電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程引入虛擬技術(shù)的教學(xué)改革

摘要: 本文介紹了虛擬儀器技術(shù)和傳統(tǒng)電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，闡述了引入虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)和實(shí)施方案，對(duì)改善實(shí)驗(yàn)條件、降低實(shí)驗(yàn)成本，提高課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)水平和質(zhì)量起著重要作用。

關(guān)鍵詞: 電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程 虛擬儀器技術(shù) 教學(xué)改革

1.引言

教學(xué)現(xiàn)代化包括教學(xué)理念與方法的現(xiàn)代化、教學(xué)內(nèi)容和體系的現(xiàn)代化、教學(xué)資源的現(xiàn)代化諸多方面。眾多高校由于教學(xué)經(jīng)費(fèi)投入不足，教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新緩慢，現(xiàn)代化教學(xué)手段得不到廣泛應(yīng)用。同時(shí)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中設(shè)備投入大，而資源共享性、擴(kuò)展性差、設(shè)備完好率低，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施力度明顯削弱，教學(xué)質(zhì)量有所下降，這些矛盾在應(yīng)用型本科教育中日益顯現(xiàn)。

電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程是電子、電氣、通信、計(jì)算機(jī)、機(jī)械、控制等多學(xué)科多專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐課程，具有理論性強(qiáng)、技術(shù)性強(qiáng)、綜合性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)、發(fā)展速度快、應(yīng)用領(lǐng)域廣等特點(diǎn)。學(xué)生對(duì)該課程內(nèi)容掌握的程度直接影響其專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和專業(yè)技能提高，影響其實(shí)踐工作能力和知識(shí)再生能力的培養(yǎng)，關(guān)系到人才培養(yǎng)的質(zhì)量，所以，我們必須探索行之有效的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革方案。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在電子技術(shù)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入虛擬儀器技術(shù)已成為高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的發(fā)展趨勢(shì)。

2.虛擬儀器技術(shù)簡(jiǎn)介

虛擬儀器(Virtual Instrument，簡(jiǎn)稱VI)是儀器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物。它利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。它基于計(jì)算機(jī)的軟硬件測(cè)試平臺(tái)，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)量?jī)x器，如示波器、信號(hào)發(fā)生器、頻譜分析儀等;可集成于自動(dòng)控制、工業(yè)控制系統(tǒng);可自由構(gòu)建成專有儀器系統(tǒng)。用戶可以方便地對(duì)儀器進(jìn)行維護(hù)和擴(kuò)展，大大節(jié)約成本和研究、調(diào)試時(shí)間。虛擬儀器技術(shù)已成為現(xiàn)代測(cè)試測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

虛擬儀器不同于其他EDA軟件，如Protel、EWB等。Protel主要作為印刷板自動(dòng)布線工具使用，還具有電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號(hào)仿真、多層印刷電路板設(shè)計(jì)、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖表生成等功能;EWB主要是對(duì)設(shè)計(jì)好的原理電路進(jìn)行參數(shù)和波形的測(cè)試，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真。[1]而虛擬儀器則是利用PC機(jī)的顯示器顯示模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，通過(guò)對(duì)虛擬面板的操作以多種形式表達(dá)輸出檢測(cè)結(jié)果，利用軟件功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析、處理，[2]從而代替實(shí)際實(shí)驗(yàn)中的各種儀器儀表，可直接對(duì)實(shí)際電路進(jìn)行測(cè)量、測(cè)試、控制和處理。

3.傳統(tǒng)的電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題

目前大多數(shù)高校采用的傳統(tǒng)電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在很多問(wèn)題。[3]

3.1傳統(tǒng)儀器和實(shí)驗(yàn)箱的功能固定，擴(kuò)展性差，只能開設(shè)某些固定的實(shí)驗(yàn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源共享。

3.2做一個(gè)實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備繁多，操作和管理不易，且維修和檢查不方便，返修率較高，設(shè)備完好率低，嚴(yán)重影響了正常的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)的開展。

3.3學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)完全是被動(dòng)操作，缺乏主動(dòng)性，興趣不高。

3.4實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要滿足于課程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，對(duì)于綜合課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、學(xué)生電子科技制作等創(chuàng)新設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)無(wú)法兼顧。

3.5很難建立開放性實(shí)驗(yàn)室。從目前情況看，如要建立開放性實(shí)驗(yàn)室，牽涉的實(shí)驗(yàn)室很多，師資力量有限，設(shè)備的維護(hù)和管理很難到位。

3.6由于眾多高校資金缺乏，設(shè)備的更新?lián)Q代緩慢，很難跟上科技發(fā)展的腳步。

4.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程引入虛擬儀器技術(shù)教學(xué)改革實(shí)施方案

4.1虛擬儀器技術(shù)用于電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革的意義及優(yōu)勢(shì)

電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)信息量大，我們必須有針對(duì)性地組織教學(xué)內(nèi)容體系，適應(yīng)不同的學(xué)科和專業(yè)，科學(xué)合理安排教學(xué)內(nèi)容，突出重點(diǎn)難點(diǎn);改變現(xiàn)有的教育觀念、模式和方法。虛擬儀器設(shè)計(jì)已成為測(cè)試和儀器技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向，代表著世界先進(jìn)的教學(xué)方法和理念，將先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建虛擬儀器的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，在以培養(yǎng)高素質(zhì)高科技人才的大學(xué)是勢(shì)在必行的。

將虛擬儀器與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，可改善實(shí)驗(yàn)條件、降低實(shí)驗(yàn)成本、提高課堂教學(xué)效果和實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平和質(zhì)量;同時(shí)其擴(kuò)展性強(qiáng)，可根據(jù)課程的需要開設(shè)創(chuàng)新性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和研究興趣，為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)際動(dòng)手能力提供了廣闊的平臺(tái)，是高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的發(fā)展方向。

4.2構(gòu)建基于虛擬儀器技術(shù)的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)平臺(tái)方案

將虛擬儀器用于電子技術(shù)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，需要分階段、分步驟地完成，具體而言，大致分為以下幾個(gè)步驟:

4.2.1利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室條件(如EDA機(jī)房)，購(gòu)買必備的軟件和硬件接口，建立虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室的軟硬件平臺(tái)。

4.2.2開設(shè)虛擬儀器技術(shù)課程，培養(yǎng)學(xué)生掌握相關(guān)的編程方法和技術(shù)。

4.2.3教師利用虛擬儀器軟件進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)信號(hào)源、示波器、電壓表、頻譜儀、計(jì)數(shù)器及邏輯分析儀等多種儀器的功能，另外這些軟件功能模塊必須能夠共享。

4.2.4以部分實(shí)驗(yàn)課程為試點(diǎn)，如模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、高頻電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)等。將傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課逐步轉(zhuǎn)化為虛擬儀器實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，可省去多種復(fù)雜設(shè)備，節(jié)約空間和時(shí)間，降低成本，有效地解決實(shí)驗(yàn)室管理和維護(hù)的難題，同時(shí)能提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備利用率，彌補(bǔ)設(shè)備不足、資金短缺等缺點(diǎn)，從而切實(shí)改善實(shí)驗(yàn)條件。

4.2.5鼓勵(lì)學(xué)生自己開展綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)開發(fā)，將所學(xué)各門專業(yè)知識(shí)與實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、電子設(shè)計(jì)大賽等環(huán)節(jié)相結(jié)合，構(gòu)建綜合性虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。學(xué)生還可根據(jù)工程實(shí)踐的需要，進(jìn)行二次開發(fā)。這有利于學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性，增加學(xué)習(xí)興趣，提高設(shè)計(jì)、分析、解決問(wèn)題的能力。

4.2.6如有條件，教師可建立開放性虛擬實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，[4]實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)。學(xué)生和教師通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行交互，完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，開展學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)活動(dòng)，能提高學(xué)生的設(shè)計(jì)、動(dòng)手能力，改進(jìn)教學(xué)方

法和手段，提高教學(xué)質(zhì)量，真正培養(yǎng)出新一代創(chuàng)新型、復(fù)合型人才。

5.結(jié)語(yǔ)

把虛擬儀器技術(shù)引入電子技術(shù)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)現(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行脫胎換骨式改革，可以有效克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的弊端，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和社會(huì)適應(yīng)能力，提高教育教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)能改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，降低運(yùn)行成本，可更合理地配置教育資源，有效地解決資金投入與人才培養(yǎng)間的矛盾，更好地適應(yīng)現(xiàn)代教育的發(fā)展要求，真正培養(yǎng)出高素質(zhì)的創(chuàng)新型、復(fù)合型人才。

參考文獻(xiàn):

[1]雷雨，李茜.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)與EDA教學(xué)相結(jié)合的探討.高等教育研究，2006，(2):42-43.

[2]劉君華.虛擬儀器圖形化編程語(yǔ)言LabVIEW教程.西安:西安電子科技出版社，2003.

[3]田貴超，黎明，羅更生.虛擬儀器技術(shù)及其在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用.儀器儀表用戶，2006，(3):148-149.

[4]張新.虛擬儀器在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用.儀器儀表用戶，2007，(4):67-68.

課題項(xiàng)目:2007年江西省普通高校教學(xué)研究課題，項(xiàng)目編號(hào):JXJG-O7-18-14