NI教学平台帮助曼彻斯特大学将学生满意度从67%提升至98%

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"在本科生课程中推广NI平台的使用更有利于培养研究型研究生,让他们从一开始就了解实际的测试测量、控制和通信应用的解决方案。 对于他们,所面临的挑战是研究本身,而不是所使用的工具。"

- NI Academic Team,

The Challenge:
一年一度的NSS在整个英国范围内调查学生对于学位课程的满意程度。根据 2009年的调查,电子与电气工程学院在“课程教学满意度”和“学习资源” 类别下的得分非常低。这一年的NSS调查中,该学院在36所学院中的排名仅 列第34位。 学院院长认识到如果满意度的得分无法提高,大学的整体地位将会下降。因 此他召集了一批核心团队成员去获取学生、行业咨询委员会以及学术界同行 的意见,找到症结所在,并提出了应对方案。

The Solution:
根据George博士的评估标准,她发现大部分的工具都不能满足她的需求。软 件工具不是缺少和书本理论之间的关联,就是不能可视化呈现调整不同参数 产生的效果,极大地削弱了仿真的有效性。硬件与软件不兼容,需要另费周 折进行集成与学习,或是硬件在功能上过于单一,无法应用至其它课程。

Author(s):
NI Academic Team -

学校概况

英国曼彻斯特大学成立于1824年,是一所公立的研究型大学,在大力推进高等教育和前沿科研的同时吸引并培养了大批优秀的学生。大学致力于为不同资质的学生提供独特的教育方式,在竞争激烈的英国学术环境中,这一点对于保持大学的优势地位至关重要。在英国,学生能力水平会直接影响整个大学的科研能力和质量。

根据2011年上海交通大学发布的世界大学排名,曼彻斯特大学全球排名第38位,全欧洲排名第6位。曼彻斯特大学的电子与电气工程学院(EEE)在2008年英国学术评鉴中位列第2名;在英国2011年全国学生问卷调查(NSS)中排名第1。学院为570多名本科学生提供的核心课程中,不仅包括全面深入的理论讲解,同时还通过基于项目的实践练习帮助学生为将来的科研和工作打好基础。

挑战

一年一度的NSS在整个英国范围内调查学生对于学位课程的满意程度。根据2009年的调查,电子与电气工程学院在“课程教学满意度”和“学习资源”类别下的得分非常低。这一年的NSS调查中,该学院在36所学院中的排名仅列第34位。

学院院长认识到如果满意度的得分无法提高,大学的整体地位将会下降。因此他召集了一批核心团队成员去获取学生、行业咨询委员会以及学术界同行的意见,找到症结所在,并提出了应对方案。

评估

经过该团队的研究发现,必须开设更多的实践环节才能提高学生的满意度。Danielle George博士是学院的资深讲师,主张学习过程中的亲身体验。她期望学生更多地在实验室中进行动手实践,而不是依赖计算机仿真;因为实验课更为生动,教学效果也更好。根据在不同环境下对于软硬件使用的开放式调查,该小组了解到全新的实验室练习需要以提高相关性和学生的理解程度为目的。由于要达到立竿见影的效果,而同时在空间、预算和时间上有一定的限制,所有新的教学平台都需要能够轻松适应现有的工具、课程和教师专业知识。

电子电路设计课程(一)是学生接触到的第一门实验性课程,George博士就从评估这门课程开始着手;获得160位学生的好评非常重要。George博士知道,该课程的成功经验是其它课程的风向标。因此她对于新的教学平台提出了三点要求:首先,软件必须能够有效地进行仿真,且不脱离书本理论;第二,学生需要直观的学习工具,从而不会偏离课程学习核心;最后,工具必须足够灵活,在其他课程中也能扩展使用。

解决方案

根据George博士的评估标准,她发现大部分的工具都不能满足她的需求。软件工具不是缺少和书本理论之间的关联,就是不能可视化呈现调整不同参数产生的效果,极大地削弱了仿真的有效性。硬件与软件不兼容,需要另费周折进行集成与学习,或是硬件在功能上过于单一,无法应用至其它课程。

George博士根据NI当地院校工程师的建议,对NI教学平台在电路教学中的应用进行了评估。该平台包括NI Multisim电路仿真软件和NI教学实验室虚拟仪器套件(NI ELVIS)硬件。她发现,Multisim使用起来非常直观,能够可视化呈现电路图,并快速过渡到NI ELVIS硬件上的真实电路设计、原型和测试,缩小理论和实验之间的差距。由于NI软硬件间的无缝集成,学生们在Multisim中就能完成SPICE电路仿真与NI ELVIS中真实数据的比较。

学生们可以使用NI ELVIS中的12个集成式软面板仪器,其中包括示波器、数字万用表和函数发生器,无需在工具间转换就能执行多项电路分析。NI ELVIS具有独特的优势,其集成式数据采集硬件可自定义设计,自带的面包板可替换成满足不同学科教学需求的20余个教学实验板,因此NI ELVIS可重复用于多门课程应用,包括测量、仪器和控制设计等。

在课堂上使用Multisim和NI ELVIS后不久,George博士就发现学生的参与度有了明显的提升。NI软硬件易上手,使学生初次接触实验课程就能够轻松适应,他们因此可以更专注于课堂理论的实践应用,而不是去学习如何使用这些工具。

NI教学平台在电子电路设计课程(一)中成功应用后,George博士与同事们合作,将Multisim和NI ELVIS引入到了更多的一年级课程中,包括数字系统设计、电路分析、电磁场、能源运输和转换。她还将NI LabVIEW图形化系统设计软件运用到实验室实践教学中,帮助学生在基础知识上进一步提升原型、设计以及构建完整应用的能力。LabVIEW支持对NI ELVIS进行自定义设计,为特定的应用自定义仪器。

NI教学解决方案基于NI倡导的图形化系统设计方法,因此拥有超出预期的优势:NI ELVIS、Multisim和LabVIEW的软硬件无缝兼容同样适用于其他的NI平台,如用于嵌入式监控的NI CompactRIO平台,以及用于射频和通信系统设计的NI USRP™(通用软件无线电外设)。因此,教师、学生和研究人员完全可以将在NI教学平台上的使用经验积累应用到高级课程、项目和研究所需的NI科研平台中。LabVIEW在各个行业内的广泛应用,也意味着学生对于NI平台使用经验的积累也可以服务于今后自己的职业生涯。

教学成果

短短一年之后,在2010年度的全国学生普查中,全院的努力取得了极大的回报,实验室的教学效果有了巨大的转变:学生满意度整体得分从原先的67%大幅度提升至98%。教学满意度从74%提高至96%,而学习资源满意度从78%提高到95%。该结果表明,可以在大一全年以及更多的高级课程中继续使用NI教学平台。该调查结果在第二年也依旧保持高分,2011年整体NSS满意度评分达到了96%。

展望

George博士和她的学院同事将继续在整个大学本科课程中使用NI教学平台,加强实践课程环节,包括电子电路设计(二)、传感与成像、数字图像与信号处理、高级控制与系统,甚至在硕士课程中也计划引入了NI教学解决方案。2011年,学院为所有大一新生提供了NI myDAQ硬件设备,供他们在整个大学期间随时随地使用。NI myDAQ集成了便携式仪器和数据采集设备的功能,基于与NI ELVIS相同的技术,便于学生在任何时间任何地方进行动手实践,增加他们实际动手实践的机会和时间。2012年,学院开设了一门专门教授LabVIEW最佳实践的课程,成为了一所“LabVIEW院校”。学生完成课程学习之后可以参加LabVIEW助理开发工程师(CLAD)考试。学院计划继续将LabVIEW和NI平台扩展运用至射频及通信领域,并进一步使用图形化系统设计方法,在未来吸引和培养更多的优秀学生。

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NI Academic Team

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