虛擬儀器平臺在高等職業技術教育中的應用研究

劉炳杰 蘇娜

[摘 要] 在高職理工科教學中，需要涉及諸多電子技術、信號分析等大量實驗。伴隨著計算機技術的發展，虛擬儀器平臺被廣泛應用在實驗教學當中?；谔摂M儀器平臺在高等職業技術教育中的應用，對虛擬儀器引入高等職業技術教育的意義和應用情況進行探討。

[關鍵詞] 虛擬儀器平臺;高等職業技術教育;應用狀況

高等職業院校是我國高等教育和職業教育的重要結合，曾經是我國教育的“熱門”，但是隨著本科高校的擴展，高等職業院校出現了嚴重的萎縮，教育經費也面臨短缺。高等職業院校開設的很多專業都涉及到實驗，但是由于傳統實驗設備的落后和更新困難，學生缺少動手實驗機會，成為制約職業教育發展的瓶頸。而當前計算機技術飛速發展，能夠模仿出很多實驗過程，學生通過在虛擬平臺上進行實驗，就能夠達到較為理想的實驗效果?；诖耍瑢μ摂M儀器平臺在高職院校實驗教學中的應用進行研究和探討。

一、虛擬儀器概述

虛擬儀器是一種軟硬件充分結合、匹配應用的產物。經軟件編程，用戶進行儀器界面的自定義，利用數據采集系統將信號輸入計算機，形成界面操作，從而在虛擬中實現測量、分析等試驗過程。虛擬儀器的關鍵是軟件，通過操作人員在界面上指令性的控制，將預期的一系列操作進行實施，將傳統硬件儀器虛化為計算機軟件，在具有傳統硬件儀器基本功能的同時，還能夠根據實驗的要求進行多種軟件的切換，從而達到實驗的目的。因為虛擬儀器天生帶有計算機的屬性，因而在自動性、擴展性、外部連接性、操作等方面都具有很大的外延性，能夠根據實驗的要求進行延伸。從當前的虛擬儀器發展趨勢來看，其已經成為實驗室教學的重要組成部分。

二、虛擬儀器引入高等職業技術教育的意義

1.降低了高等職業技術教育實驗的成本。虛擬儀器引入高等職業教育的價值是巨大的。從成本層面看，一方面高職院校職業技術教育需要開設實驗內容的專業涉及到通信、電子等專業，這類專業的傳統實驗器材和設備成本較高，而且這類專業技術發展迅速，因而要有效的開展教學實驗，就需要不斷地采購實驗器材，這對于高職院校來講是十分困難的。采用虛擬儀器，用軟件替代硬件，不但可以降低采購成本，而且更新實驗器材只需變更軟件就可以，這樣就大大降低了實驗器材的采購成本。另一方面，在實驗中，傳統實驗器材會出現消耗、損壞等，而采用虛擬儀器基本上避免了上述情況，從而獲得“一次花費，長久使用”的效果。

2.改善高等職業技術教學條件。高等職業技術教育主要分為理論課程和實驗課程。傳統的理論課程例如信號與系統，一般以課堂上老師按照教材講解為主，內容較為抽象，學生理解起來比較困難。而通過采用虛擬儀器進行教學，能夠在理論課講授的過程中，利用虛擬儀器向學生直觀的顯示出系統或者信號的特點，在教學條件改善的基礎上，增強了學生學習的便捷性。而在實驗課程中，受傳統實驗器材成本較高、硬件易損耗、維修困難等制約，學生不敢輕易嘗試實驗，而虛擬儀器就避免了這個問題，并且根據技術的發展，及時進行程序修改和技術升級，從而使學生能夠便捷地使用虛擬儀器進行學習[1]。此外，虛擬儀器不只用于實驗教學，還能夠通過虛擬儀器與網絡技術的結合運用打造虛擬網絡實驗室，拓展教學的深度。不過需要說明的是，虛擬儀器是一種理想化的實驗操作，能夠滿足實驗教學需要，但是在實際生產中，由于電壓、溫度等情況的影響，還存在意外情況，這一點在實驗和實際生產中要加以區分。

3.提高了高等職業技術院校學生的動手能力。高等職業教育旨在培養動手能力強的學生，使得學生畢業后能夠直接從事相關工作。虛擬儀器的引入能夠幫助高等職業院校實現教育目標。虛擬儀器的引入改善了原本因為實驗條件不足而過度重視理論教學而輕視實驗教學的現狀，學生通過虛擬儀器平臺和計算機就能夠進行仿真實驗，幫助學生在虛擬操作的環境下不僅能夠認識到相關儀器，也可以通過實際操作，掌握真正儀器儀表的使用和操作方法，使學生在面對真正的儀器儀表時不至于一無所知、手足無措。動手能力的提高不是在課堂教學中就能夠完成的，需要學生在課下花費大量的時間進行練習和操作。而虛擬儀器能夠給學生提供充分練習的時間，有利于激發學生自主學習的熱情，從而在很大程度上提高了高職院校學生的動手能力。

4.豐富高等職業技術教育的過程。虛擬儀器引入高等職業技術教育，其出發點在于通過教學條件的完善，提高學校的教學水平，培養合格的技術應用人才。虛擬儀器能夠在教學、實驗、科研等方面發揮其巨大的作用和價值，從而豐富高等職業技術教育的過程。在教學環節，通過虛擬儀器可以制作數字萬能表、邏輯分析儀等，從而將教學內容“實物”化，大大豐富教學手段，使得教學的效果更加逼真。在實驗階段，通過編程的更新等，能夠使學生在一個虛擬操作平臺上完成多種實驗，提高實驗的效率和應用效果。在科研環節，將計算機技術與之充分結合，搭配遠程控制儀器，通過網絡協議、網絡通信等實現虛擬網絡實驗室的創建，能夠為科學研究提供良好的條件。

三、虛擬儀器在高等職業技術教育中的應用

虛擬儀器在高等職業技術教育中的應用，其實驗過程主要包括四個步驟和環節。

1.實驗前準備。實驗前準備是根據高等職業技術教育大綱的要求，針對教學課程的標準，在虛擬儀器平臺上添加相應的模塊和軟件。教師要根據教學要求，以實際儀器為標準進行編程，從而實現虛擬儀器的仿真模擬。例如，在實驗中需要用到萬能表，教師在實驗前就需要根據教學需要以實際應用的萬能表進行編程，在虛擬儀器平臺上模擬出萬能表，從而為學生實驗開展做準備。上述例證只是虛擬儀器的簡單應用，涉及到更為復雜的儀器操作，還需要教師在實驗前做更為充足的準備。

2.實驗操作。經過實驗前的準備，學生能夠應用準備好的虛擬儀器操作平臺進行實驗操作。在操作過程中，學生可利用軟件對數據進行跟蹤和采集。例如，學生在首次實驗失敗后，能夠反復進行實驗，直到實驗成功為止，在這個過程中，不用擔心儀器的損耗、故障等問題[2]。在對實驗數據進行分析的過程中，如果學生在中途出現思維停頓等情況，可以暫停實驗，進行觀察，甚至將實驗數據進行回放，重新進行觀察。這種數據的采集和觀察方便簡單，能夠集中實驗過程中學生的主要精力，從而有利于學生提高實驗的效果，保障實驗的質量。

3.實驗擴展。虛擬儀器平臺天生帶有計算機的屬性，因而在自動性、擴展性、外部連接性、操作等方面都具有很大的外延，能夠根據實驗的要求進行延伸。在實驗過程中，學生能夠根據實際情況進行實驗模型的設計，在一些復雜的實驗中，學生能夠發揮創新性思維，進行自主設計，通過方案撰寫、編程設計、虛擬實驗操作等一系列操作，來實現實驗的檢驗。通過網絡學生還能夠與教師進行遠程的溝通與交流，從而在深度和廣度上大大拓展實驗的外延。

4.虛擬儀器技術更新。現代技術發展迅速，高等職業技術教育也要跟隨時代發展步伐不斷進行教育內容的革新、實驗設備的更新。傳統儀器設備因為成本高昂，一般受制于條件限制，一般5～10年才更新一次，這種更新不僅使得學生無法接觸最新的技術，而且由于設備老化等因素，學生在后期采用傳統儀器的實驗效果也不是很好。而虛擬儀器技術是基于軟件的技術體系，更新方便，基本上6～12個月就能更新，根據現有技術的發展，在現有模塊的基礎上進行二次開發，從而使得技術更新趕上時代發展步伐，最大限度滿足實際應用需要。

四、結語

高等職業技術教育與社會生產聯系緊密，將虛擬儀器技術引入教學過程中，能夠大大增強教學與生產實踐的聯系程度，從而為培養適應社會需求的人才打下基礎。

參考文獻

[1]左鋒，董愛華，韓芳.虛擬儀器技術在自動測控技術專業實驗中的應用[J].儀表技術，2018，12（8）：47-49.

[2]王桔，鄒稷，張超.虛擬儀器平臺在高等職業技術教育中的應用[J].現代經濟信息，2019，8（9）：33-34.