電子技術實驗課程引入虛擬技術的教學改革

摘要: 本文介紹了虛擬儀器技術和傳統電子技術課程實驗教學中存在的問題，闡述了引入虛擬儀器技術構建電子技術實驗教學平臺的優勢和實施方案，對改善實驗條件、降低實驗成本，提高課堂教學和實踐教學水平和質量起著重要作用。

關鍵詞: 電子技術實驗課程 虛擬儀器技術 教學改革

1.引言

教學現代化包括教學理念與方法的現代化、教學內容和體系的現代化、教學資源的現代化諸多方面。眾多高校由于教學經費投入不足，教學實驗設備更新緩慢，現代化教學手段得不到廣泛應用。同時，傳統的實驗教學中設備投入大，而資源共享性、擴展性差、設備完好率低，使得實驗教學實施力度明顯削弱，教學質量有所下降，這些矛盾在應用型本科教育中日益顯現。

電子技術實驗課程是電子、電氣、通信、計算機、機械、控制等多學科多專業的重要專業基礎實踐課程，具有理論性強、技術性強、綜合性強、實踐性強、發展速度快、應用領域廣等特點。學生對該課程內容掌握的程度直接影響其專業課程的學習和專業技能提高，影響其實踐工作能力和知識再生能力的培養，關系到人才培養的質量，所以，我們必須探索行之有效的電子技術實驗課程教學改革方案。

隨著計算機技術、信息技術、網絡技術的發展，在電子技術課程的實驗教學中引入虛擬儀器技術已成為高校實驗教學改革的發展趨勢。

2.虛擬儀器技術簡介

虛擬儀器(Virtual Instrument，簡稱VI)是儀器技術與計算機技術深層次結合的產物。它利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。它基于計算機的軟硬件測試平臺，可代替傳統的測量儀器，如示波器、信號發生器、頻譜分析儀等;可集成于自動控制、工業控制系統;可自由構建成專有儀器系統。用戶可以方便地對儀器進行維護和擴展，大大節約成本和研究、調試時間。虛擬儀器技術已成為現代測試測量技術的發展趨勢。

虛擬儀器不同于其他EDA軟件，如Protel、EWB等。Protel主要作為印刷板自動布線工具使用，還具有電原理圖繪制、模擬電路與數字電路混合信號仿真、多層印刷電路板設計、可編程邏輯器件設計、圖表生成等功能;EWB主要是對設計好的原理電路進行參數和波形的測試，實現計算機仿真。[1]而虛擬儀器則是利用PC機的顯示器顯示模擬傳統儀器的控制面板，通過對虛擬面板的操作以多種形式表達輸出檢測結果，利用軟件功能實現信號數據的運算、分析、處理，[2]從而代替實際實驗中的各種儀器儀表，可直接對實際電路進行測量、測試、控制和處理。

3.傳統的電子技術課程實驗教學中存在的問題

目前大多數高校采用的傳統電子技術課程實驗教學存在很多問題。[3]

3.1傳統儀器和實驗箱的功能固定，擴展性差，只能開設某些固定的實驗，無法實現資源共享。

3.2做一個實驗所需設備繁多，操作和管理不易，且維修和檢查不方便，返修率較高，設備完好率低，嚴重影響了正常的實踐教學活動的開展。

3.3學生做實驗時完全是被動操作，缺乏主動性，興趣不高。

3.4實驗設備主要滿足于課程相關的實驗，對于綜合課程設計、畢業設計、學生電子科技制作等創新設計環節無法兼顧。

3.5很難建立開放性實驗室。從目前情況看，如要建立開放性實驗室，牽涉的實驗室很多，師資力量有限，設備的維護和管理很難到位。

3.6由于眾多高校資金缺乏，設備的更新換代緩慢，很難跟上科技發展的腳步。

4.電子技術實驗課程引入虛擬儀器技術教學改革實施方案

4.1虛擬儀器技術用于電子技術實驗課程教學改革的意義及優勢

電子技術實驗課程教學信息量大，我們必須有針對性地組織教學內容體系，適應不同的學科和專業，科學合理安排教學內容，突出重點難點;改變現有的教育觀念、模式和方法。虛擬儀器設計已成為測試和儀器技術發展的一個重要方向，代表著世界先進的教學方法和理念，將先進的虛擬儀器技術與電子技術實驗教學有機地結合起來，構建虛擬儀器的實驗教學平臺，在以培養高素質高科技人才的大學是勢在必行的。

將虛擬儀器與電子技術實驗教學相結合，可改善實驗條件、降低實驗成本、提高課堂教學效果和實驗教學水平和質量;同時其擴展性強，可根據課程的需要開設創新性、設計性實驗項目，激發學生自主學習和研究興趣，為培養學生創新能力和實際動手能力提供了廣闊的平臺，是高校實驗教學改革的發展方向。

4.2構建基于虛擬儀器技術的電子技術實驗課程教學平臺方案

將虛擬儀器用于電子技術課程的實驗教學，需要分階段、分步驟地完成，具體而言，大致分為以下幾個步驟:

4.2.1利用現有實驗室條件(如EDA機房)，購買必備的軟件和硬件接口，建立虛擬儀器實驗室的軟硬件平臺。

4.2.2開設虛擬儀器技術課程，培養學生掌握相關的編程方法和技術。

4.2.3教師利用虛擬儀器軟件進行編程，實現信號源、示波器、電壓表、頻譜儀、計數器及邏輯分析儀等多種儀器的功能，另外這些軟件功能模塊必須能夠共享。

4.2.4以部分實驗課程為試點，如模擬電子技術實驗、數字電子技術實驗、高頻電子技術實驗等。將傳統的實驗課逐步轉化為虛擬儀器實驗課程教學，可省去多種復雜設備，節約空間和時間，降低成本，有效地解決實驗室管理和維護的難題，同時能提高實驗設備利用率，彌補設備不足、資金短缺等缺點，從而切實改善實驗條件。

4.2.5鼓勵學生自己開展綜合性、設計性實驗的設計開發，將所學各門專業知識與實習、課程設計、畢業設計、電子設計大賽等環節相結合，構建綜合性虛擬實驗平臺。學生還可根據工程實踐的需要，進行二次開發。這有利于學生發揮主觀能動性，增加學習興趣，提高設計、分析、解決問題的能力。

4.2.6如有條件，教師可建立開放性虛擬實驗室，通過與計算機網絡的結合，[4]實現遠程實驗教學。學生和教師通過網絡平臺進行交互，完成實驗項目，開展學生創新設計活動，能提高學生的設計、動手能力，改進教學方

法和手段，提高教學質量，真正培養出新一代創新型、復合型人才。

5.結語

把虛擬儀器技術引入電子技術課程的實驗教學環節，對現行的實驗教學方法進行脫胎換骨式改革，可以有效克服傳統實驗教學的弊端，增強學生的創新能力、實踐動手能力和社會適應能力，提高教育教學質量。同時能改善實驗教學條件，降低運行成本，可更合理地配置教育資源，有效地解決資金投入與人才培養間的矛盾，更好地適應現代教育的發展要求，真正培養出高素質的創新型、復合型人才。

參考文獻:

[1]雷雨，李茜.電子技術課程設計與EDA教學相結合的探討.高等教育研究，2006，(2):42-43.

[2]劉君華.虛擬儀器圖形化編程語言LabVIEW教程.西安:西安電子科技出版社，2003.

[3]田貴超，黎明，羅更生.虛擬儀器技術及其在實驗教學中的應用.儀器儀表用戶，2006，(3):148-149.

[4]張新.虛擬儀器在高校實驗教學中的應用.儀器儀表用戶，2007，(4):67-68.

課題項目:2007年江西省普通高校教學研究課題，項目編號:JXJG-O7-18-14