虛擬儀器技術在高職工程教育中的應用研究

周先飛　楊會偉

摘要：目前，虛擬儀器被廣泛應用于測量和控制，也被用作學生的教育工具。在探索現實世界的過程中接受并激勵創新。虛擬儀器技術會發現對象的相互關系，使得各種現象更容易理解，更容易掌握相關理論。該工具既可用于實際實驗室，也可用于虛擬實驗室并支持自學習或遠程學習。該文介紹了虛擬儀器如何在高職工程教育中應用，以信號控制實驗室的實驗為例，闡述學生應用虛擬儀器技術來促進其進行再工程學習中的輔助作用。

關鍵詞：虛擬儀器技術;高職教育;工程教育

中圖分類號：G712.3? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）25-0126-02

1 引言

伴隨著摩爾定律，計算機的性能在迅速發展，其處理速度快，內存大，安裝了很多必需的軟件，使的工程工作方式發生了巨大改變。虛擬儀器技術的輕松集成和靈活定制的特點已經改了現在的測試測量領域。如今，虛擬儀器被用作不同領域學生的教育工具。一方面，可用于設計測量系統。另一方面，在一個封閉的虛擬世界中，用戶可以觀察到復雜系統在不同環境下的行為，對理解各種現象有很大幫助。

這種方法可被學生普遍接受，這也使得學生可以找到被控對象的相互關系，使現象更容易理解，理論更容易接受。該工具可用于實際實驗室，虛擬實驗室，支持自學或遠程學習。

國家對高職教育人才有明確的定位，并且制定了教育方針，高職教育人才培養定位由“ 技能型專門人才”調整到“ 技術技能人才”。培養具備工程教育素養的學生是現在高職專業中必不可少的部分，

本文研究說明虛擬儀器在高職工程教育中的應用。通過信號與系統等的課程及實驗操作的例子，探索利用虛擬儀器技術對教學的促進和提高。

2 使用虛擬儀器學習

首先給出了一個使用LabVIEW軟件創建的用于學習的虛擬儀器的例子。關于正交平面上兩個諧波振動的疊加。振動通常表示為：

圖1顯示了虛擬儀器的前面板窗口，它是用戶的界面。它允許使用左側按鈕更改振幅[a]和[b]、頻率[f1]1和[f2]以及相位[?1]和[?2]的值面板側面。這些參數的組合給出了lissojous圖形。在這樣學生就可以直觀地看到參數變化的影響。

圖2顯示了vi的框圖窗口，其中包含圖形源代碼。通過程序框圖窗口可以看出，這種編程比較簡單，沒有文本編程的贅述和規則。使用圖形編程設計，這種直觀的編程模式，其編程環境對用戶友好，即使對于沒有經驗的用戶也可以接受。

3 學生對虛擬實驗室使用的認知分析

為了了解學生對虛擬實驗室使用的看法，在計算機應用專業的專業課程《信號基礎》和《虛擬儀器技術》課程中引入了虛擬儀器實驗室教學方法，通過藍墨云班課等信息化教學手段，對學生進行分析，課前，要求學生通過“藍墨云班課”提前預習我們發布的資源，根據本單元的教學要求，讓學生對工業數據從采集到顯示、控制的全過程中所涉及的程序控制框架的知識點有一個初步的認識。

課中，根據學生的預習情況，設定測試測量領域一些常見的工業現場情境，使用“藍墨云班課”開展頭腦風暴討論活動，引導學生對情境任務進行邏輯劃分，引入程序控制的概念。接著，教師對四種程序控制結構進行理論講解，并結合LabVIEW圖形化軟件編程工具，介紹在該編程工具環境下的四種程序控制結構的框架和各個組成部分的作用，通過簡單案例介紹LabVIEW圖形化程序控制框架的工作原理。

在任務實踐階段，教師將學生進行分組，讓學生按照實際的工程的任務要求，確定系統的功能模塊和程序控制流程框架，在LabVIEW圖形化軟件編程工具環境下，選擇合適的程序控制框架，設計友好的軟件界面來實現圖形化的編程。

課后，教師利用藍墨云班課發布測試題目，要求學生完成本單元內容的在線測試，教師查看學生在線測試情況，對錯選率進行大數據分析，得出學生選錯的原因，并通過錯題點評、題干修改等方式幫助學生鞏固所學的知識點。

通過這些實驗教學訓練，學生更好地掌握了一些專業課程的難懂的理論知識和虛擬儀器編程及時，并可以自己選擇實驗內容，自行設計實驗方案，在labVIEW的環境中進行自己感興趣的實驗，這樣生動直觀地展示了許多抽象概念的物理實質，是它們更易于理解，達到課堂講授很難得到的效果。

由于學生要自己“ 做” 實驗儀器， 所以就必須透徹了解實驗原理，合理地設計實驗方案， 真正參與到實驗過程當中。 學生對這種實驗教學方式表現了極大的興趣 ，許多學生能夠用多種方法完成同一個實驗。

盡管有些學生在起初創建虛擬儀器或解釋結果方面存在困難，通過在教學設計中引入虛擬儀器實驗室，利用虛擬儀器使學習過程更加有趣，同時激發創造力和創新。

同時在 LabVIEW平臺上進行基于工程模式的教學， 不僅能夠應用虛擬儀器作為實驗設備對理論教學進行驗證，而且能訓練學生應用虛擬儀器進行實際工程測試的能力。利用畢業設計這個最后的實踐性教學環節，綜合應用虛擬儀器技術和各學科知識指導學生完成了基于LaVbIEW的項目工程操作，包括數據采集，測試測量等，極大地提高了學生的工程應用素質。

4 結論

虛擬儀器技術不僅僅是一門課程，更可以在傳統的一些課程中使用虛擬儀器及時來進行動手實驗，使的這些實驗變得更直觀和可實現性。利用虛擬儀器的靈活性和其通用性，可以更好地接受在教學過程中使用虛擬儀器的這些工具。

因此，虛擬儀器可以幫助學生通過研討和問題解決，更好地理解現象，使自我學習更多簡化并解釋所得結果。

將虛擬儀器技術引入的高職學生的專業課學習，通過其圖形化的編程以及強大的解決方案，使的工程化教育得到提升，學生的學習不僅僅停留在理論階段，更提升了他們的動手能力，為將來進入社會提供了更大的保障。

參考文獻：

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