一种基于虚拟仪器和CDIO工程模式的教学方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于虚拟仪器和CDIO工程模式的教学方法及系统，属于工程教育技术领域，其中教学系统具体包括教师上位机、网络管理服务模块和若干个学生操作实验台，所述学生操作实验台包括学生上位机、仪器设备控制模块、实训操作模块和测试控制模块，所述学生上位机内置有测试报告生成模块，所述教师上位机内置有教师考核评估模块。本发明专利技术将虚拟仪器技术融入到CDIO工程模式教学理念中，通过交互式管理系统与工程训练理念管理的全链条设计结合，实现了实验报告的信息化生成、实验数据与实验报告的网络化传输共享与考核评判以及群体性测试的网络化管理，既增进了学生的实践动手能力、团队协作意识和创新能力，又提高了教学质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟仪器和CDIO工程模式的教学方法及系统
本专利技术涉及工程教学
，特别是涉及一种基于虚拟仪器和CDIO工程模式的教学方法及系统。
技术介绍
随着近几十年我国现代化水平的不断提高，我国的工程教育在教育规模、教育结构、教育投入以及教育质量等方面都取得了一定的成绩，目前已逐渐进入快速发展的时期。但是，由于我国的高等教育教学模式和方法仍基本停留在以课本为中心、以教师口授为主的课堂灌输式学习，而这种学习模式往往存在理论知识点较多且较为抽象、学生被动理解等问题，导致学生对教学知识点的学习兴趣和学习效率较低、对知识点的掌握不牢固，无法充分调动学生的在学习过程中的主观能动性，而且，这种高等教育教学模式所培养出的毕业生往往与企业(或者市场)所需要的专业人才不对口，无法适应和满足当前社会的需求，从而加剧了毕业生与企业之间的供需矛盾。因此，亟需对目前的高等教育教学方法进行改革以适应工程教育的推广和发展，培养能够满足社会需求的实践应用型人才，进一步提高我国的人才质量。
技术实现思路
基于此，有必要针对目前高等教育教学模式在工程教育方面存在的上述问题，提供一种基于虚拟仪器和CDIO工程模式的教学方法及系统。为解决上述问题，本专利技术采取如下的技术方案：一种基于虚拟仪器和CDIO工程模式的教学系统，包括教师上位机、网络管理服务模块和若干个学生操作实验台，所述学生操作实验台包括学生上位机、仪器设备控制模块、实训操作模块和测试控制模块，所述学生上位机内置有测试报告生成模块，所述教师上位机内置有教师考核评估模块；所述仪器设备控制模块包括仪器设备控制器和多种功能板卡，且所述仪器设备控制器与所述多种功能板卡相连并封装在一个壳体中；所述网络管理服务模块分别与所述教师上位机、每一所述学生上位机和每一所述仪器设备控制模块连接；所述学生上位机通过网络管理服务模块查询所述仪器设备控制模块中所述仪器设备控制器的IP地址和端口号，并根据查询到的所述IP地址和端口号确定目标仪器设备控制模块，所述学生上位机通过所述网络管理服务模块与所述目标仪器设备控制模块无线连接，所述多种功能板卡分别与所述实训操作模块和所述测试控制模块连接；当学生操作所述学生操作实验台对测量对象进行工程实验测量时，将所述测量对象与所述实训操作模块或者所述测试控制模块连接；学生操作所述学生上位机给所述目标仪器设备控制模块发送控制命令，所述目标仪器设备控制模块接收到所述控制命令之后开始采集实验数据，并通过所述网络管理服务模块将所述实验数据传递给所述学生上位机，所述学生上位机接收所述实验数据，并进行数据分析及显示；所述测试报告生成模块根据所述实验数据生成实验报告；所述学生上位机通过所述网络管理服务模块将所述实验报告发送至所述教师上位机，教师通过所述教师考核评估模块对所述实验报告进行考核评估。相应地，本专利技术还提出一种利用上述基于虚拟仪器和CDIO工程模式的教学系统的教学方法，包括以下步骤：整合构思：学生在所述学生上位机登录学生账号信息，所述学生上位机通过所述网络管理服务模块查找到对应的学生所要进行的工程实验和相关资料，学生根据所述工程实验和所述相关资料对所述工程实验进行整合构思；展开设计：学生根据所述工程实验和所述相关资料识别所述学生上位机中预装的电路图和虚拟仪器编程软件，找出电路设计和软件程序的缺陷，优化所述工程实验所需电路，利用所述虚拟仪器编程软件优化软件程序。结果实现：学生通过硬件调试、软件测试和实验运行对电路设计成果进行验证，得到工程实验的实验数据和测试图形，所述测试报告生成模块输出所述工程实验的实验报告，教师通过所述教师考核评估模块对所述实验报告进行考核评估；系统运行：学生按照所述工程实验的需求给出解决方案，并根据所述解决方案展开实验，结合硬件和软件完成所述工程实验。本专利技术将虚拟仪器技术融入到CDIO工程模式教学理念中，通过交互式管理系统与工程训练理念管理的全链条设计结合，实现了实验报告的信息化生成、实验数据与实验报告的网络化传输共享与考核评判以及群体性测试的网络化管理，让学生自行构思，在教师的指导下提出可行性方案并分析整理问题、解决问题，通过验证和实践，既增进了学生的实践动手能力、团队协作意识和创新能力，又提高了教学质量，为学生后续的学习和工作提供高质量的教育服务。附图说明图1为本专利技术基于虚拟仪器和CDIO工程模式的教学系统的其中一个实施例的结构示意图；图2为本专利技术基于虚拟仪器和CDIO工程模式的教学系统其中一个具体实施方式中功能板卡的结构示意图；图3为本专利技术基于虚拟仪器和CDIO工程模式的教学方法的其中一个实施例的流程示意图。具体实施方式CDIO工程教育模式代表着国际工程教育改革的最先进的教育方法，其CDIO代表着构思(Conceive)-设计(Design)-实现(Implement)-运作(Operate)，CDIO工程项目教学模式和我国当今高校主流的教育理念一致，而且更系统、全面、深入、彻底地体现了“工学结合”的教学理念，能够让学生以主动的方式进行学习和取得工程能力。下面将结合附图及较佳实施例对本专利技术的技术方案进行详细描述。在其中一个实施例中，基于虚拟仪器和CDIO工程模式的教学系统包括教师上位机100、网络管理服务模块200和若干个学生操作实验台300，假设基于虚拟仪器和CDIO工程模式的教学系统包括n个学生操作实验台，分别为学生操作实验台1，...，学生操作实验台n，如图1所示，学生操作实验台300具体包括学生上位机310、仪器设备控制模块320、实训操作模块330和测试控制模块340，并且学生上位机310内置有用于生成实验报告的测试报告生成模块，教师上位机100内置有用于对实验报告进行考核评估的教师考核评估模块。具体地，在本实施例中，仪器设备控制模块320包括仪器设备控制器和多种功能板卡，而且仪器设备控制器与多种功能板卡相连并封装在一个壳体中。网络管理服务模块200分别与教师上位机100、每一学生上位机310和每一仪器设备控制模块320连接。学生上位机310通过网络管理服务模块200查询仪器设备控制模块320中仪器设备控制器的IP地址和端口号，并根据查询到的IP地址和端口号确定目标仪器设备控制模块，其中目标仪器设备控制模块可以为学生上位机310所在的学生操作实验台1内的仪器设备控制模块320，目标仪器设备控制模块也可以为学生操作实验台2-学生操作实验台n中任意一个学生操作实验台内的仪器设备控制模块320；网络管理服务模块200包括路由器和无线子模块，具体是仪器设备控制模块320通过网线连接路由器，学生上位机310通过无线子模块连接路由器，学生上位机310通过无线子模块查询目标仪器设备控制模块中目标仪器设备控制器的IP地址和端口号并连接。进一步地，网络管理服务模块200用于发送和接收学生账号信息的服务请求，同时还用于存储学生用户的账号信息及对应的教学任务。确定目标仪器设备控制模块后，学生上位机310通过网络管理服务模块200与目标仪器设备控制模块无线连接；多种功能板卡分别与实训操作模块330和测试控制模块340连接，其中实训操作模块330和测试控制模块340可以由多功能电路实验箱实现。当学生操作学生操作实验台300对测量对象进行工程实验测量时，学生首先本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟仪器和CDIO工程模式的教学系统，其特征在于，包括教师上位机(100)、网络管理服务模块(200)和若干个学生操作实验台(300)，所述学生操作实验台(300)包括学生上位机(310)、仪器设备控制模块(320)、实训操作模块(330)和测试控制模块(340)，所述学生上位机(310)内置有测试报告生成模块，所述教师上位机(100)内置有教师考核评估模块；所述仪器设备控制模块(320)包括仪器设备控制器和多种功能板卡，且所述仪器设备控制器与所述多种功能板卡相连并封装在一个壳体中；所述网络管理服务模块(200)分别与所述教师上位机(100)、每一所述学生上位机(310)和每一所述仪器设备控制模块(320)连接；所述学生上位机(310)通过网络管理服务模块(200)查询所述仪器设备控制模块(320)中所述仪器设备控制器的IP地址和端口号，并根据查询到的所述IP地址和端口号确定目标仪器设备控制模块，所述学生上位机(310)通过所述网络管理服务模块(200)与所述目标仪器设备控制模块无线连接，所述多种功能板卡分别与所述实训操作模块(330)和所述测试控制模块(340)连接；当学生操作所述学生操作实验台(300)对测量对象进行工程实验测量时，将所述测量对象与所述实训操作模块(330)或者所述测试控制模块(340)连接；学生操作所述学生上位机(310)给所述目标仪器设备控制模块发送控制命令，所述目标仪器设备控制模块接收到所述控制命令之后开始采集实验数据，并通过所述网络管理服务模块(200)将所述实验数据传递给所述学生上位机(310)，所述学生上位机(310)接收所述实验数据，并进行数据分析及显示；所述测试报告生成模块根据所述实验数据生成实验报告；所述学生上位机(310)通过所述网络管理服务模块(200)将所述实验报告发送至所述教师上位机(100)，教师通过所述教师考核评估模块对所述实验报告进行考核评估。...

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟仪器和CDIO工程模式的教学系统，其特征在于，包括教师上位机(100)、网络管理服务模块(200)和若干个学生操作实验台(300)，所述学生操作实验台(300)包括学生上位机(310)、仪器设备控制模块(320)、实训操作模块(330)和测试控制模块(340)，所述学生上位机(310)内置有测试报告生成模块，所述教师上位机(100)内置有教师考核评估模块；所述仪器设备控制模块(320)包括仪器设备控制器和多种功能板卡，且所述仪器设备控制器与所述多种功能板卡相连并封装在一个壳体中；所述网络管理服务模块(200)分别与所述教师上位机(100)、每一所述学生上位机(310)和每一所述仪器设备控制模块(320)连接；所述学生上位机(310)通过网络管理服务模块(200)查询所述仪器设备控制模块(320)中所述仪器设备控制器的IP地址和端口号，并根据查询到的所述IP地址和端口号确定目标仪器设备控制模块，所述学生上位机(310)通过所述网络管理服务模块(200)与所述目标仪器设备控制模块无线连接，所述多种功能板卡分别与所述实训操作模块(330)和所述测试控制模块(340)连接；当学生操作所述学生操作实验台(300)对测量对象进行工程实验测量时，将所述测量对象与所述实训操作模块(330)或者所述测试控制模块(340)连接；学生操作所述学生上位机(310)给所述目标仪器设备控制模块发送控制命令，所述目标仪器设备控制模块接收到所述控制命令之后开始采集实验数据，并通过所述网络管理服务模块(200)将所述实验数据传递给所述学生上位机(310)，所述学生上位机(310)接收所述实验数据，并进行数据分析及显示；所述测试报告生成模块根据所述实验数据生成实验报告；所述学生上位机(310)通过所述网络管理服务模块(200)将所述实验报告发送至所述教师上位机(100)，教师通过所述教师考核评估模块对所述实验报告进行考核评估。2.根据权利要求1所述的基于虚拟仪器和CDIO工程模式的教学系统，其特征在于，所述多种功能板卡包括多个功能板卡，所述功能板卡包括电源子模块(1)、信号输入端(2)、微处理器(3)和数据存储子模块(4)，所述微处理器(3)包括电源处理子模块(3-1)、信号调理子模块(3-2)、模数转换子模块(3-3)、时钟子模块(3-4)和中央处理单元(3-5)；所述信号输入端(2)与所述信号调理子模块(3-2)连接，所述信号调理子模块(3-2)对输入信号进行幅值调整以及滤波，并将单端信号转换成差分信号或者将电流信号转换成电压信号，所述信号调理子模块(3-2)将处理后的信号输出至所述模数转换子模块(3-3)；所述模数转换子模块(3-3)将所述处理后的信号转换为数字信号并输出至所述中央处理单元(3-5)；所述中央处理单元(3-5)运算处理后将所述数字信号存储于所述数据存储子模块(4)，且所述中央处理单元(3-5)将运算处理后的所述数字信号通过所述网络管理服务模块(200)发送至所述学生上位机，通过所述学生上位机进行显示；所述电源子模块(1)与所述所述电源处理子模块(3-1)连接，所述电源处理子模块(3-1)用于为所述中央处理单元(3-5)供电；所述时钟子模块(3-4)用于为所述中央处理单元(3-5)提供时钟源。3.根据权利要求2所述的基于虚拟...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秉仁，刘卫平，杨媛如，
申请(专利权)人：吉林大学，长春朗音电测仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22