基于LabVIEW的自動控制原理實驗教學(xué)改革的思考

熊姍霞　蘇韜

摘 要：基于LabVIEW平臺的實驗教學(xué)改革，有助于提高電氣自動化專業(yè)學(xué)生的工程實踐能力，更好地理解和掌握自動控制原理課程的主要知識點，不斷強化其獨立思考能力和創(chuàng)新意識，因而值得各高校在自動控制原理課程教學(xué)中普遍推廣。

關(guān)鍵詞：LabVIEW；自動控制原理；實驗教學(xué)改革

自動控制原理是一門面向技術(shù)應(yīng)用型大學(xué)電氣自動化專業(yè)的支撐課程，實踐性教學(xué)則是該課程教學(xué)不可或缺的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和創(chuàng)新能力的重要途徑。隨著該專業(yè)本科畢業(yè)生數(shù)量的增多，沒有實踐經(jīng)驗和創(chuàng)新意識的畢業(yè)生在就業(yè)競爭中往往處于不利地位。因此，加強自動控制原理課程實驗教學(xué)，不斷推進實驗教學(xué)的改革創(chuàng)新，努力培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，是提高學(xué)生專業(yè)競爭力的必然之舉。而基于LabVIEW的自動控制原理實驗教學(xué)，體現(xiàn)了本專業(yè)學(xué)科的基礎(chǔ)性、前沿性和時代性，積極推進基于LabVIEW的自動控制原理實驗教學(xué)改革，不僅能增強學(xué)生對本課程知識點的理解，還有助于培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考及動手能力，能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。

1 基于LabVIEW的自動控制原理實驗教學(xué)改革的意義

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench，實驗室虛擬儀器工程平臺）是美國國家儀器公司所開發(fā)的圖形化程序編譯平臺，其發(fā)明者為杰夫·考度斯基（Jeff Kodosky）。早期的LabVIEW是為了實現(xiàn)儀器自動控制所設(shè)計，而今它轉(zhuǎn)變成為一種比較成熟的高級編程語言。LabVIEW的圖形化程序有別于傳統(tǒng)編程語言，它采用“數(shù)據(jù)流”概念，打破了傳統(tǒng)思維模式，使程序設(shè)計者能在流程圖構(gòu)思完畢同時也完成程序的撰寫?！痘贚abVIEW的自動控制原理實驗教程》則將現(xiàn)有實驗?zāi)Ｊ郊绑w系進行充實和更新，把虛擬儀器概念引入實驗教學(xué)改革之中，利用LabVIEW軟件實現(xiàn)對創(chuàng)新性實驗的設(shè)計，以便培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力、創(chuàng)新能力和工程能力?；贚abVIEW平臺的實驗教學(xué)改革意義主要體現(xiàn)在：

（1）改革后的實驗教程內(nèi)容安排上遵循由簡到難、循序漸進的原則；實驗環(huán)節(jié)設(shè)計上分為驗證性、設(shè)計性和綜合性三種類型；實驗單元設(shè)計成多種類、多類型。除了完成必要的基礎(chǔ)性實驗之外，學(xué)生可以根據(jù)自身興趣和需要選擇創(chuàng)新和設(shè)計性實驗，從而為以后從事研發(fā)類工作打下堅實基礎(chǔ)。

（2）將LabVIEW引入教學(xué)與實驗中，為提高課程教學(xué)質(zhì)量提供了新思路。將LabVIEW平臺運用于電氣自動化教學(xué)實踐，開設(shè)創(chuàng)新性實驗，不僅有利于增強學(xué)生對專業(yè)知識點的理解，更有利于培養(yǎng)學(xué)生獨立思考習(xí)慣，增強其創(chuàng)新意識和動手能力。

（3）針對自動控制原理課程中知識點多、理論性強、概念抽象等特點，利用仿真軟件等進行實驗教學(xué)，可以鍛煉學(xué)生的工程實踐能力，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2 基于LabVIEW的自動控制原理實驗教學(xué)改革的基本思路

自動控制原理課程的難點在于其理論性強、概念抽象、分析工具復(fù)雜，且與數(shù)學(xué)聯(lián)系緊密，與實踐聯(lián)系密切，專業(yè)發(fā)展速度快。學(xué)生對新知識的理解，僅通過課堂講解很難完全掌握，因此必須通過實踐教學(xué)這一環(huán)節(jié)，增強學(xué)生對相關(guān)知識的感性認(rèn)識。采用LabVIEW平臺來加強自動控制原理的實驗教學(xué)改革，有利于把握本課程經(jīng)典體系與現(xiàn)代內(nèi)容，融基礎(chǔ)性與先進性于一體，適應(yīng)現(xiàn)代控制理論快速發(fā)展的時代要求。那么，在教學(xué)改革中，我們可按照這樣的方式進行：

一是在理論教學(xué)上圍繞“系統(tǒng)分析和設(shè)計”這條主線進行，使學(xué)生能對本課程基本概念有完整清晰的理解。同時依據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)特點，對自動控制課程的內(nèi)容進行重新整合，適時把一些新的教學(xué)內(nèi)容和應(yīng)用實例融合到教學(xué)內(nèi)容中，體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)性、科學(xué)性和前沿性。

二是緊密結(jié)合“自動控制原理”課程基本內(nèi)容，將LabVIEW作為實驗教學(xué)基本平臺，設(shè)計多樣化的實驗單元，兼顧“自動控制原理實驗”作為一門獨立實驗課在知識上的獨立性和完整性，以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、分析問題和解決問題的能力為目的。

三是注重實驗教學(xué)與“自動控制原理”課程配套，使實驗基本涵蓋自動控制原理的主要知識單元。實驗內(nèi)容由簡到難，按驗證性、設(shè)計性和綜合性三個環(huán)節(jié)設(shè)計多類型實驗單元，供不同層次的學(xué)生根據(jù)自身條件進行選擇。

四是嘗試在教學(xué)內(nèi)容、課堂教學(xué)方法、作業(yè)、實驗、網(wǎng)絡(luò)資源、考核評價等方面進行多路改進，把好教材關(guān)，精選教學(xué)內(nèi)容；注重結(jié)論應(yīng)用，推廣簡單方法；將仿真軟件引入教學(xué)與實驗中，在教學(xué)手段上大膽創(chuàng)新。

3 基于LabVIEW的自動控制原理實驗教學(xué)改革的推廣價值

自動控制原理對學(xué)生的定性分析能力、定量估算能力、綜合運用能力、數(shù)形結(jié)合能力都有一定的要求，需具有扎實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中經(jīng)常產(chǎn)生畏難情緒，從而影響學(xué)習(xí)效果。而LabVIEW是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言，它所提供的很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。用圖標(biāo)和連線可以通過編程對用戶界面上的對象進行控制，這種程序框圖代碼簡潔直觀，但它有強大的數(shù)據(jù)處理功能，可以方便地定義和制造各種虛擬儀器，而且其圖形化的界面使得編程及使用過程比傳統(tǒng)匯編語言更生動有趣，更易于為學(xué)生所接受。將LabVIEW引入實驗教學(xué)中，為我們提高教學(xué)質(zhì)量提供新的思路。

由于LabVIEW具有多種數(shù)學(xué)運算函數(shù)，在從事機電設(shè)備設(shè)計之前，我們可以用利用LabVIEW平臺搭建仿真模型，以虛擬現(xiàn)實方法驗證設(shè)計的合理性，同時發(fā)現(xiàn)存在的不足，尋找可能出現(xiàn)的問題。這種軟件模擬方法可以達到真實實驗的效果，能節(jié)省大量資源，避免可能發(fā)生的危險，且可以反復(fù)進行模擬、仿真和原型設(shè)計等工作。這對于學(xué)生將來從事相關(guān)研發(fā)工作，能積累很堅實的實踐經(jīng)驗。

目前很多高校開設(shè)有自動控制原理實驗課程，但大多都是對基本理論的驗證和復(fù)現(xiàn)，無法體現(xiàn)不同專業(yè)、不同工程背景的需要，很難培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力。采用基于LabVIEW的自動控制原理實驗教學(xué)改革方案，將現(xiàn)有的實驗?zāi)Ｊ郊绑w系進行研究、充實和更新，將虛擬儀器的概念引入教程的改革當(dāng)中，利用LabVIEW軟件實現(xiàn)對創(chuàng)新性實驗的設(shè)計，注重對學(xué)生綜合實踐能力、創(chuàng)新能力和工程能力的培養(yǎng)，可以加強學(xué)生工程綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)，拓寬學(xué)生的知識面，為他們適應(yīng)時代發(fā)展奠定良好專業(yè)基礎(chǔ)。因而，基于LabVIEW的實驗教學(xué)改革思路具有很高的推廣價值，值得開設(shè)自動控制原理課程的高校在實踐教學(xué)中廣泛應(yīng)用。

參考文獻

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作者簡介：熊姍霞（1988-），女，湖北荊門人，碩士學(xué)歷，研究方向：自控設(shè)備與精密檢測技術(shù)。