠标点击布尔开关的时候，触发事件发生，调用子VI程序。

1.课程介绍模块课程介绍部分，是课程的总体介绍，让学生了解课程的性质、课程的要求、课程目标、教学内容、参考书目、进度安排、考核形式等。

因该部分控件数量多时，前面板可视部分容纳不下所有控件，在此情况下使用选项卡来完成。

选项卡把控件分成不同的页面，每次只显示一个，利于软件的模块化。

选项卡由多个页面组成，每个页面相对独立，可分别设置选项卡属性。

[7]选项卡在容器选板中。

2.项目演示模块项目演示部分主要采用视频演示的方式，将项目的的制作过程和项目的实际效果进行展示，给学生直观的印象，并激发学生的兴趣，以引出问题。

[8]该部分主要采用Active X容器实现。

Active X容器为Labview用户设计前面板提供了多种组件，并可以访问属性和方法。

用户直接将Active容器与属性节点或方法节点连接来访问其属性或方法。

该前面板采用Active 容器嵌入视频文件，该视频文件采用屏幕录像软件录制，程序框图如图3所示。

[9]前面版设计过程为：插入Active X容器—添加播放路径—停止按钮。

程序框图设计通过IWMPPlayer4“属性节点”引用 Active X容器，通过URL读取目标路径，打开文件，通过IWMPControls完成播放和停止功能。

程序框图如图3所示。

3.项目功能模块分析该模块演示的是一个简易示波器的设计过程和实际效果，主要包含以下模块：登录界面与密码输入子程序；信号发生器部分包含正弦信号、三角波、方波（占空比可调）和锯齿波信号的产生；信号发生器频率、幅度、相位的调节；单通道和双通道信号显示；信号的频率相位和幅度等参数的测量；示波器有倍乘功能。

该模块主要作用是使学生有总体的设计理念，建立工程的概念。

在演示的过程中，引导学生将系统模块化后，在案例的基础上增加其他功能，[10]最后将完善后的各功能模块组合在一起，完成一个系统的开发和设计。

示波器演示结果如图4所示。

4.各模块的实现方法项目模块化后，讨论各个模块实现的方法，将方法记录好，将学生分组，每个组用不同的方法实现，且每位学生完成一个模块。

该部分只给出一种方案，其他方案要求学生自己查资料，通过课本已学的知识点自己创新完成。

在教学过程中给定一个简单的系统，让学生“动脑筋”探讨，“亲自动手”完善系统功能，在整个过程中让学生主动参与到教学过程中，自主学习，同时提高学生的创新意识。

5.其他作品实验教学部分给出了其他四个项目，调制解调、基于声卡的音频分析、放大电路分析、简易计算器设计，每个模块的功能如下：（1）调制与解调模块包含主界面、AM调制、DSB调制、SSB调制，分别分析了各种调制的输入和已调信号波形、解调后的波形；[11]（2）基于声卡的音频分析通过声卡采集音频信号，[12]完成了声音的幅值、频率、电平测量，录制存储、回放声音；（3）放大电路分析包含共射电路、共基电路、共集电路分析，各电路中输入信号频率、振幅、相位可调，电阻可调，分析了输入信号、输出信号波形，对电路的电压增益、输入电阻、输出电阻等参数进行计算；（4）简易计算器设计：通过数组和簇的概念完成基本的数学计算。

上述作品综合运用了模拟电子电路、高频电子电路、信号与系统中的重要知识点，并用到了声卡驱动、串口通信、键盘按键设定等功能，[13]拓展知识面，培养了学生的创新能力。

四、结束语软件呈现了Labview设计虚拟仿真项目的整个过程，让学生“边学边做”，建立“项目工程”的概念，采用项目驱动、模块教学法、启发式、引导法等新型教学方法，以提高学生的学习兴趣和动手能力。

该软件为测控专业和电子信息专业提供了良好的学习范例，软件本身也可以作为整学期、分阶段实施教学的很好的虚拟仪器教学案例。

“Learning by Doing”创新意识培养的实践教学中，学生参与了整个项目开发过程，同时提高了学生查阅资料和运用知识的能力，提高了学生语言表达和写作能力，同时创新能力和运用知识的能力得到很大提升，取得很好的教学效果，得到学生和同行专家的好评。

参考文献：[1]刘依，张晨曦，李江峰.Learning by Doing的教学模式与实践[J].计算机工程与科学，2011，33（z1）.[2]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等教育工程，2008（3）：1-3.[3]王朝成.基于项目的案例学习系统的研究与设计[D].浙江大学，2010：16-18.[4]马勇军.“做中学”、“从做中学”、“教学做合一”的比较研究[J].青岛大学师范学院学报，2009，26（1）：23-24.[5]蔡共宣.LabVIEW在多媒体教学课件设计中的应用[J].西南师范大学学报（自然科学版），2010（4）：155-158.[6]戴宏亮.基于VB与LabVIEW的信号处理多媒体课件设计[J].实验室研究与探索，2011，30（10）：75-76.[7]杨乐平，李海涛，赵勇等.Labview 高级程序设计[M].北京：清华大学出版社，2007：123-125.[8]陈树学，刘萱.Labview宝典[M].北京：电子工业出版社，2011：99-106.[9]魏宏波，刘笃喜.基于虚拟仪器技术的测控教学实验系统的构建[J].计算机工程与设计，2008，29（5）：1295.[10]杨萍.基于虚拟技术的数字示波器的研制[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2009：32-35.[11]雷振山，肖成勇，魏丽等.Labview 高级编程与虚拟仪器工程应用[M].北京：中国铁道出版社，2012：33-36.[12]陈晓玲，师学明，刘迎.基于LabVIEW的声卡虚拟仪器性能测试与实验[J].实验室研究与探索，2010（10）：25-27.[13]杨洋，隋成华，董建平.Labview虚拟仪器串行通信的研究[J].仪器仪表学报，2009，30（10）： 292-295.（编辑：鲁利瑞）。