基于虛擬儀器技術(shù)的項(xiàng)目教學(xué)法在《電子測量與儀器》實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

李溪冰 本溪市機(jī)電工程學(xué)校 117009

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基于虛擬儀器技術(shù)的項(xiàng)目教學(xué)法在《電子測量與儀器》實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

李溪冰 本溪市機(jī)電工程學(xué)校 117009

【文章摘要】

目前高職教育中《電子測量與儀器》課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在諸多不足，如實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段單一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目缺乏創(chuàng)新、與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系不密切等，很難適應(yīng)現(xiàn)代化企業(yè)對電子人才的要求，因此本文討論了基于虛擬技術(shù)的項(xiàng)目教學(xué)法在電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的必要性，并給出了一套全新的《電子測量與儀器》項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。

【關(guān)鍵詞】

電子測量與儀器；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；虛擬技術(shù)；項(xiàng)目教學(xué)法

引言

《電子測量與儀器》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程主要都是關(guān)于各類電子測量儀器及系統(tǒng)的工作原理與應(yīng)用，內(nèi)容比較枯燥乏味，難懂不易理解，且其實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程都是由老師確定好實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)器材元件，學(xué)生只需按照老師的要求按部就班的做下去即可，學(xué)生能動(dòng)性發(fā)揮有限，缺乏思考和探索，很難培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求的電子人才，因此對《電子測量與儀器》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行教學(xué)方法的創(chuàng)新勢在必行。

項(xiàng)目教學(xué)法是以工程實(shí)踐需要為導(dǎo)向，通過老師的引導(dǎo)，主要由學(xué)生們確定項(xiàng)目且能獨(dú)立的完成預(yù)定“項(xiàng)目工作”的學(xué)習(xí)方式；虛擬儀器技術(shù)是新型電子測試技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，其利用了計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的硬件平臺，強(qiáng)調(diào)“軟件就是儀器”的理念，且建立虛擬電子實(shí)驗(yàn)室一方面可明顯的減少實(shí)驗(yàn)設(shè)備的投資費(fèi)用，另一方面符合當(dāng)下互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代的學(xué)習(xí)模式，有利于提高教學(xué)質(zhì)量，是對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的輔助性補(bǔ)充。本文把虛擬儀器技術(shù)與項(xiàng)目教學(xué)法有機(jī)的結(jié)合，通過把實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程設(shè)計(jì)成若干個(gè)項(xiàng)目，由老師的引導(dǎo)，學(xué)生們自主的確定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過完成項(xiàng)目來獲得技能知識。

1　虛擬儀器技術(shù)概述

虛擬儀器技術(shù)經(jīng)過30多年的高速發(fā)展，在電子測試及儀器儀表設(shè)計(jì)領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用，作為一種新型的電子測試技術(shù)，其設(shè)計(jì)理念、功能定位和組成結(jié)構(gòu)都發(fā)生革命性的變化；從組成上而言，虛擬儀器就是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過相應(yīng)的測試功能卡和軟件來實(shí)現(xiàn)測量的，實(shí)質(zhì)上就是具有電子測量儀器功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，“軟件就是儀器”是其核心理念，通過軟件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)被測量的采集、分析處理、顯示、存儲(chǔ)及傳輸；從使用上而言，虛擬儀器利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大的顯示功能，建立界面友好的虛擬儀器軟面板，用戶可通過圖形界面（GUI）和圖形化編程語言來控制儀器的運(yùn)行，操作方便，可極大地提高工作效率和質(zhì)量。它相比傳統(tǒng)電子測量儀器，具有以下有點(diǎn)：

（1）功能多、性能指標(biāo)好、性價(jià)比高，虛擬儀器能突破傳統(tǒng)儀器在被測量的分析處理、顯示、存儲(chǔ)和傳輸?shù)确矫娴南拗疲夹g(shù)更新周期快，開發(fā)和維護(hù)的成本低。

（2）軟件的高度開放性和靈活性，用戶可自定義儀器功能，可擴(kuò)充性好，并與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展保持同步，方便構(gòu)建自動(dòng)測試系統(tǒng)（ATS），實(shí)現(xiàn)測試和控制過程的網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)據(jù)分析處理的實(shí)時(shí)性和全面性。

（3）硬件的模塊化、系列化，提高了儀器之間資源的可重復(fù)利用率，減少虛擬儀器系統(tǒng)的構(gòu)建時(shí)間，可以節(jié)省儀器設(shè)備投資費(fèi)用，提高管理工作水平，規(guī)范測量。

2　基于虛擬儀器技術(shù)的項(xiàng)目教學(xué)法

筆者結(jié)合自身的多年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以徐潔主編的《電子測量與儀器》為參考，提出了基于虛擬儀器技術(shù)的項(xiàng)目教學(xué)法的改革方式，把實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程中的內(nèi)容項(xiàng)目化，設(shè)計(jì)出硬件電路和軟件系統(tǒng)，共設(shè)計(jì)出了“基本信號參數(shù)的測量”、“示波測試與儀器”、“頻率和時(shí)間測量與儀器”、“信號發(fā)生器與儀器”、“集中參數(shù)元件的測量”、“虛擬仿真與智能技術(shù)”等六個(gè)項(xiàng)目，項(xiàng)目中的內(nèi)容設(shè)計(jì)全面，重點(diǎn)突出，可操作行強(qiáng)，理論與實(shí)踐聯(lián)系緊密。

2.1虛擬儀器的構(gòu)建

虛擬儀器通常包含三大部分由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、硬件電路和軟件系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中常用的虛擬儀器構(gòu)建的方法有兩種［5］：1、把現(xiàn)有的傳統(tǒng)儀器硬件通過儀器借口與計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)結(jié)合起來的設(shè)計(jì)，以擴(kuò)展現(xiàn)有儀器的功能；2、設(shè)計(jì)信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集電路，通過串口與計(jì)算機(jī)軟件相連接。虛擬儀器技術(shù)在一定程度上緩解了實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的不足，利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算能力和靈活的軟件技術(shù)，在有限的硬件的基礎(chǔ)上，學(xué)生也可以自行設(shè)計(jì)出符合需要的完全不同的各種儀器，這也是一種有效的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和動(dòng)手設(shè)計(jì)能力方式。

2.2實(shí)施項(xiàng)目教學(xué)

首先老師可采用開發(fā)出來的虛擬儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，介紹該儀器的一般組成和測量原理，然后讓學(xué)生結(jié)合實(shí)際的電子元件重新做實(shí)驗(yàn)。例如：數(shù)字萬用表目前在電子行業(yè)廣泛的使用，這也是高職學(xué)生必須掌握的儀器設(shè)備，故在項(xiàng)目“基本信號參數(shù)的測量”中，可先采用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)出虛擬數(shù)字萬用表的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，著重介紹原理，縮短理論知識講解時(shí)間，再結(jié)合實(shí)際的數(shù)表，來進(jìn)一步加強(qiáng)理論知識點(diǎn)的理解。

2.3虛擬儀器項(xiàng)目設(shè)計(jì)

老師實(shí)驗(yàn)教學(xué)完成后，學(xué)生完成了該項(xiàng)目的理論知識的儲(chǔ)備后，可成立虛擬儀器項(xiàng)目小組。首先老師應(yīng)確定好項(xiàng)目的分組情況，由項(xiàng)目小組成員共同推薦項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和各個(gè)成員的職責(zé)，例如可由項(xiàng)目組長負(fù)責(zé)決定系統(tǒng)總體的結(jié)構(gòu)，如CPIB通用接口中性、VXI總線等；負(fù)責(zé)硬件部分的項(xiàng)目成員是要找到相關(guān)的電子元器，如接口儀器串行，傳感器，信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集卡等，組建并調(diào)試硬件電路；負(fù)責(zé)軟件部分的項(xiàng)目成員開發(fā)相應(yīng)程序，組建軟件調(diào)試功能模塊。最終在組長的主持下，將硬件部分和軟件部分結(jié)合起來進(jìn)行總體調(diào)試。

3　總結(jié)

虛擬儀器作為一種新型的電子測試技術(shù)，很適合應(yīng)用于《電子測量與儀器》實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，結(jié)合項(xiàng)目教學(xué)法，可極大豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，且在整個(gè)虛擬儀器實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生都是直接的參與者，不僅可以深化對儀器結(jié)構(gòu)及原理的理解，更可培養(yǎng)學(xué)生的思考、分析、解決、實(shí)踐操作和創(chuàng)新等綜合能力。通過實(shí)踐證明，基于虛擬儀器的項(xiàng)目教學(xué)法，必將極大的推動(dòng)《電子測量與儀器》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，同時(shí)，也更加切合電子專業(yè)技術(shù)的培養(yǎng)方向，為學(xué)生以后就業(yè)、創(chuàng)業(yè)和發(fā)展創(chuàng)造了條件。

【參考文獻(xiàn)】

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