Labview語言課程安排與教學實踐的探討

江旻珊+商艷芝

摘要：Labview是一種圖形化的編程語言的虛擬儀器開發環境，廣泛地被工業界、學術界和研究實驗室接受。Labview使用的是圖形化的編輯語言，即G語言來編寫程序，能夠有效地提高編程效率，因此逐漸地被各大理工科高校列為可選修的專業課之一。本文從課程介紹、教材選擇、教學安排、課程考核等方面入手，針對labview語言的課程設計和教學實踐做了一定的探討，闡述實際教學過程中所積累的經驗和遇到的問題，希望可以對Labview課程的教學研究提供一定的幫助。

關鍵詞：Labview；課程設計；教學實踐

中圖分類號：TP311.56 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）27-0139-02

一、引言

虛擬儀器是基于通用計算機平臺的儀器及測量技術。它突破傳統電子儀器以硬件為主體的模式，讓用戶可以在計算機平臺上根據需求定義和設計儀器的測試功能，使得使用者在操作計算機時，如同是在操作一臺自己設計的測試儀器。虛擬儀器由硬件和軟件兩部分組成。虛擬儀器中硬件的主要功能是獲取外界的被測試信號，而所獲得的信號則需要通過軟件的控制來實現數據采集分析等功能，并將其集成到命令環境中。因此，測試軟件是虛擬儀器技術的核心組成部分。用戶在虛擬儀器開發環境下，可以根據自己的需求來設計個性化的儀器和系統，實現“軟件就是儀器”。

Labview（Laboratory virtual instrument engineering workbench）是NI公司于1986年推出的一個功能強大的圖形化的虛擬儀器開發環境，至今已有將近30年的歷史。Labview作為數據采集和儀器控制軟件的標準，廣泛應用于工業界、學術界和研究性實驗室，是目前國際上應用最為廣泛的虛擬儀器開發環境之一。使用者可以根據不同的測試任務，在虛擬儀器開發軟件的提示下編制不同的測試軟件，實現儀器控制、數據采集、數值分析及數據顯示等多種復雜的任務。Labview適用于Windows、UNIX、Mac等多種操作系統平臺，可以增強用戶構建自己的科學和工程系統的能力，提供實現儀器編程的便捷途徑。

Labview作為一種程序開發環境，可以實現與一般計算機語言相似的功能，但是Labview與其他計算機語言存在著顯著的區別，即其他計算機語言一般采用基于文本的語言產生代碼的方式，而Labview使用的是圖形化的編輯語言即G語言來編寫程序，產生的程序是框圖的形式。作為NI設計平臺的核心語言，Labview一般用于開發測量或控制系統。該環境可以集成、快速構建各種應用所需的所有工具，能夠在不需要記憶語句結構的前提下快速地進行編程，有助于工程師和科學家提高生產效率和不斷創新。在很多理工科高校的非計算機專業學生的培養計劃中，都會安排Labview語言的專業課程，但由于該課程并不是計算機專業的必修基礎課程，相關的教學討論也較為缺乏，因此筆者僅就Labview課程教學中所遇到的一些問題和積累的部分經驗做一些探討。

二、Labview課程的教材選擇

本課程選用陳錫輝編著的《Labview 8.2 入門與精通》，作為本課程的教材。該教材與其他Labview教材相比有幾個優點：首先，它由淺入深、較為全面地講述了Labview的相關知識點。該書分為“基礎篇”和“高級篇”兩部分，適應教學的需要。由于本課程在課時安排上只有32個學時，而真正的授課時間只有16個學時，僅能講授比較基礎的部分。該書的“基礎篇”共有14章，包括從編程界面介紹到子VI的調用等內容，在授課時應以前11章的內容為主，讓學生明確要掌握的知識。其次，該教材在知識點的安排上有一定的側重點，并不是一味地追求知識點的全面，而是有重點地講授一些比較常用的知識點，其他不太常用的知識點則采用相對較少的篇幅。作為授課教材來說，其性價比較高。

三、Labview課程的教學安排

作為一門可視化的編程語言，Labview除傳統語言中常用的數據類型、運算符、變量、常量等基本量之外，控件的操作占了很大的比重，這也是其與傳統的C語言等程序設計語言的區別與優勢。作為一門專業課，總學時數為32個，考慮到要給學生安排上機時間，所以一般課堂上的教學學時為16～18個。整體學時數偏少，不可能在一個學期將一門語言的所有內容學完，因此在教學時主要偏重于基礎部分的講授。

該課程的授課對象為大學三年級的學生。在大學基礎課的教育中，他們大多接觸過C語言的基本的程序設計，具有一定的基礎，培養了一些編程的思想，因此，在教學時，除了講授Labview的基礎知識，還要讓學生體會到Labview與傳統語言的一些區別，可以運用實例做講解。在實例的選取方面，第一節課可以選用一些較為經典的案例，激發學生對課程的興趣。如教材第一章中，作者選擇性地介紹一個曾經參與過的正負電子對撞機二期工程譜儀慢控制系統。該系統擁有豐富的主界面元素，可以實現強大的功能。通過介紹這一系統，讓學生對Labview有個初步的了解。當然，由于該例子是Labview在高新科研項目方面的應用，學生可能沒有切身的感受。故可以引入與學生學習生活較為密切的一些實例，如科學計算器等，豐富他們對Labview的認識。

由于學生具有一定的C語言編程的基礎，而在Labview的教學過程中也會不可避免地用到C語言。舉例來說，教材第五章講到公式節點文本編程語言的實現，而公式節點的文本編程語言的語法就與C語言非常接近，如會用到C語言里常用的變量聲明賦值語句、結構語句等。在講授這一章時，可以將Labview與C語言配合起來進行講解，通過比較同一程序的兩種不同表達形式，總結兩者的優缺點。采用對比教學的方式，可以使學生領會到G語言圖形編程不同于文本語言的特點：采用數據流的形式可以直觀地表達整個程序的結構，但在實現復雜算法方面卻不如文本編程語言簡潔易懂。

作為一門面向對象的計算機語言，Labview中控件種類比較繁雜，函數種類也很多，應用較為靈活。在引入現代化教學手段之后，可以通過PPT演示，其優點是信息量較大，可省去板書時間，但同時由于展示的內容較多，演示速度較快，容易使學生跟不上教學進度，難以消化教學內容。因此，在講授各種控件和函數時，必須有所側重。endprint

四、Labview課程的上機教學

在上機時，遵循“一人一機”的原則，可采用以學生上機練習為主、教師演示操作為輔的授課模式。學生在溫習知識點的同時，能夠把看到的和聽到的內容有機地結合起來，這樣可以提高學生的理解能力，加快課程內容的消化。一門計算機語言課，學生只憑聽和看不可能掌握好所學的知識，重點是上機和課后的演練。只有通過多練習，才有可能掌握課程內容。

在實際的上機教學過程中，我們發現Labview課程容易遇到下列一些問題：（1）不同格式的數據輸入端和控件輸出端連在一起，導致連線錯誤。遇到這樣的問題，應引導學生將Labview的數據格式用控件接線端顏色來區分，而不是機械地照搬控件幫助中的數據格式說明。（2）輸入控件與輸出控件的混淆。這說明學生對輸入和輸出的控件屬性不太熟悉，須強調輸入和輸出控件在形式上的區別，強調通過程序面板上控件接線端子的箭頭指向來區分輸入和輸出屬性，并舉出相應的錯誤例子以做示例和講解。（3）找不到所需的控件。這樣問題的出現表明學生對前面板和后面板的控件不熟悉，需要多加練習來更正和提高編程速度。

在上機教學過程中，還需要注意不同電腦里安裝的Labview版本有可能不一致，這會給學生操作時帶來一些困擾。如在調用子VI部分，在Labview 2012版本中，子VI連接端子和圖標是并列顯示在前面板右上角的，而在Labview 8.2版本中，子VI的連接端子需要右擊前面板上右上角的圖標，選擇“顯示連接端子”才能顯示出來。在課堂演示時，一般均采用Labview 2012版本。但無論在課堂講授或是在上機教學時，都不應忽視版本問題可能給學生上機操作帶來的困難。在課堂講授相應的部分時，應該經常提醒學生8.2版本與2012版本存在的區別，在上機時注意區分，以適應不同版本的編程環境。

五、Labview課程的考核

課程的考核是一門課教學的重要環節，是檢驗教學成果的重要指標。由于計算機課程的特殊性，在對學生進行考核時應結合平時成績和上機考試兩部分來進行考評，這樣最終成績才能綜合性地反映學生的掌握水平。一般來說，平時成績占30%，主要考查學生的出勤率，以及在平時的上機課程中是否主動積極地完成教師布置的任務，是否有獨立思考的能力等。期末上機考試成績占總成績的70%，主要考查學生對基礎知識的掌握，以及用所學知識獨立編程的能力。

六、總結

教學方式的探討需要教師不斷地進行總結、交流，以有所提高。目前我們主要以課堂講授與上機互動相結合，注重培養學生的實際操作能力，讓他們學會編寫核心程序的步驟和思考問題的方法，通過各種實例來調動學習主動性，激發學生對Labview編程學習的熱情和興趣，培養思考能力以及解決問題的能力，以期達到一舉多得的效果。

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