1硬件構(gòu)成

檢測系統(tǒng)主要由信號接口及虛擬儀器兩部分構(gòu)成(圖1)。待測信號由控制機(jī)柜上的接口引出，通過信號選擇、調(diào)理之后送入工控機(jī)，由數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并最終由數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行分析、顯示、存儲等。步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)由脈沖控制器、驅(qū)動電路和步進(jìn)電機(jī)等幾部分構(gòu)成，根據(jù)不同的檢測要求如常規(guī)檢測、實時監(jiān)控和故障診斷等，需要對脈沖控制器的輸出、驅(qū)動電路的輸出以及電機(jī)繞組的信號分別進(jìn)行檢測。為更有效的利用采集卡的硬件資源以及計算機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力，在接口部分設(shè)置了信號選擇電路，負(fù)責(zé)把需要檢測的信號送入后續(xù)系統(tǒng)。接口電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，通過兩個選擇開關(guān)的不同組合，分別實現(xiàn)從驅(qū)動板輸入級引出脈沖控制器信號、從驅(qū)動板輸出級引出驅(qū)動電路信號、從電機(jī)回路引出步進(jìn)電機(jī)繞組電流信號。

信號調(diào)理電路采用運(yùn)算放大器對取樣電阻兩端的信號進(jìn)行差分運(yùn)算，得到電壓、電流信號并以單端方式輸出至數(shù)據(jù)采集卡。步進(jìn)電機(jī)常采用方波電壓驅(qū)動，從其頻譜構(gòu)成來看包含一定的高頻成分，屬于有突變的大幅值信號，故選用LM318高速寬帶運(yùn)算放大器，其增益帶寬為15MHz，轉(zhuǎn)換速率為70V/μs。為進(jìn)一步提高待測信號的信噪比，減小軟件數(shù)據(jù)處理的難度以及減少運(yùn)算量，在LM318的電源部分加入了2個1000μF的電解電容退耦合，在其輸出端加入了0.2μF的瓷片電容以濾除高頻噪聲。

虛擬儀器的硬件采用基于PCI總線技術(shù)的DAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，選用的PCI-6071E數(shù)據(jù)采集卡可實現(xiàn)對32個步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動電路和脈沖控制器的多路并行檢測。

2軟件設(shè)計

根據(jù)模塊化的編程思想，檢測程序(圖3)的結(jié)構(gòu)自上而下分為主程序?qū)印⑦壿媽?、?qū)動層。主程序?qū)佑捎脩艚缑婧蜏y試執(zhí)行部分構(gòu)成，邏輯層負(fù)責(zé)邏輯關(guān)系的驗證以及相關(guān)決策的制定，驅(qū)動層負(fù)責(zé)與儀器、被測設(shè)備以及其他應(yīng)用程序之間的通信。軟件的開發(fā)平臺為NI公司的LabVIEW。檢測程序的主要任務(wù)為多通道的數(shù)據(jù)采集、分析和存儲，因此程序的優(yōu)化及運(yùn)行效率問題都顯得較為重要，在軟件的開發(fā)中運(yùn)用了LabVIEW所支持的多項先進(jìn)編程技術(shù)，如數(shù)據(jù)流、多線程、定時循環(huán)、狀態(tài)機(jī)等。

摘要：“虛擬儀器”是中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）自動化學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)開設(shè)的專業(yè)選修課。本文擬結(jié)合“虛擬儀器”課程教學(xué)的內(nèi)在規(guī)律及主要目的，將“翻轉(zhuǎn)課堂”這一創(chuàng)新教學(xué)理念應(yīng)用到該課程，以期改變傳統(tǒng)教學(xué)中“以教師為中心”的模式，從而建立新的教學(xué)機(jī)制。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；測控技術(shù)與儀器；翻轉(zhuǎn)課堂

一、課程概況

“虛擬儀器”是中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）自動化學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)開設(shè)的專業(yè)選修課，該課程要求學(xué)生掌握虛擬儀器的概念和基礎(chǔ)知識，同時初步具備利用LabVIEW開發(fā)測控系統(tǒng)的能力，為將來利用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)測控系統(tǒng)和儀器儀表奠定基礎(chǔ)，因此在整個本科教學(xué)體系中占有重要地位。本文的主要目的是測控技術(shù)與儀器專業(yè)本科生來展開研究，并以專業(yè)課“虛擬儀器”為例來對該專業(yè)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的應(yīng)用進(jìn)行研究和探索，以期改變傳統(tǒng)教學(xué)中“以教師為中心”的模式，從而建立新的教學(xué)機(jī)制。

二、教學(xué)模型設(shè)計

翻轉(zhuǎn)課堂通過對知識傳授和知識內(nèi)化的互換，從而改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式中的師生角色定位。該方法最早由美國邁阿密大學(xué)的Lage在“經(jīng)濟(jì)學(xué)入門”的教學(xué)中采用[1，2]。本文對“虛擬儀器”課堂時間的使用進(jìn)行重新規(guī)劃，以實現(xiàn)對傳統(tǒng)教學(xué)模式的革新[3，4]。通過信息技術(shù)，為“虛擬儀器”學(xué)習(xí)者構(gòu)建出小組合作式的學(xué)習(xí)環(huán)境。為取得卓有成效的基于翻轉(zhuǎn)課堂的“虛擬儀器”的教學(xué)效果，本文首先構(gòu)建了下圖所示的基于翻轉(zhuǎn)課堂的“虛擬儀器”閉環(huán)教學(xué)模型。該教學(xué)模型包括課前自主學(xué)習(xí)和課上的項目驅(qū)動式學(xué)習(xí)兩部分。在這兩個過程之中，虛擬儀器學(xué)習(xí)支持體系和項目合作小組是翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)環(huán)境創(chuàng)設(shè)的兩個有力杠桿，它們的順利開展能夠有力保證個性化小組協(xié)作式學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建與生成，同時是教師與學(xué)生間、學(xué)生與學(xué)生間互動的必要條件之一[5]。在課前學(xué)習(xí)中。以觀看虛擬儀器教學(xué)微視頻、課前基本知識點練習(xí)為主。學(xué)生應(yīng)首先通過上節(jié)課的微視頻進(jìn)行知識點預(yù)習(xí)；為保證學(xué)生的注意力能夠集中到教學(xué)視頻上，每段視頻的時間控制在15分鐘以內(nèi)。由于虛擬儀器教學(xué)以LabVIEW軟件為主要的軟件平臺，該軟件特別強(qiáng)調(diào)上機(jī)時間操作，因此擬在視頻教學(xué)完畢后，課前基本知識點上機(jī)練習(xí)題。在上述過程中，學(xué)生和教師可通過虛擬儀器QQ群進(jìn)行在線互動，了解彼此之間的收獲與疑問，此外學(xué)生之間也能進(jìn)行互動。對于課前練習(xí)的數(shù)量和難易程度，本課程通過開展實驗，以實現(xiàn)合理設(shè)計，來幫助學(xué)生利用舊知識完成向新知識的遷移過渡。全部完成后，練習(xí)題的源代碼在指定時間內(nèi)由學(xué)生上傳至公共郵箱。在課內(nèi)學(xué)習(xí)中。首先，在課前小程序練習(xí)中的高頻錯誤點以及效果評價的基礎(chǔ)上，確定學(xué)生的薄弱知識環(huán)節(jié)與問題，對課內(nèi)教學(xué)的知識點進(jìn)行重難點調(diào)整與劃分，并展開統(tǒng)一教學(xué)。隨后，為學(xué)生提供獨立學(xué)習(xí)時間：由學(xué)生自由搭建學(xué)習(xí)小組，對教師項目進(jìn)行合作研究，從而培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力。在指定時間內(nèi)完成后，輪流由各個小組進(jìn)行成果PPT匯報。

摘要:本文描述了基于虛擬儀器思想在實際測控系統(tǒng)中的應(yīng)用。通過選用多功能數(shù)據(jù)采集卡和信號調(diào)理電路組成自動測試系統(tǒng)，軟件開發(fā)以專業(yè)測控工具LabWindows/CVI為平臺，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、分析和處理。使整個測控系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)又便于操作，同時易于改進(jìn)和功能擴(kuò)展。同時，與基于傳統(tǒng)的開發(fā)平臺的測控系統(tǒng)進(jìn)行了比較。

關(guān)鍵詞:虛擬儀器；Labwindows/CVI；數(shù)據(jù)采集

一、引言

虛擬儀器是以一種全新的理念來設(shè)計和發(fā)展的儀器，它是20世紀(jì)90年展起來的一項新技術(shù)。虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種自動測試、過程控制、儀器設(shè)計、數(shù)據(jù)分析和自動化的應(yīng)用。靈活高效的軟件能幫助您創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，其基本思想是在儀器設(shè)計或測試系統(tǒng)中盡可能用軟件代替硬件，即“軟件就是儀器”，它是在通用計算機(jī)平臺上，根據(jù)用戶需求來定義和設(shè)計儀器的測試功能，其實質(zhì)是充分利用計算機(jī)的最新技術(shù)來實現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能，這種測試儀器的硬件功能軟件化，給測試儀器帶來了深刻的變化，因此虛擬儀器代表了當(dāng)前測試儀器發(fā)展的方向之一。

二、虛擬儀器的特點和構(gòu)成

2.1虛擬儀器的特點

虛擬儀器是以一種全新的理念來設(shè)計和發(fā)展的儀器，他是90年展起來的一項新技術(shù)，主要用于自動測試、過程控制、儀器設(shè)計和數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域，其基本思想是在儀器設(shè)計或測試系統(tǒng)中盡可能用軟件代替硬件，即“軟件就是儀器”，他是在通用計算機(jī)平臺上，根據(jù)用戶需求來定義和設(shè)計儀器的測試功能，其實質(zhì)是充分利用計算機(jī)的最新技術(shù)來實現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能。

1虛擬儀器的特點和構(gòu)成

1.1虛擬儀器的特點

與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有高效、開放、易用靈活、功能強(qiáng)大、性價比高、可操作性好等明顯優(yōu)點，具體表現(xiàn)為：

智能化程度高，處理能力強(qiáng)虛擬儀器的處理能力和智能化程度主要取決于儀器軟件水平。用戶完全可以根據(jù)實際應(yīng)用需求，將先進(jìn)的信號處理算法、人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)應(yīng)用于儀器設(shè)計與集成，從而將智能儀器水平提高到一個新的層次。

復(fù)用性強(qiáng)，系統(tǒng)費(fèi)用低應(yīng)用虛擬儀器思想，用相同的基本硬件可構(gòu)造多種不同功能的測試分析儀器，如同一個高速數(shù)字采樣器，可設(shè)計出數(shù)字示波器、邏輯分析儀、計數(shù)器等多種儀器。這樣形成的測試儀器系統(tǒng)功能更靈活、更高效、更開放、系統(tǒng)費(fèi)用更低。通過與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，還可實現(xiàn)虛擬儀器的分布式共享，更好地發(fā)揮儀器的使用價值。

所謂虛擬儀器是基于計算機(jī)的軟、硬件測試平臺。由計算機(jī)、應(yīng)用軟件和儀器硬件組成，它可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、頻譜分析儀等；可集成于自動控制、工業(yè)控制系統(tǒng)；還可以自由構(gòu)建成專有儀器系統(tǒng)。在虛擬儀器系統(tǒng)中，軟件成為整個儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵，使用者可以通過修改軟件的方法，方便地改變、增加儀器系統(tǒng)的參數(shù)和功能，所以有“軟件即儀器”之說[1]。結(jié)合虛擬儀器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的虛擬實驗室研究，國際上始于20世紀(jì)80年代末，現(xiàn)己取得了許多有代表性的成果，應(yīng)用于科學(xué)研究與實驗教學(xué)。如美國斯坦福大學(xué)的遠(yuǎn)程光學(xué)實驗室，學(xué)生可以遠(yuǎn)程登錄該光學(xué)實驗室做實驗。又如美國伊利諾伊((Illinois)大學(xué)的Nmrsope系統(tǒng)，通過Internet研究人員在任何地方都能使用伊利諾伊大學(xué)的儀器等等[2]。

目前國內(nèi)大學(xué)通信專業(yè)的實驗教學(xué)中，如通信原理和數(shù)字信號處理的實驗課等，都以虛擬儀器作為示例，對信號進(jìn)行分析。但往往由于信號生成、顯示和分析儀器的成本比較高，尤其是帶有頻譜分析和測量功能的儀器價格尤為昂貴，使得這部分的實驗無法普遍實施。PC機(jī)聲卡具有兩路AD和兩路DA，采樣率最高可達(dá)到44100Hz，采樣深度可達(dá)到16bit。由于其成本低廉且功能強(qiáng)大。由于PC機(jī)聲卡只適用于音頻領(lǐng)域，即輸入信號頻率必須處于20~20000Hz的音頻范圍內(nèi)，這個系統(tǒng)在處理速度和帶寬方面也具有一定的局限性。如果利用PC機(jī)聲卡作為音頻數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備，使用適當(dāng)?shù)奶摂M儀器軟件編程技術(shù)就可以組成一個低成本高性能的信號采集與分析處理系統(tǒng)，方便學(xué)生理解理論內(nèi)容，簡化了課程的實驗，甚至能夠讓有興趣的學(xué)生對現(xiàn)有虛擬儀器系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。這是我們研究該課題的意義之所在，希望通過我們的研究，能夠建立一個性價比較高的音頻信號分析系統(tǒng)，并將該結(jié)果應(yīng)用于大學(xué)通信專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的實驗教學(xué)中，從而讓學(xué)生理解信號分析的概況。

1基于聲卡的音頻虛擬儀器系統(tǒng)

之所以對音頻信號感興趣，是因為日常生活中存在著大量的音頻信號，比如：話音信號。另外，在通信專業(yè)的實驗教學(xué)中，以音頻信號作為示例，足以讓學(xué)生理解信號分析的概況。本文介紹一套基于Labwindows/CVI的音頻處理系統(tǒng)，LabWindows/CVI是NationalInstruments公司推出的一套面向測控領(lǐng)域的軟件開發(fā)平臺。它以ANSIC為核心，將功能強(qiáng)大、使用靈活的C語言平臺與數(shù)據(jù)采集、分析和表達(dá)的測控專業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來。它的集成化開發(fā)平臺、交互式編程方法、豐富的控件和庫函數(shù)大大增強(qiáng)了C語言的功能，為熟悉C語言的開發(fā)人員建立檢測系統(tǒng)、自動測量環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和過程監(jiān)控系統(tǒng)等提供了一個理想的軟件開發(fā)環(huán)境[3]。本系統(tǒng)實現(xiàn)了示波器、信號發(fā)生器、頻率計的功能，在音頻范圍內(nèi)可完全替代成型的音頻信號分析儀器。這并不是仿真軟件，而是實用的工具，這些虛擬儀器可以很好的工作。使用起來也很方便，只需要一根音頻電纜，一頭接入聲卡LineIn口，一頭接入聲卡SpeakOut口。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

1.1虛擬信號發(fā)生器虛擬音頻信號發(fā)生器利用PC機(jī)聲卡的耳機(jī)插孔發(fā)出信號，能夠產(chǎn)生兩路音頻信號。頻率范圍在20~9999Hz，電壓有效值為0~3V，信號類型有正弦波、方波、三角波、鋸齒波和用戶自定義5種波形。在“高級設(shè)置”中可對兩路信號的同步進(jìn)行調(diào)整，也就是設(shè)置兩路信號的初始相位差，調(diào)整范圍為0~2π。系統(tǒng)面板圖如圖2所示。一旦系統(tǒng)運(yùn)行，就有聲音信號生成并通過聲卡通道輸出，發(fā)生器1通過左聲道輸出，發(fā)生器2通過右聲道輸出，可以通過揚(yáng)聲器收聽輸出的音頻信號的聲音，也可以通過虛擬示波器或真實示波器對信號進(jìn)行顯示。

1.2虛擬示波器示波器通過聲卡LineIn口輸入音頻信號，實現(xiàn)了雙通道示波器的所有功能，包括時基調(diào)整、幅度調(diào)整、偏移調(diào)整、雙通道組合顯示等，普通實驗室中雙通道示波器具有的功能這個系統(tǒng)都能實現(xiàn)。最后這個系統(tǒng)還能對信號進(jìn)行2048點的頻譜分析，相當(dāng)于一臺簡易頻譜分析儀。通過對音頻信號采集、分析信號可以顯示其時域波形和頻譜圖。程序面板圖如圖3所示。信號分析部分充分利用模塊化軟件設(shè)計方法，開發(fā)了信號的波形、頻譜分析。在這個基礎(chǔ)上，通過程序的擴(kuò)展，還可以開發(fā)諸如：FIR、IIR數(shù)字濾波器等其他的數(shù)字信號處理功能。總之，本虛擬信號采集與分析系統(tǒng)對信號采集與分析系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行了深入的探討，完成了信號分析和信號處理的基本功能。分析儀界面友好，使用方便。

摘要:為提高電子實驗室的使用質(zhì)量及效率，對電子實驗室進(jìn)行設(shè)計。在對電子實驗室現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了虛擬儀器電子實驗室的整體結(jié)構(gòu)，以及基本硬件電路和軟件程序的實現(xiàn)路徑，硬件部分通過PCI總線同計算機(jī)相連。通過在電子實驗室引入虛擬儀器技術(shù)，實現(xiàn)了對實驗環(huán)境的有效模擬以及電子測量中電路設(shè)計和相關(guān)實驗仿真，在提高學(xué)生實踐能力的同時節(jié)約了教育資金。

關(guān)鍵詞:虛擬儀器;虛擬環(huán)境;開放型虛擬電子實驗室;電路設(shè)計

隨著各行業(yè)及高校對學(xué)生實踐能力重視程度不斷提高，各高校尤其是工科類院校教學(xué)計劃中的實踐教學(xué)占比不斷提高，意在通過實踐與理論的有效結(jié)合，全面提升學(xué)生的綜合能力。實踐教學(xué)在提高實踐創(chuàng)新能力方面發(fā)揮著重要作用，目前在提高實驗室實驗質(zhì)量及效率的同時降低投入成本成為高校建設(shè)與改革實驗、實訓(xùn)室的主要目標(biāo)?？焖侔l(fā)展完善的計算機(jī)技術(shù)及儀器儀表技術(shù)，促使傳統(tǒng)儀器向虛擬儀器發(fā)展，通過引入虛擬儀器技術(shù)及平臺完成虛擬儀器電子實驗室教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用，已成為高校改革和完善實驗、實訓(xùn)教學(xué)工作的有效手段，建設(shè)虛擬儀器電子實驗室的重點在于對構(gòu)成虛擬儀器設(shè)備進(jìn)行充分運(yùn)用。

1需求分析

隨著高校招生規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及各專業(yè)對實驗實訓(xùn)需求的不斷提高，作為高校教學(xué)及課題研究的重要場所，實驗室教學(xué)過程對相關(guān)測試儀器及設(shè)備等的質(zhì)量及數(shù)量要求隨之增加，而通常實驗儀器設(shè)備的使用及維護(hù)管理成本較高，并且部分設(shè)備技術(shù)更新速度較快，導(dǎo)致部分高校實驗室硬件資源緊缺問題日益突出?？焖侔l(fā)展的虛擬現(xiàn)實技術(shù)為電子測量、設(shè)計、實驗等領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展提供了技術(shù)支撐，在數(shù)據(jù)存儲、分析及顯示方面虛擬儀器技術(shù)具備較大的優(yōu)勢，虛擬儀器技術(shù)通過計算機(jī)與儀器硬件間的有效結(jié)合，實現(xiàn)了計算機(jī)數(shù)據(jù)處理同現(xiàn)場測量、控制儀器硬件功能的有效結(jié)合，在提高儀器性能的同時降低了儀器使用成本，此種儀器模式具備優(yōu)越的性價比，受到各高校實驗室的青睞，在改造、建設(shè)高校實驗室過程中通過虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用可使實驗室的使用及維護(hù)成本得到顯著降低?；谔摂M儀器的電子實驗室通過相關(guān)軟件的優(yōu)化與完善，可有效提高高校實驗教學(xué)質(zhì)量［1］。

2虛擬電子實驗室的構(gòu)建

近年來，虛擬儀器技術(shù)在航空、航天、航海、通信、汽車、半導(dǎo)體、生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，從簡單的儀器控制、數(shù)據(jù)采集到尖端的測控和工業(yè)自動化，從大學(xué)實驗室到工業(yè)現(xiàn)場，從探索研究到技術(shù)集成，可以發(fā)現(xiàn)虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用的很多實例。國內(nèi)外學(xué)者對此作了很多的研究工作，也發(fā)表了不少相關(guān)文章或論文，但在運(yùn)動控制方面，卻探討的不多。因此，筆者想就虛擬儀器技術(shù)在步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，談?wù)勛约旱囊恍┏醪教接懞腕w會。

一、虛擬儀器與運(yùn)動控制

1.虛擬儀器與圖形化編程語言-LabVIEW

虛擬儀器(即VirtualInstrument，簡稱NI)是一種基于計算機(jī)的儀器，就是在通用計算機(jī)上加上軟件和(或)硬件，使得使用者在操作這臺計算機(jī)時，就象是在操作一臺他自己設(shè)計的專用的傳統(tǒng)電子儀器。在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入輸出，軟件才是整個儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵，任何一個使用者都可以通過修改軟件的方法，很方便地改變、增減儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模，所以有“軟件就是儀器”之說。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)，徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶無法改變的模式，虛擬儀器技術(shù)給用戶一個充分發(fā)揮自己的才能、想象力的空間。用戶(而不是廠家)可以隨心所欲地根據(jù)自己的需求，設(shè)計自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的應(yīng)用需求。

虛擬儀器系統(tǒng)是計算機(jī)系統(tǒng)與儀器系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它利用PC計算機(jī)強(qiáng)大的圖形編程環(huán)境和在線幫助功能，結(jié)合相應(yīng)的硬件，快速建立人機(jī)交互界面的虛擬儀器面板，完成對儀器或設(shè)備的控制、數(shù)據(jù)分析與顯示，提高儀器的功能和使用效率，大幅度降低儀器的價格，使用戶可以根據(jù)自己的需要定義儀器的功能，方便地對其進(jìn)行維護(hù)、擴(kuò)展、升級等。

LabVIEW是美國NI公司利用虛擬儀器(virtualinstnlments)技術(shù)開發(fā)的32位，主要面向計算機(jī)測控領(lǐng)域的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺。LabVIEW同時也是一一種功能強(qiáng)大的圖形編程語言，但它與傳統(tǒng)的文本編程語言(如c語言)不同，采用了一種基于流程圖的圖形化編程形式，因此也被稱為G語言(graphicallanguage)。這種圖形化的編程形式，方便了非軟件專業(yè)的工程師快速編制程序。LabVIEW也不同于傳統(tǒng)文本式的編程語言的順序執(zhí)行方式，而是采用了數(shù)據(jù)流的執(zhí)行方式，這種方式要求程序僅在各節(jié)點已獲得它的全部數(shù)據(jù)后才執(zhí)行。

摘要：文章以空軍工程大學(xué)為例，從“虛擬儀器技術(shù)及應(yīng)用”課程教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問題出發(fā)，提出了“虛擬儀器技術(shù)及應(yīng)用”課程教學(xué)改革的策略，即重點在引入新的教學(xué)方法、設(shè)定不同層次的教學(xué)目標(biāo)、充實實踐教學(xué)五節(jié)等。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器技術(shù)；學(xué)導(dǎo)式教學(xué)法；教學(xué)改革

虛擬儀器技術(shù)是電氣工程、自動化、計算機(jī)應(yīng)用等領(lǐng)域的一項新興技術(shù)，目前已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，并正在快速發(fā)展之中。為了幫助學(xué)生掌握這一新興技術(shù)，現(xiàn)階段國內(nèi)高校理工科學(xué)校以及部分醫(yī)學(xué)院校都普遍開設(shè)了相關(guān)的課程。從2010年開始，空軍工程大學(xué)將虛擬儀器技術(shù)相關(guān)知識納入到了課程知識體系中，并從2012年開始，單獨開設(shè)“虛擬儀器技術(shù)及應(yīng)用”課程。根據(jù)人才培養(yǎng)方案，學(xué)校將“虛擬儀器技術(shù)及應(yīng)用”課程定位為一門各專業(yè)通用專業(yè)基礎(chǔ)課、工具課，一般在三年級下學(xué)期或四年級上學(xué)期開設(shè)。經(jīng)過前面基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，此時的學(xué)生對專業(yè)方向有了較為深入的了解，并具備基本的專業(yè)知識，教學(xué)效果應(yīng)該不錯。然而，我們在課程教學(xué)過程中卻發(fā)現(xiàn)教學(xué)效果并沒有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。通過與學(xué)生的深入溝通，我們認(rèn)為其原因主要有以下幾方面。第一，學(xué)生對課程學(xué)習(xí)目的不明確，沒有認(rèn)識到所學(xué)知識對培養(yǎng)職業(yè)能力的重要作用。第二，學(xué)習(xí)內(nèi)容偏向軟件知識，對硬件系統(tǒng)搭設(shè)重視不夠或者有意回避。第三，教學(xué)形式上，僅有部分學(xué)生能主動參與到教學(xué)活動中，學(xué)習(xí)積極性沒有得到充分調(diào)動。第四，由于學(xué)時限制，要求在短時間內(nèi)系統(tǒng)地傳授知識，加之沒有區(qū)別不同的教學(xué)目標(biāo)，造成部分學(xué)生在面對大量新知識時無從下手，甚至畏難放棄。以上問題直接影響到學(xué)生對虛擬儀器技術(shù)的掌握，影響到教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)，有必要及時解決。通過進(jìn)一步討論分析，參考其他課程的改革經(jīng)驗[1-4]，我們認(rèn)為解決上述問題的關(guān)鍵在于對教學(xué)活動進(jìn)行改革，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)動力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。為此，在教學(xué)過程中，我們根據(jù)課堂教學(xué)及實踐教學(xué)兩大環(huán)節(jié)特點，對教學(xué)組織及教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了一些改革，引入了新的教學(xué)方法，改革了課程教學(xué)內(nèi)容，重新設(shè)計了實踐教學(xué)的組織形式，通過多種手段，鍛煉學(xué)生的實踐動手能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)習(xí)慣，從而全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。通過本文所介紹的方法，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性得到了明顯提高，學(xué)習(xí)效果得到了顯著提升，效果顯著。

一、引入新的教學(xué)方法

根據(jù)“虛擬儀器技術(shù)及應(yīng)用”課程特點，參考其他課程的實踐經(jīng)驗，我們引入了“學(xué)導(dǎo)式”教學(xué)法[5-6]。將整個課程教學(xué)分為課前預(yù)備、學(xué)生自學(xué)、集中解惑以及演練交流等環(huán)節(jié)，通過各環(huán)節(jié)之間的有機(jī)配合，構(gòu)成了課程教學(xué)閉環(huán)。根據(jù)各環(huán)節(jié)的任務(wù)及特點，分別明確了教師、學(xué)生在不同環(huán)節(jié)中的主體地位、任務(wù)以及教與學(xué)的方法。具體有以下一些體會。第一，牢固樹立以學(xué)生為教學(xué)主體的理念，并在整個教學(xué)活動中堅持；在教學(xué)準(zhǔn)備中應(yīng)該從學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況入手，進(jìn)行精心準(zhǔn)備，在教學(xué)過程中應(yīng)充分發(fā)揮學(xué)生自身作用，幫助他們實現(xiàn)自我完善、自我突破。第二，在教學(xué)準(zhǔn)備過程中，教師除了完成常規(guī)的課程內(nèi)容準(zhǔn)備外，還要進(jìn)行資料文獻(xiàn)收集整理、自主實驗組織、學(xué)生大作業(yè)輔導(dǎo)檢查等其他工作，教師的工作量會有較大的增加。第三，采用學(xué)導(dǎo)式教學(xué)法對教師的能力素質(zhì)提出了較高的要求，由于絕大部分的教學(xué)時間都是以學(xué)生為主導(dǎo)，教師無法開展預(yù)先準(zhǔn)備，這就要求教師的基本功扎實，對相關(guān)領(lǐng)域的知識掌握充分，具備駕馭課程教學(xué)的能力。

二、革新教學(xué)內(nèi)容及目標(biāo)要求

應(yīng)用領(lǐng)域：

手機(jī)測試

挑戰(zhàn)：

中國的手機(jī)市場發(fā)展迅猛，世界各大手機(jī)廠商競相爭奪手機(jī)用戶。在如此激烈的競爭中，手機(jī)的功能日趨豐富，比如攝像頭、MP3、FM調(diào)頻收音機(jī)等等。同時，手機(jī)通訊協(xié)議也層出不窮，GSM、CDMA、GPRS、CDMA2000、EDGE、WCDMA等等。為了應(yīng)對產(chǎn)品的不斷變化，工程師面臨著提高效率并縮短產(chǎn)品市場化時間的挑戰(zhàn)，他們需要一個靈活而強(qiáng)大的通用測試平臺。我們先來看一個通用測試平臺針對手機(jī)通訊協(xié)議的變化而表現(xiàn)出來的優(yōu)勢。大家知道，2G的協(xié)議比如GSM和CDMA都已被成功地運(yùn)用于市場了，而3G的協(xié)議比如WCDMA，CDMA2000等等是未來的必然趨勢。在從2G到3G的轉(zhuǎn)變中，面臨客戶群、設(shè)備置換、技術(shù)的成熟度風(fēng)險等等問題。運(yùn)營商希望能夠進(jìn)行平滑的過渡，在不丟失已有手機(jī)用戶的情況下，首先升級交換網(wǎng)絡(luò)部分，這使得用戶可以使用過渡期的2.5G產(chǎn)品，然后等時機(jī)成熟時再升級無線網(wǎng)絡(luò)部分達(dá)到3G的標(biāo)準(zhǔn)。2G的測試儀器已經(jīng)比較成熟，3G的測試產(chǎn)品正在加緊開發(fā)，2.5G的專用測試設(shè)備卻由于傳統(tǒng)儀器制造商考慮到研發(fā)成本和市場前景的問題而匱乏。

一家著名的手機(jī)制造商制造了支持EDGE(EnhancedDataratesforGSMEvolution)協(xié)議的2.5G手機(jī)產(chǎn)品，需要針對這一產(chǎn)品的測試方案。EDGE是一個專業(yè)協(xié)議，由于它的出現(xiàn)時間比較短，了解它的人也比較少，要在短期內(nèi)構(gòu)建一個EDGE測試系統(tǒng)是一個巨大的挑戰(zhàn)。為了在市場上與同行競爭，需要在一個月內(nèi)能夠使用這套測試設(shè)備。

應(yīng)用方案：

摘要：虛擬儀器技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于測量與控制領(lǐng)域的工程應(yīng)用之中。同時，該項技術(shù)也可以作為一種有效的教學(xué)工具來提高電子與通信類專業(yè)教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高動手能力和工程經(jīng)驗，加深他們對于所學(xué)課程的理解。本文介紹了虛擬儀器技術(shù)對于金陵科技學(xué)院電子與通信類專業(yè)教學(xué)的作用與意義。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；電子；通信

一、虛擬儀器技術(shù)簡介

虛擬儀器（VirtualInstruments，簡稱VI）的概念，最早是由美國國家儀器公司（NationalInstrumentsCorp.簡稱NI）于1986年提出來的，其基本原理是以計算機(jī)為硬件平臺，使原來需要硬件實現(xiàn)的各種儀器功能盡可能地軟件化，利用高效靈活的軟件控制高性能的硬件來完成各種測試、測量和自動化的應(yīng)用，以便最大限度地降低系統(tǒng)成本，增強(qiáng)系統(tǒng)功能與靈活性。用形象語言來概括虛擬儀器的原理，即“軟件就是儀器”[1]。虛擬儀器在組成和改變儀器的功能和技術(shù)性能方面具有靈活性與經(jīng)濟(jì)性，因而特別適應(yīng)于當(dāng)代科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展和科學(xué)研究不斷深化所提出的更高更新的測量課題和測量需求。

（一）虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于電子與通信類專業(yè)的背景

電子與通信類專業(yè)在金陵科技學(xué)院工程類專業(yè)中占有重要的地位，對我校應(yīng)用型本科專業(yè)的建設(shè)具有示范作用。然而，在這兩個工程類專業(yè)的教學(xué)中長期存在一些問題，具體表現(xiàn)為：1.重視理論知識的學(xué)習(xí)，輕視動手能力和實踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)，學(xué)生動手能力差，工程實踐經(jīng)驗明顯不足，而這些問題又反過來弱化學(xué)生對于理論知識的理解，最終導(dǎo)致學(xué)生對所學(xué)專業(yè)缺乏興趣與信心[2]。2.從未或很少將真實的物理信號引入課堂教學(xué)中，導(dǎo)致教學(xué)過程理論脫離實際，學(xué)生對于本專業(yè)的理論知識和應(yīng)用場景缺乏真實的、直觀的認(rèn)識。3.理論學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)與實踐實習(xí)環(huán)節(jié)相脫離，實踐實習(xí)環(huán)節(jié)往往安排在理論學(xué)習(xí)結(jié)束之后，間隔時間較長，學(xué)生無法及時對所學(xué)知識進(jìn)行鞏固與提高，導(dǎo)致實踐實習(xí)環(huán)節(jié)效果不理想[3]。本文將介紹虛擬儀器技術(shù)在電子與通信類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用，幫助學(xué)生將理論學(xué)習(xí)、工程實踐和創(chuàng)新能力結(jié)合起來，提高學(xué)生在工程實踐中獲取知識的能力、綜合分析的能力、解決問題的能力和實踐創(chuàng)新的能力，從而突出我校應(yīng)用型本科教學(xué)的特點。