虛擬儀器在測控技術(shù)與儀器專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

馬坤

【摘要】 隨著高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的應(yīng)用，虛擬儀器作為一種重要的工具進(jìn)入了實(shí)踐教學(xué)中，并發(fā)揮出越來越重要的作用。從目前來看，我國很多院校的專業(yè)課程如電工電子、自動控制、儀器科學(xué)等，都將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用其中，這不但幫助學(xué)校實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室資源的節(jié)省，而且在使用上更加的方便、靈活，對學(xué)生的動手能力和獨(dú)立思考能力的提升也有很大的促進(jìn)作用。本文就針對虛擬儀器在測控技術(shù)與儀器教學(xué)中的應(yīng)用展開討論。

【關(guān)鍵詞】 虛擬儀器 測控技術(shù)與儀器 應(yīng)用

一、虛擬儀器

虛擬儀器興起于20世紀(jì)80年代，同時(shí)它的興起也標(biāo)志著電子測量和自動檢測儀器領(lǐng)域的革新[1]。虛擬儀器英文全稱為Virtual Instrument，簡稱VI，指的是在計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺上，通過用戶定義、設(shè)計(jì)出的一種具有測試功能和虛擬版面的計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。通過運(yùn)用PC計(jì)算機(jī)的顯示器的顯示功能模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，用其他方式代表輸出的檢測結(jié)果，從而完成各項(xiàng)檢測功能的一種計(jì)算模擬儀器系統(tǒng)。其中虛擬具體包括兩層意思：第一層意思是指虛擬儀器的功能是由軟件編程實(shí)現(xiàn)。在硬件平臺中，以計(jì)算機(jī)為核心組成的平臺支持下，運(yùn)用軟件編程或軟件的組合來實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的功能，體現(xiàn)著計(jì)算機(jī)與測試技術(shù)深入的結(jié)合[2]。第二層意思是指虛擬儀器的面板是虛擬構(gòu)成的。與傳統(tǒng)的虛擬儀器不同的是，其虛擬儀器的面板控件是實(shí)物和外形相似的圖標(biāo)，代表“放大”、“通”、“斷”等等的圖標(biāo)相對應(yīng)的軟件程序。使用者只要通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊面板中的控件就能進(jìn)行操作，而不是由“觸摸”、“手動”來進(jìn)行操作。

二、虛擬儀器在高等教育中的作用

在理工科的高等教育中，虛擬儀器不但作為一門獨(dú)立課程，而且其概念和方法已經(jīng)滲透到諸多學(xué)科的教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中。包括麻省理工、加州大學(xué)伯克利分校、弗吉尼亞理工等美國著名工科院校在內(nèi)的許多國外大學(xué)已將虛擬儀器教學(xué)—包括理論、實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及項(xiàng)目實(shí)踐—貫穿到整個(gè)高等教育階段。在國內(nèi)，已有200多所高校開設(shè)了虛擬儀器課程并建立了虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室，每年新增約五萬名學(xué)生學(xué)習(xí)虛擬儀器技術(shù)的相關(guān)知識。虛擬儀器課程適合將理論學(xué)習(xí)、課程實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐項(xiàng)目相結(jié)合，使學(xué)生在掌握虛擬儀器技術(shù)的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)實(shí)際動手能力、獨(dú)立思考能力、解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新能力，符合高等教育重視理論實(shí)踐結(jié)合、發(fā)展素質(zhì)教育的趨勢。另外，虛擬儀器實(shí)驗(yàn)受場地、設(shè)備約束較小，可以大大擴(kuò)展傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的概念。

三、虛擬儀器在測控專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

3.1虛擬儀器在課堂教學(xué)中的應(yīng)用

在測控技術(shù)與儀器專業(yè)等工程的課程教學(xué)過程中強(qiáng)調(diào)原來的理解和掌握，上課除了必須得多媒體設(shè)備外還需要一些硬件的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，這樣才能使得原本抽象性極強(qiáng)的課程變得更容易理解，然而一般課堂將大量的硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)置在課堂中是非常不現(xiàn)實(shí)的。為了滿足課程教學(xué)的現(xiàn)實(shí)需要，也能夠滿足現(xiàn)實(shí)教學(xué)條件，我們可以采用驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)來幫助所需要掌握的原理與概念，它以軟件的虛擬儀器實(shí)驗(yàn)代替了大量的硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可以將信號產(chǎn)生到分析、處理、存儲通過一臺PC機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上就是通過虛擬的儀器來模擬真實(shí)設(shè)備的過程。學(xué)生使用也非常方便，它可以根據(jù)上課內(nèi)容與課程要求的變化隨時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與方案，增減實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生也可以自己將編好的程序輸入電腦來自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，靈活度非常高，同時(shí)它的操作界面美觀且便于操作，也進(jìn)一步提高了學(xué)生的興趣及動手能力。

3.2虛擬儀器在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

任何知識只有學(xué)以致用，完成在實(shí)際操作中得到應(yīng)用才是最終學(xué)習(xí)的目的。驗(yàn)證性試驗(yàn)是為了滿足課堂教學(xué)實(shí)際而采用模擬的方法來驗(yàn)證所學(xué)理論的正確性及一定程度上得操作，它僅是一種教學(xué)手段而不能代替真正的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，事實(shí)上，只有將軟硬件更好地結(jié)合起來的這種實(shí)證教學(xué)是教學(xué)的關(guān)鍵所在。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室中得實(shí)驗(yàn)中需要軟硬件相結(jié)合，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)來認(rèn)識各種硬件儀器與設(shè)備，以此來了解與掌握儀器連接、操作方法以及各種數(shù)據(jù)的采集方法。然而在實(shí)際教學(xué)中卻越到了現(xiàn)實(shí)的瓶頸，工科專業(yè)為了保證各種實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，就必須購進(jìn)各種價(jià)格不菲的儀器設(shè)備，而且因?yàn)楝F(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，儀器設(shè)備更新速度非常快，這樣以來學(xué)校要保證正常的教學(xué)就必須考慮購置新設(shè)備，就出現(xiàn)了新舊設(shè)備交替、舊設(shè)備淘汰、教育資源配置等等一系列問題。如果我們將虛擬儀器設(shè)備也引入了實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中就可以很好的解決這些矛盾，我們可以將學(xué)校現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)設(shè)備與虛擬軟件結(jié)合起來，創(chuàng)新一種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑诰唧w教學(xué)中采用虛擬儀器、實(shí)測信號、數(shù)據(jù)采集卡相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方式不僅可以節(jié)省了支出，將各種資源平衡運(yùn)用，同時(shí)也可以提高學(xué)生興趣與動手能力以及實(shí)際分析與解決操作問題的能力。

在測控技術(shù)與儀器專業(yè)教學(xué)中引入虛擬儀器的應(yīng)用，是教學(xué)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的重要表現(xiàn)，是高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的重要發(fā)展方向。測控類專業(yè)培養(yǎng)是一項(xiàng)長期、艱巨的任務(wù)，教學(xué)界一定要不斷探索和研究，為推動測控技術(shù)與儀器專業(yè)的發(fā)展，不斷做出努力。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]羅明. 基于虛擬儀器技術(shù)的遠(yuǎn)程儀器測控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].中南大學(xué)，2009.

[2]闞宏偉. 基于虛擬儀器技術(shù)、組件技術(shù)的測控系統(tǒng)的研究和應(yīng)用[D].北京林業(yè)大學(xué)，2005.