基于LabVIEW的自動控制原理實驗教學改革的思考

熊姍霞　蘇韜

摘 要：基于LabVIEW平臺的實驗教學改革，有助于提高電氣自動化專業學生的工程實踐能力，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新意識，因而值得各高校在自動控制原理課程教學中普遍推廣。

關鍵詞：LabVIEW；自動控制原理；實驗教學改革

自動控制原理是一門面向技術應用型大學電氣自動化專業的支撐課程，實踐性教學則是該課程教學不可或缺的重要環節，是培養學生獨立思考和創新能力的重要途徑。隨著該專業本科畢業生數量的增多，沒有實踐經驗和創新意識的畢業生在就業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，不斷推進實驗教學的改革創新，努力培養學生的工程實踐能力，是提高學生專業競爭力的必然之舉。而基于LabVIEW的自動控制原理實驗教學，體現了本專業學科的基礎性、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改革，不僅能增強學生對本課程知識點的理解，還有助于培養學生的獨立思考及動手能力，能充分調動學生的學習積極性，變被動學習為主動學習。

1 基于LabVIEW的自動控制原理實驗教學改革的意義

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的圖形化程序編譯平臺，其發明者為杰夫·考度斯基（Jeff Kodosky）。早期的LabVIEW是為了實現儀器自動控制所設計，而今它轉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編程語言，它采用“數據流”概念，打破了傳統思維模式，使程序設計者能在流程圖構思完畢同時也完成程序的撰寫。《基于LabVIEW的自動控制原理實驗教程》則將現有實驗模式及體系進行充實和更新，把虛擬儀器概念引入實驗教學改革之中，利用LabVIEW軟件實現對創新性實驗的設計，以便培養學生的綜合實踐能力、創新能力和工程能力。基于LabVIEW平臺的實驗教學改革意義主要體現在：

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

（2）將LabVIEW引入教學與實驗中，為提高課程教學質量提供了新思路。將LabVIEW平臺運用于電氣自動化教學實踐，開設創新性實驗，不僅有利于增強學生對專業知識點的理解，更有利于培養學生獨立思考習慣，增強其創新意識和動手能力。

（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，可以鍛煉學生的工程實踐能力，提高學生分析問題和解決問題的能力，大大提高學生學習的積極性。

2 基于LabVIEW的自動控制原理實驗教學改革的基本思路

自動控制原理課程的難點在于其理論性強、概念抽象、分析工具復雜，且與數學聯系緊密，與實踐聯系密切，專業發展速度快。學生對新知識的理解，僅通過課堂講解很難完全掌握，因此必須通過實踐教學這一環節，增強學生對相關知識的感性認識。采用LabVIEW平臺來加強自動控制原理的實驗教學改革，有利于把握本課程經典體系與現代內容，融基礎性與先進性于一體，適應現代控制理論快速發展的時代要求。那么，在教學改革中，我們可按照這樣的方式進行：

一是在理論教學上圍繞“系統分析和設計”這條主線進行，使學生能對本課程基本概念有完整清晰的理解。同時依據培養目標和專業特點，對自動控制課程的內容進行重新整合，適時把一些新的教學內容和應用實例融合到教學內容中，體現教學內容基礎性、科學性和前沿性。

二是緊密結合“自動控制原理”課程基本內容，將LabVIEW作為實驗教學基本平臺，設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，以提高學生的創新能力、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。實驗內容由簡到難，按驗證性、設計性和綜合性三個環節設計多類型實驗單元，供不同層次的學生根據自身條件進行選擇。

四是嘗試在教學內容、課堂教學方法、作業、實驗、網絡資源、考核評價等方面進行多路改進，把好教材關，精選教學內容；注重結論應用，推廣簡單方法；將仿真軟件引入教學與實驗中，在教學手段上大膽創新。

3 基于LabVIEW的自動控制原理實驗教學改革的推廣價值

自動控制原理對學生的定性分析能力、定量估算能力、綜合運用能力、數形結合能力都有一定的要求，需具有扎實的數學基礎，學生在學習過程中經常產生畏難情緒，從而影響學習效果。而LabVIEW是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言，它所提供的很多外觀與傳統儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創建用戶界面。用圖標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，但它有強大的數據處理功能，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匯編語言更生動有趣，更易于為學生所接受。將LabVIEW引入實驗教學中，為我們提高教學質量提供新的思路。

由于LabVIEW具有多種數學運算函數，在從事機電設備設計之前，我們可以用利用LabVIEW平臺搭建仿真模型，以虛擬現實方法驗證設計的合理性，同時發現存在的不足，尋找可能出現的問題。這種軟件模擬方法可以達到真實實驗的效果，能節省大量資源，避免可能發生的危險，且可以反復進行模擬、仿真和原型設計等工作。這對于學生將來從事相關研發工作，能積累很堅實的實踐經驗。

目前很多高校開設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現，無法體現不同專業、不同工程背景的需要，很難培養學生的工程實踐能力。采用基于LabVIEW的自動控制原理實驗教學改革方案，將現有的實驗模式及體系進行研究、充實和更新，將虛擬儀器的概念引入教程的改革當中，利用LabVIEW軟件實現對創新性實驗的設計，注重對學生綜合實踐能力、創新能力和工程能力的培養，可以加強學生工程綜合應用能力的培養，拓寬學生的知識面，為他們適應時代發展奠定良好專業基礎。因而，基于LabVIEW的實驗教學改革思路具有很高的推廣價值，值得開設自動控制原理課程的高校在實踐教學中廣泛應用。

參考文獻

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[2]林靜，林振宇，鄭福仁.LabVIEW虛擬儀器程序設計從入門到精通[M].人民郵電出版社，2010.

[3]阮奇楨.我和LabVIEW——一個NI工程師的十年編程經驗[M].北京航空航天大學出版社，2009.

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