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語言課程安排與教學(xué)實踐的探討
語言課程安排與教學(xué)實踐的探討
江旻珊，商艷芝
�。ㄉ虾＠砉ご髮W(xué)光電信息與計算機(jī)工程學(xué)院，上海200093）
摘要：Labview是一種圖形化的編程語言的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境，廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室接受。Labview使用的是圖形化的編輯語言，即G語言來編寫程序，能夠有效地提高編程效率，因此逐漸地被各大理工科高校列為可選修的專業(yè)課之一。本文從課程介紹、教材選擇、教學(xué)安排、課程考核等方面入手，針對labview語言的課程設(shè)計和教學(xué)實踐做了一定的探討，闡述實際教學(xué)過程中所積累的經(jīng)驗和遇到的問題，希望可以對Labview課程的教學(xué)研究提供一定的幫助。
關(guān)鍵詞：Labview；課程設(shè)計；教學(xué)實踐
作者簡介：江旻珊（1983-），女，江蘇南通人，上海理工大學(xué)光電信息與計算機(jī)工程學(xué)院，講師。
一、引言
虛擬儀器是基于通用計算機(jī)平臺的儀器及測量技術(shù)。它突破傳統(tǒng)電子儀器以硬件為主體的模式，讓用戶可以在計算機(jī)平臺上根據(jù)需求定義和設(shè)計儀器的測試功能，使得使用者在操作計算機(jī)時，如同是在操作一臺自己設(shè)計的測試儀器。虛擬儀器由硬件和軟件兩部分組成。虛擬儀器中硬件的主要功能是獲取外界的被測試信號，而所獲得的信號則需要通過軟件的控制來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集分析等功能，并將其集成到命令環(huán)境中。因此，測試軟件是虛擬儀器技術(shù)的核心組成部分。用戶在虛擬儀器開發(fā)環(huán)境下，可以根據(jù)自己的需求來設(shè)計個性化的儀器和系統(tǒng)，實現(xiàn)“軟件就是儀器”。
Labview（Laboratory virtual instrument engineeringworkbench）是NI公司于1986年推出的一個功能強(qiáng)大的圖形化的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境，至今已有將近30年的歷史。Labview作為數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件的標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究性實驗室，是目前國際上應(yīng)用最為廣泛的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境之一。使用者可以根據(jù)不同的測試任務(wù)，在虛擬儀器開發(fā)軟件的提示下編制不同的測試軟件，實現(xiàn)儀器控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)值分析及數(shù)據(jù)顯示等多種復(fù)雜的任務(wù)。Labview適用于Windows、UNIX、Mac等多種操作系統(tǒng)平臺，可以增強(qiáng)用戶構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供實現(xiàn)儀器編程的便捷途徑。
Labview作為一種程序開發(fā)環(huán)境，可以實現(xiàn)與一般計算機(jī)語言相似的功能，但是Labview與其他計算機(jī)語言存在著顯著的區(qū)別，即其他計算機(jī)語言一般采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼的方式，而Labview使用的是圖形化的編輯語言即G語言來編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。作為NI設(shè)計平臺的核心語言，Labview一般用于開發(fā)測量或控制系統(tǒng)。該環(huán)境可以集成、快速構(gòu)建各種應(yīng)用所需的所有工具，能夠在不需要記憶語句結(jié)構(gòu)的前提下快速地進(jìn)行編程，有助于工程師和科學(xué)家提高生產(chǎn)效率和不斷創(chuàng)新。在很多理工科高校的非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)計劃中，都會安排Labview語言的專業(yè)課程，但由于該課程并不是計算機(jī)專業(yè)的必修基礎(chǔ)課程，相關(guān)的教學(xué)討論也較為缺乏，因此筆者僅就Labview課程教學(xué)中所遇到的一些問題和積累的部分經(jīng)驗做一些探討。
二、Labview課程的教材選擇
本課程選用陳錫輝編著的《Labview 8.2 入門與精通》，作為本課程的教材。該教材與其他Labview教材相比有幾個優(yōu)點：首先，它由淺入深、較為全面地講述了Labview的相關(guān)知識點。該書分為“基礎(chǔ)篇”和“高級篇”兩部分，適應(yīng)教學(xué)的需要。由于本課程在課時安排上只有32個學(xué)時，而真正的授課時間只有16個學(xué)時，僅能講授比較基礎(chǔ)的部分。該書的“基礎(chǔ)篇”共有14章，包括從編程界面介紹到子VI的調(diào)用等內(nèi)容，在授課時應(yīng)以前11章的內(nèi)容為主，讓學(xué)生明確要掌握的知識。
其次，該教材在知識點的安排上有一定的側(cè)重點，并不是一味地追求知識點的全面，而是有重點地講授一些比較常用的知識點，其他不太常用的知識點則采用相對較少的篇幅。作為授課教材來說，其性價比較高。
三、Labview課程的教學(xué)安排
作為一門可視化的編程語言，Labview除傳統(tǒng)語言中常用的數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符、變量、常量等基本量之外，控件的操作占了很大的比重，這也是其與傳統(tǒng)的C語言等程序設(shè)計語言的區(qū)別與優(yōu)勢。作為一門專業(yè)課，總學(xué)時數(shù)為32個，考慮到要給學(xué)生安排上機(jī)時間，所以一般課堂上的教學(xué)學(xué)時為16～18個。整體學(xué)時數(shù)偏少，不可能在一個學(xué)期將一門語言的所有內(nèi)容學(xué)完，因此在教學(xué)時主要偏重于基礎(chǔ)部分的講授。
該課程的授課對象為大學(xué)三年級的學(xué)生。在大學(xué)基礎(chǔ)課的教育中，他們大多接觸過C語言的基本的程序設(shè)計，具有一定的基礎(chǔ)，培養(yǎng)了一些編程的思想，因此，在教學(xué)時，除了講授Labview的基礎(chǔ)知識，還要讓學(xué)生體會到Labview與傳統(tǒng)語言的一些區(qū)別，可以運(yùn)用實例做講解。在實例的選取方面，第一節(jié)課可以選用一些較為經(jīng)典的案例，激發(fā)學(xué)生對課程的興趣。如教材第一章中，作者選擇性地介紹一個曾經(jīng)參與過的正負(fù)電子對撞機(jī)二期工程譜儀慢控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)擁有豐富的主界面元素，可以實現(xiàn)強(qiáng)大的功能。通過介紹這一系統(tǒng)，讓學(xué)生對Labview有個初步的了解。當(dāng)然，由于該例子是Labview在高新科研項目方面的應(yīng)用，學(xué)生可能沒有切身的感受。故可以引入與學(xué)生學(xué)習(xí)生活較為密切的一些實例，如科學(xué)計算器等，豐富他們對Labview的認(rèn)識。
由于學(xué)生具有一定的C語言編程的基礎(chǔ)，而在Labview的教學(xué)過程中也會不可避免地用到C語言。舉例來說，教材第五章講到公式節(jié)點文本編程語言的實現(xiàn)，而公式節(jié)點的文本編程語言的語法就與C語言非常接近，如會用到C語言里常用的變量聲明賦值語句、結(jié)構(gòu)語句等。在講授這一章時，可以將Labview與C語言配合起來進(jìn)行講解，通過比較同一程序的兩種不同表達(dá)形式，總結(jié)兩者的優(yōu)缺點。采用對比教學(xué)的方式，可以使學(xué)生領(lǐng)會到G語言圖形編程不同于文本語言的特點：采用數(shù)據(jù)流的形式可以直觀地表達(dá)整個程序的結(jié)構(gòu)，但在實現(xiàn)復(fù)雜算法方面卻不如文本編程語言簡潔易懂。
作為一門面向?qū)ο蟮挠嬎銠C(jī)語言，Labview中控件種類比較繁雜，函數(shù)種類也很多，應(yīng)用較為靈活。在引入現(xiàn)代化教學(xué)手段之后，可以通過PPT演示，其優(yōu)點是信息量較大，可省去板書時間，但同時由于展示的內(nèi)容較多，演示速度較快，容易使學(xué)生跟不上教學(xué)進(jìn)度，難以消化教學(xué)內(nèi)容。因此，在講授各種控件和函數(shù)時，必須有所側(cè)重。
四、Labview課程的上機(jī)教學(xué)
在上機(jī)時，遵循“一人一機(jī)”的原則，可采用以學(xué)生上機(jī)練習(xí)為主、教師演示操作為輔的授課模式。學(xué)生在溫習(xí)知識點的同時，能夠把看到的和聽到的內(nèi)容有機(jī)地結(jié)合起來，這樣可以提高學(xué)生的理解能力，加快課程內(nèi)容的消化。一門計算機(jī)語言課，學(xué)生只憑聽和看不可能掌握好所學(xué)的知識，重點是上機(jī)和課后的演練。只有通過多練習(xí)，才有可能掌握課程內(nèi)容。
在實際的上機(jī)教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)Labview課程容易遇到下列一些問題：（1）不同格式的數(shù)據(jù)輸入端和控件輸出端連在一起，導(dǎo)致連線錯誤。遇到這樣的問題，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生將Labview的數(shù)據(jù)格式用控件接線端顏色來區(qū)分，而不是機(jī)械地照搬控件幫助中的數(shù)據(jù)格式說明。（２）輸入控件與輸出控件的混淆。這說明學(xué)生對輸入和輸出的控件屬性不太熟悉，須強(qiáng)調(diào)輸入和輸出控件在形式上的區(qū)別，強(qiáng)調(diào)通過程序面板上控件接線端子的箭頭指向來區(qū)分輸入和輸出屬性，并舉出相應(yīng)的錯誤例子以做示例和講解。（3）找不到所需的控件。這樣問題的出現(xiàn)表明學(xué)生對前面板和后面板的控件不熟悉，需要多加練習(xí)來更正和提高編程速度。
在上機(jī)教學(xué)過程中，還需要注意不同電腦里安裝的Labview版本有可能不一致，這會給學(xué)生操作時帶來一些困擾。如在調(diào)用子VI部分，在Labview 2012版本中，子VI連接端子和圖標(biāo)是并列顯示在前面板右上角的，而在Labview 8.2版本中，子VI的連接端子需要右擊前面板上右上角的圖標(biāo)，選擇“顯示連接端子”才能顯示出來。在課堂演示時，一般均采用Labview 2012版本。但無論在課堂講授或是在上機(jī)教學(xué)時，都不應(yīng)忽視版本問題可能給學(xué)生上機(jī)操作帶來的困難。在課堂講授相應(yīng)的部分時，應(yīng)該經(jīng)常提醒學(xué)生8.2版本與2012版本存在的區(qū)別，在上機(jī)時注意區(qū)分，以適應(yīng)不同版本的編程環(huán)境。
五、Labview課程的考核
課程的考核是一門課教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，是檢驗教學(xué)成果的重要指標(biāo)。由于計算機(jī)課程的特殊性，在對學(xué)生進(jìn)行考核時應(yīng)結(jié)合平時成績和上機(jī)考試兩部分來進(jìn)行考評，這樣最終成績才能綜合性地反映學(xué)生的掌握水平。一般來說，平時成績占30%，主要考查學(xué)生的出勤率，以及在平時的上機(jī)課程中是否主動積極地完成教師布置的任務(wù)，是否有獨(dú)立思考的能力等。期末上機(jī)考試成績占總成績的70%，主要考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握，以及用所學(xué)知識獨(dú)立編程的能力。
六、總結(jié)
教學(xué)方式的探討需要教師不斷地進(jìn)行總結(jié)、交流，以有所提高。目前我們主要以課堂講授與上機(jī)互動相結(jié)合，注重培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力，讓他們學(xué)會編寫核心程序的步驟和思考問題的方法，通過各種實例來調(diào)動學(xué)習(xí)主動性，激發(fā)學(xué)生對Labview編程學(xué)習(xí)的熱情和興趣，培養(yǎng)思考能力以及解決問題的能力，以期達(dá)到一舉多得的效果。
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