虛擬儀器在測控技術與儀器專業教學中的應用

馬坤

【摘要】 隨著高校實驗教學模式的應用，虛擬儀器作為一種重要的工具進入了實踐教學中，并發揮出越來越重要的作用。從目前來看，我國很多院校的專業課程如電工電子、自動控制、儀器科學等，都將虛擬儀器技術應用其中，這不但幫助學校實現了實驗室資源的節省，而且在使用上更加的方便、靈活，對學生的動手能力和獨立思考能力的提升也有很大的促進作用。本文就針對虛擬儀器在測控技術與儀器教學中的應用展開討論。

【關鍵詞】 虛擬儀器 測控技術與儀器 應用

一、虛擬儀器

虛擬儀器興起于20世紀80年代，同時它的興起也標志著電子測量和自動檢測儀器領域的革新[1]。虛擬儀器英文全稱為Virtual Instrument，簡稱VI，指的是在計算機為核心的硬件平臺上，通過用戶定義、設計出的一種具有測試功能和虛擬版面的計算機儀器系統。通過運用PC計算機的顯示器的顯示功能模擬傳統儀器的控制面板，用其他方式代表輸出的檢測結果，從而完成各項檢測功能的一種計算模擬儀器系統。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現。在硬件平臺中，以計算機為核心組成的平臺支持下，運用軟件編程或軟件的組合來實現虛擬儀器的功能，體現著計算機與測試技術深入的結合[2]。第二層意思是指虛擬儀器的面板是虛擬構成的。與傳統的虛擬儀器不同的是，其虛擬儀器的面板控件是實物和外形相似的圖標，代表“放大”、“通”、“斷”等等的圖標相對應的軟件程序。使用者只要通過鼠標點擊面板中的控件就能進行操作，而不是由“觸摸”、“手動”來進行操作。

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立課程，而且其概念和方法已經滲透到諸多學科的教學實踐當中。包括麻省理工、加州大學伯克利分校、弗吉尼亞理工等美國著名工科院校在內的許多國外大學已將虛擬儀器教學—包括理論、實驗教學以及項目實踐—貫穿到整個高等教育階段。在國內，已有200多所高校開設了虛擬儀器課程并建立了虛擬儀器實驗室，每年新增約五萬名學生學習虛擬儀器技術的相關知識。虛擬儀器課程適合將理論學習、課程實驗及實踐項目相結合，使學生在掌握虛擬儀器技術的基礎上，培養實際動手能力、獨立思考能力、解決實際問題的能力和創新能力，符合高等教育重視理論實踐結合、發展素質教育的趨勢。另外，虛擬儀器實驗受場地、設備約束較小，可以大大擴展傳統實驗室的概念。

三、虛擬儀器在測控專業教學中的應用

3.1虛擬儀器在課堂教學中的應用

在測控技術與儀器專業等工程的課程教學過程中強調原來的理解和掌握，上課除了必須得多媒體設備外還需要一些硬件的實驗設備，這樣才能使得原本抽象性極強的課程變得更容易理解，然而一般課堂將大量的硬件實驗設備設置在課堂中是非常不現實的。為了滿足課程教學的現實需要，也能夠滿足現實教學條件，我們可以采用驗證性實驗來幫助所需要掌握的原理與概念，它以軟件的虛擬儀器實驗代替了大量的硬件實驗設備，可以將信號產生到分析、處理、存儲通過一臺PC機就可以實現，實際上就是通過虛擬的儀器來模擬真實設備的過程。學生使用也非常方便，它可以根據上課內容與課程要求的變化隨時調整實驗數據與方案，增減實驗項目，學生也可以自己將編好的程序輸入電腦來自行設計實驗內容，靈活度非常高，同時它的操作界面美觀且便于操作，也進一步提高了學生的興趣及動手能力。

3.2虛擬儀器在實驗教學中的應用

任何知識只有學以致用，完成在實際操作中得到應用才是最終學習的目的。驗證性試驗是為了滿足課堂教學實際而采用模擬的方法來驗證所學理論的正確性及一定程度上得操作，它僅是一種教學手段而不能代替真正的實驗教學，事實上，只有將軟硬件更好地結合起來的這種實證教學是教學的關鍵所在。在傳統實驗室中得實驗中需要軟硬件相結合，學生通過實驗來認識各種硬件儀器與設備，以此來了解與掌握儀器連接、操作方法以及各種數據的采集方法。然而在實際教學中卻越到了現實的瓶頸，工科專業為了保證各種實驗的開設，就必須購進各種價格不菲的儀器設備，而且因為現代技術的不斷發展，儀器設備更新速度非常快，這樣以來學校要保證正常的教學就必須考慮購置新設備，就出現了新舊設備交替、舊設備淘汰、教育資源配置等等一系列問題。如果我們將虛擬儀器設備也引入了實驗教學之中就可以很好的解決這些矛盾，我們可以將學校現有的計算機設備與虛擬軟件結合起來，創新一種實驗模式，在具體教學中采用虛擬儀器、實測信號、數據采集卡相結合的實驗方式不僅可以節省了支出，將各種資源平衡運用，同時也可以提高學生興趣與動手能力以及實際分析與解決操作問題的能力。

在測控技術與儀器專業教學中引入虛擬儀器的應用，是教學適應時代發展的重要表現，是高校實驗教學改革中的重要發展方向。測控類專業培養是一項長期、艱巨的任務，教學界一定要不斷探索和研究，為推動測控技術與儀器專業的發展，不斷做出努力。

參 考 文 獻

[1]羅明. 基于虛擬儀器技術的遠程儀器測控實驗系統的設計[D].中南大學，2009.

[2]闞宏偉. 基于虛擬儀器技術、組件技術的測控系統的研究和應用[D].北京林業大學，2005.