相比傳統(tǒng)儀器，虛擬儀器具有開放性、靈活性并可與計算機技術保持同步發(fā)展、能夠實時升級、價格低、利用率高、維護成本低等優(yōu)點，對教學尤其是實驗教學有著傳統(tǒng)儀器無法比擬的優(yōu)勢。

一、虛擬儀器簡介

20世紀80年代末期，美國成功研制出了虛擬儀器，其發(fā)展也標志著電子測量和自動檢測儀器領域的革新。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(tǒng)。通過運用PC計算機的顯示器的顯示功能模擬傳統(tǒng)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(tǒng)。

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(xiàn)。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(xiàn)虛擬儀器的功能，體現(xiàn)著計算機與測試技術深入的結合。第二層意思是指虛擬儀器的面板是虛擬構成的。與傳統(tǒng)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、虛擬儀器應用于測控教學的必要性

我國高等學校工科一般普遍開設例如《控制工程》、《工程測試技術》等專業(yè)基礎課，這些課程綜合和汲取了各學科的新發(fā)展、新成就，是一門綜合性極強的學科，同時它對新發(fā)展的技術有較高的要求，敏銳度較高，這樣以來對于學生的學習也就提出了一些新要求。第一，學生應明確建立頻譜的結構概念，掌握數(shù)字分析、頻譜分析等相關概念與基本原理。第二，學生要能夠掌握并準確運用各種測試裝置，明確他們的基礎特性、使用方法、測試評價方法等。第三，工科學生應了解各種常用傳感器、記錄儀器、信號調(diào)理電路等儀器設備的性能與工作原理，會選用并恰當使用，掌握一二階系統(tǒng)動態(tài)特性和必要的測定方法。第四，學生需要動態(tài)測試工作的完整流程及其先關概念，能夠運用并完成機械工程中參量的測量與記錄。

通過以上的此類專業(yè)學生應該掌握的課程內(nèi)容與要求中可以看出，這些課最大的特征就是有極強的實踐性要求，具體內(nèi)容也是較為抽象的，學生需要通過大量的實驗與演示去理解課程內(nèi)容，這樣才有利于學生更好的理解和掌握基本的原理和概念，才能提高后期實踐動手的能力。這樣以來，我們在課堂中就需要有虛擬儀器來幫助教學，它在此類學科教學中無可比擬的優(yōu)勢。

三、虛擬儀器在課堂教學中的應用

前文我們已經(jīng)提到，在測控技術與儀器專業(yè)等工程的課程教學過程中強調(diào)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，因為這樣才能使得原本抽象性極強的課程變得更容易理解，讓學生更容易掌握，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(xiàn)實的。為了滿足課程教學的現(xiàn)實需要，也能夠滿足現(xiàn)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(chǎn)生到分析、處理、存儲通過一臺PC機就可以實現(xiàn)，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(jù)上課內(nèi)容與課程要求的變化隨時調(diào)整實驗數(shù)據(jù)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(nèi)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。

四、虛擬儀器在實驗教學中的應用

“實踐出真知”，任何知識只有學以致用，將書本中得理論知識與實踐相結合，在實際操作中得到應用才是最終學習的目的，前文我們所提及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(tǒng)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(shù)據(jù)的采集方法。然而在實際教學中卻越到了現(xiàn)實的瓶頸，工科專業(yè)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(xiàn)代技術的不斷發(fā)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(xiàn)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(xiàn)有的計算機設備與虛擬軟件結合起來，創(chuàng)新一種實驗模式，在具體教學中采用虛擬儀器、實測信號、數(shù)據(jù)采集卡相結合的實驗方式不僅可以節(jié)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。

以機械傳動實驗來說，在虛擬儀器的幫助下，實驗傳動部分可以隨意更換硬件模塊，學生可以根據(jù)課程內(nèi)容要求自主設計不同的傳動方案，例如可以將單片機設計為下位機，而上位機則可以采用虛擬軟件LabVIEW來配合，單片機通過數(shù)據(jù)采集卡收集起來，上位機接受這些數(shù)據(jù)并利用虛擬儀器軟件LabVIEW來處理數(shù)據(jù)、顯示波形、存儲及生成報表，同時還可以完成對電動機轉速和載荷進行控制。此軟件還有一個最大的特點是虛擬軟件的替換性與通用性，具有非常高的靈活性，軟件采用了組建模塊化的設計，將各個組件與虛擬儀器設備相結合，基本及常用功能驚醒模塊設計，做實驗的同學可以根據(jù)實驗要求而靈活地調(diào)用這些模塊，使得實驗變的非常方便。如果有學生有能力自己開發(fā)組件來擴充系統(tǒng)功能，也是值得鼓勵的，這樣可以提高的學生的創(chuàng)新和實際的能力，而不只是原來按指導書上的要求去機械地去做實驗了。

還一個值得注意的現(xiàn)象是隨著我國教育教學條件的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡實驗和遠程實驗操作已經(jīng)成為了目前的新趨勢，LabVIEW很好地順應了這一形勢。值得一提的是LabVIEW為了滿足不同應用、不能層次的需要而提供了多種網(wǎng)絡通信途徑供用戶自行選擇，通過其中的Remote Paner功能可以利用Web，使得用戶可以不需要編程即能夠在遠程的計算機上連接本地面板并操作此服務器上的軟件，進行數(shù)據(jù)的收集，還可以通過LabVIEW或者瀏覽器直接進行控制。這樣非常使得學生的學習實驗變得非常的便利，學生可以不去實驗室即可完成實驗操作，他們只需要在任何有網(wǎng)絡的地方就可以進行實驗，方便了教與學，也實現(xiàn)了教學資源的真正共享。

五、結束語

面對當前新的教學要求與教學形勢，為了適應期需求就要求我們不斷摸索新的教學手段和教學方法，虛擬儀器正好為我們在測控教學中提供了新思路。虛擬儀器不管是在實驗教學過程中，還是在課堂教學中都讓我們感受到運用高科技教學方法的創(chuàng)新之路。

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