李 梅 劉俊華 袁文菊

（中國地質(zhì)大學（北京）地球物理與信息技術(shù)學院，北京 100083）

1 引言

虛擬儀器，是電子測量儀器發(fā)展的最新階段，是一種以計算機軟件為核心，利用飛速發(fā)展的計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，加上必要的測試硬件模塊，把計算機屏幕作為儀器軟面板，由用戶來定義的基于計算機的儀器。目前，虛擬儀器發(fā)展迅速，在工業(yè)、交通、軍事、科研、教學等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本課程學習虛擬儀器開發(fā)軟件LabVIEW，掌握虛擬儀器的面板設(shè)計、程序框圖設(shè)計、信號分析與處理技術(shù)。由于本課程是一門新開課，對于如何在32 學時內(nèi)讓學生掌握簡單虛擬儀器的設(shè)計，筆者在課程內(nèi)容、授課模式和考核方式等幾方面做了一些探索[1]。

2 課程內(nèi)容

鑒于這門課只有32 學時，而虛擬儀器技術(shù)內(nèi)容非常豐富。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的不同在于它由測試硬件完成信號的采集與控制，而將信號分析與處理、結(jié)果表達與輸出讓計算機來完成，編制具有某種測量功能的軟件就可構(gòu)成具有該種功能的測試儀器。因此設(shè)計虛擬儀器的過程與主要工作內(nèi)容就是編制應(yīng)用軟件的過程。虛擬儀器軟件開發(fā)工具中最流行的是圖形化編程語言LabVIEW（Laboratory Virtual Instruments Engineering Workbench）。LabVIEW將繁瑣復(fù)雜的文本式語言編程簡化成用菜單提示方式選擇功能，各種功能用線條進行連接，并且提供眾多的源碼級的設(shè)備驅(qū)動程序、分析和表達庫函數(shù)，用戶可以快捷地構(gòu)建自己所需要的儀器系統(tǒng)，它能夠節(jié)省85%以上的程序開發(fā)時間，而運行速度卻幾乎不受影響。因此本課程主要介紹LabVIEW 編程語言以及用LabVIEW作為軟件開發(fā)工具設(shè)計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和虛擬儀器的方法。我們最后把講課內(nèi)容定為介紹LabVIEW 語言的基礎(chǔ)知識，包括界面、菜單、工具、模塊、器件、函數(shù)等，并簡要介紹編程技巧及優(yōu)化策略。通過本課程的學習，學生應(yīng)掌握虛擬儀器設(shè)計的主要思想、圖形化編程語言的原理、方法和應(yīng)用技術(shù)。具體內(nèi)容為：LabVIEW 基礎(chǔ)、程序結(jié)構(gòu)、字符串、數(shù)組、簇和矩陣、圖表和圖形、文件I/O、數(shù)據(jù)采集與儀器控制、LabVIEW 應(yīng)用-信號處理、屬性節(jié)點和方法節(jié)點。這些內(nèi)容是虛擬儀器編程的基礎(chǔ)，有了這些基礎(chǔ)知識，學生看范例或者他人的程序就比較方便。

課程內(nèi)容安排最主要的措施是加強了實踐教學環(huán)節(jié)，理論與實際密切聯(lián)系。本課程安排一半學時也就是16 學時為教師講授的時間，邊講邊帶著學生操作，讓學生盡快熟悉LabVIEW 編程語言的內(nèi)容、方法和技巧。另外16 學時為學生動手實踐的時間，學生在了解了基本原理和編程方法之后，必須通過上機實踐，編寫程序，上機聯(lián)調(diào)，才能真正掌握。同時，實踐教學對于提高學生綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神與實踐能力具有特殊作用。課堂教學全部在機房進行。

3 授課模式

傳統(tǒng)的教學模式是以傳授書本知識即間接經(jīng)驗為主，幫助學生掌握課程的知識點和知識體系，掌握一定的學科思維方法，但是傳授的知識是死的知識，學生不會運用，這也就是目前很多軟件編程課學生學完以后仍然不會編程的原因。為了避免出現(xiàn)這種情況，我們最早是借鑒NI公司的商業(yè)培訓(xùn)課的教學模式，把以系統(tǒng)傳授知識為主的傳統(tǒng)教學模式改變?yōu)橥耆詫崙?zhàn)練習為中心的新的教學模式，但是這種方法也有一個弊端，因為實戰(zhàn)練習的程序每一步都很清楚，學生跟著做完后其實仍然沒有掌握。我們認為，學生能力培養(yǎng)需遵循由淺入深、由簡單到復(fù)雜、從知識掌握到能力培養(yǎng)的順序漸進的過程。因此，采取講練結(jié)合，邊講邊練，強調(diào)實訓(xùn)的教學方法是比較合適的，讓學生自己發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。

我們現(xiàn)在的授課模式是，在授課過程中，新講授的內(nèi)容基本是老師帶著學生操作，并且完成一個簡單的程序，這是學生熟悉新知識的階段。這個階段由老師帶著做，可以減少學生不必要的摸索時間。做一個簡單的程序，既能讓學生學習新知識的應(yīng)用，又能讓他們體會成功的喜悅，激發(fā)他們的學習熱情。然后，給他們布置幾個題目，在課堂上讓他們自己編程完成。這時，學生需要消化吸收所學內(nèi)容并將其應(yīng)用，這是知識的掌握階段。這些題目有一定難度，但是學生經(jīng)過思索后仍然可以解出，這種有一定挑戰(zhàn)性的題目，能提高他們的興趣，增強他們克服困難的信心。這些題目的完成結(jié)果計入平時成績，可以防止一些只準備混學分的同學偷懶。最后的課程設(shè)計，學生需要綜合運用所學知識開發(fā)出一個儀器或系統(tǒng)，學生需要掌握軟硬件設(shè)計與調(diào)試技術(shù)，并且需要結(jié)合以前學過的電路知識、傳感器、信號處理以及電子測量等課程的知識，在編程過程中學生會不斷發(fā)現(xiàn)問題和提出問題，自己嘗試著去尋求問題的答案，探索解決問題的途徑和方法，把積累知識的過程變成同時形成能力的過程，在增進知識的同時增進創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力，學生會受到較全面的訓(xùn)練。這個階段學生也需要互相學習和探討，可以增強他們的團結(jié)互助精神。

我們曾經(jīng)嘗試過半雙語教學[2]，也就是用英文的教材和教案，漢語授課，但是結(jié)果并不是太好，因為學生的英語水平?jīng)]到一定程度雙語教學會增加他們的學習難度，不利于提高他們的學習興趣。

4 考核方式

這門課程是一門實踐性很強的課程，因此考核方式也應(yīng)該突出這一特點。原來采用期末課程設(shè)計加平時成績的方式，但是發(fā)現(xiàn)很多學生學得還是不夠扎實，理論知識不夠，因此采用了新的考核方法，增加了期末的筆試，開學伊始就向?qū)W生做了說明，促使學生重視這門課程認真學習，同時也能夠更全面更客觀地考察學生的知識和能力。

本課程的課程設(shè)計是讓每個學生綜合應(yīng)用所學內(nèi)容設(shè)計一個虛擬儀器，這是多門理論課程融合、理論與實踐結(jié)合的一個很好的環(huán)節(jié)，也是對學生的知識掌握、綜合設(shè)計能力、創(chuàng)新實踐能力以及文字語言表述能力進行全面的考核。采用開放式的考查方式，不限定具體的題目，學生可以自由發(fā)揮，選擇自己感興趣的課題，鼓勵學生在設(shè)計過程中的創(chuàng)造性工作，要求每個學生獨立完成避免抄襲現(xiàn)象的發(fā)生。同時考慮到有些學生能力所限，沒有自己選擇課題的能力，給這些學生提供一些參考選題。比如把數(shù)字電路、模擬電路、數(shù)字信號處理、高頻電子電路、通信原理的一些實驗用LabVIEW 編程實現(xiàn)。把這些實驗經(jīng)過匯總和完善，可以在這些課程的課堂教學中用于演示或者代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實驗箱用于學生實驗。

5 結(jié)語

虛擬儀器是當前測量儀器發(fā)展的一個重要方向，它為各行業(yè)、各學科提供了一個通用的設(shè)計、研究、實驗環(huán)境，同時它也是學生多門理論課程融合、理論與實踐結(jié)合的一個很好的環(huán)節(jié)。

為了達到較好的教學效果，我們綜合對現(xiàn)行的軟件編程課的教學模式進行了改革，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、動手能力和解決問題的能力。經(jīng)過幾年的實踐證明，這種教學方法較好的激發(fā)了學生的學習興趣，提升了他們的學習潛力。

“虛擬儀器技術(shù)“課程的開設(shè)，不僅使學生初步掌握了先進的測試技術(shù)，也帶動了學校實驗室設(shè)備和技術(shù)的更新以及教師教學觀念、方法和手段的改進。

[1]李梅，陳玉東，彭國華，劉慧芳.“虛擬儀器技術(shù)”課程教學方法的探索.煤炭高等教育，2004，(增刊)：75-76.

[2]李梅，沈海鴻，傅平.關(guān)于專業(yè)課雙語教學的思考.改革與探索（中國地質(zhì)大學教育教學研究論文集）.2005，121-123.

[3]張水英.“通信原理”課程教學改革探索[J].電氣電子教學學報，2003，25(5)：12-14.