论如何开展虚拟仪器技术的课程教学

论如何开展虚拟仪器技术的课程教学

于广艳

哈尔滨石油学院信息工程学院   黑龙江省哈尔滨市   150027

摘要：虚拟仪器技术的概念由美国NI(National Instru‐ments）公司所独创，明确提出了“软件就是仪器”的设计理念，并在1986年推出了一款图形化编程软件LabVIEW。NI开放的图形化软件和模块化硬件，帮助工程师革命性地改变了整个产品的设计周期中的工作方式。随着LabVIEW的日益发达，其使用范畴也早已经涵盖了工业自动化、监测计量、图像处理、嵌入式应用、运动控制技术、计算机模拟仿真等领域，并已经成为众多院校、企业和研究所科学研发的重要手段。

关键词：虚拟仪器；课程；教学

1 虚拟仪器课程的定位

虚拟仪器是仪器类专业必修的专业拓展课，其是电工电子测量技术发展的重要趋势，在传统仪器的基础上，将传统仪器硬件与最新计算机软件技术充分结合，在智能化程度、处理能力、性能价格比、可操作性等方面具有明显的技术优势。在虚拟仪器课程开设时的课程最初定位是通过本课程的学习，使得学生初步建立虚拟仪器的概念，学习并掌握图形编程开发环境LabVIEW，基于虚拟仪器技术的仪器系统开发设计方法。通过上机编程，使学生掌握以LabVIEW为平台的测试、测量及实验系统的开发方法和编程技巧。但是这种课程定位以软件使用以及软件编程为重点，对于数据采集系统的概念以及搭建方式强调不足，会造成虚拟仪器课程以LabVIEW软件应用为主题，以软件界面设计为关键，对于工科学生的软硬件协同创新关注不足。

因此建议虚拟课程定位应以市场需求以及市场应用为导向，如波音公司开发噪声测量与定位系统，使用定相的麦克风阵列分布在飞机跑道上用来测试机身飞过时的噪声源定位，DELTA公司基于NI PXI台，实现了风力涡轮机的噪声测量系统，Microsoft借助NI  LabVIEW和PXI模块化仪器,开发针对Xbox 360控制器的生产测试系统，目前虚拟仪器的应用已经广泛涉及消费电子、航空航天、汽车、通讯、半导体、医药等领域。因此，如何结合市场应用以及工科多学科融合特色设置课程定位是进行教学工作的重要前提。建议课程定位应重点覆盖以下内容：（1）掌握仪器类软面板的设计思路及方法。LabVIEW的软面板应重点强调仪器类软面板的设计方法与思路，与Python\C等语言类的特点进行区分，强调其与硬件融合时G语言设计的方式方法，例如熟悉波形图和波形图表等控件特点，与传统仪器的功能进行类比。（2）理解并能够构建以软件为核心的数据采集系统。虚拟仪器在工科专业开设，应重点体会数据的采集、处理、显示以及存储的整套流程，以辐射所学的模拟电路、数字电路、智能仪器等课程，实现新工科建设下，单一课程学习基础上与其他课程知识的融会贯通。

2开展虚拟仪器技术的课程教学的策略

2.1虚拟仪器技术在“模拟电子”实验中的应用

“模拟电子”是电子技术专业开始的一门基础课程，是打开电子世界的一门启蒙性的课程，课程涉及二极管特性、三极管特性、场效应管特性、运算放大器的应用、信号的产生、滤波和功率放大等内容。对于初学者，如果仅靠理论学习，难度相对很大，同时，也会打击学生学习的积极性，产生对专业的抵触情绪，不利于学生的专业培养和发展。所以，在教学过程中必须引入各种实验，将晦涩的理论知识用简单易懂的实验现象来体现，增加了课程的趣味性，也极大地帮助了同学们理解知识、运用知识。

为了达到这种教学效果，必须让每位同学参与实验当中，并能够主导实验过程。如果学校实验室不能提供足够的设备，我们可以借助虚拟仪器平台来完成。比如在“单管放大电路实验”中，按照传统实验方法，我们需要准备多种实验设备，包括万用表、可调电源、信号发生器和示波器；而如果借用虚拟仪器平台，我们完全可以依靠虚拟仪器的软件开发平台LabVIEW中提供的12种设备的驱动程序来进行试验，通过LabVIEW将万用表、可调电源、信号发生器和示波器设备的控制界面调出，然后按照电压、幅值、频率等各项要求进行设置。这样做完全不用为每位同学分发这四种设备，仅仅为每位同学提供一台计算机和一个虚拟实验平台就可以完成实验。

2.2提升课后学习要求，增强学生自主学习动力

在当前全力实施的工程教育专业认证模式下，传统教学模式下必修课程的学时均缩小，提升学生自身探索、刻苦钻研的空间和时间。“虚拟仪器技术”课程包含内容较多，彻底借助教学过程没法保证质量做到预想的学习效果，因而，必须在教学前提下开展课下拓展、加强学习，针对这个知识点，不仅需要防止全部由学生盲目跟风挑选，也要考虑每一个学生的认知速度情况不同，必须教师搞好实际整体规划，一节课都明确提出课下学习要求，充分发挥线上教学平台的功效，给予丰富多样的学习材料，联系实际实例，与课堂教学相互配合，将课程对学生探索、自主创新能力的提升切实落实。学生必须通过查看推荐的书籍，收看微课，融合探讨进行课外作业并汇总学习中及课下遇到的困难和解决方案。课程组每周都会分配教师值勤，与学生进行线上及线下答疑解惑沟通交流，协助学生课下学习培训，独立思考。创建技术专业袋子实验室，配备myDAQ数据采集卡，能够进行手机软件内置仪器测量、声频信号分析、数字信号和数据信号检测等实验，达到学生对信号检测、解决及导出全过程的实验要求，同时结合感应器及单片机设计一同创建综合性开放实验室，有利于学生在现有的实验前提下开展改善和改进，参照案例及比赛著作，试着探究式、创新能力设计方案。学生依据自己喜欢的具体内容，3人一组，进一步展开探讨与研究，产生念头时与教师沟通交流，确立设计，在综合性课程设计周完成设计，编写设计报告，制做PPT解读设计流程，展现成效。那样推动学生在课下再次思索，灵活运用实验服务平台，在解决问题全过程中提高学生学习满足感，有益于提高主动学习驱动力，产生优良的学习气氛。

2.3 做、讲、写多角度考核能力

针对实际的应用型人才，要求其具备项目实践、项目讲解以及项目文档写作能力等，在实际的常规实验课程环节中，通常是以锻炼学生的动手能力为主，但在实际的项目中，文档规范、项目验收讲述等同样重要，为此，在实验过程中增强过程考核，培养学生们的实际动手能力，项目内容讲述以及项目文档撰写能力，从多种角度加强综合型人才的培养，如讲述项目的背景，项目的方案、项目的调试过程以及最终结果的演示等，并对文档的规范性进行考核。以此从做、讲、写多角度考核学生们的能力。

3结语

虚拟仪器以LabVIEW语言为基础，通过软件前面板设计实现仪器的灵活设计以及优化，目前在航空航天、消费电子、工业过程等领域具有重要的市场需求以及应用前景。该课程是仪器类、电子信息类等专业的一门重要专业课程，以培养仪器设计与实现工程人才为目标，在具体教学过程中，设计虚拟仪器课程教学方案，通过合理的措施提升教学效果。

参考文献：

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[2]刘伟玲,肖艳军,徐晓明,高楠,周围.基于提高达成效果的虚拟仪器课程教学改革[J].科技视界,2020(04):58-60.

[3]马建晓,李果.基于项目学习的虚拟仪器课程教学模式探索[J].教育现代化,2020,7(06):124-126.