“虛擬儀器測試技術”課程的實驗與實踐教學改革探討

卜樹坡， 趙 展

（蘇州工業(yè)職業(yè)技術學院 電子與通信工程系，江蘇 蘇州 215104）

虛擬儀器測試技術是電子類專業(yè)學生的必修課，本課程涵蓋了LabVIEW軟件編程、硬件平臺的搭建（模塊化硬件：AI、AO、DI、DO，電腦硬件：聲卡、串口、USB接口）和信號接口電路的設計（信號的采集與處理）等方面的內容。是針對電子（機電）產品生產企業(yè)中電子設備檢測及產品測試崗位的核心技能而設置的，著重培養(yǎng)學生利用虛擬儀器技術構建基本測控系統(tǒng)，進行相關設備及產品測試的能力，以及產品研發(fā)崗位的上位機軟件開發(fā)能力。它是一門綜合性強、內容先進、實踐性強的電子類專業(yè)課程。

1 虛擬儀器概念及特點

虛擬儀器（Virtual Instrument簡稱 VI）是基于計算機和測試技術結合的儀器。虛擬儀器技術是一門迅速發(fā)展的新技術，它是以計算機為載體的自動測量與控制系統(tǒng)，用來實現(xiàn)各種物理量的測量或者對物理過程進行控制。虛擬儀器硬件能夠完成各種測試系統(tǒng)通用的任務，軟件完成測試系統(tǒng)特有的任務。美國國家儀器公司即NI公司提出“軟件就是儀器”，這一理念是虛擬儀器區(qū)別于傳統(tǒng)儀器的本質屬性［1］。用戶利用應用軟件將計算機資源和儀器硬件結合起來，通過友好的圖形界面完成對測試信號的采集、分析、判斷、顯示和數(shù)據(jù)處理等功能。虛擬儀器中的硬件主要用于解決信號的調理及輸入、輸出問題，而軟件主要用于實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的讀取、分析、處理、顯示以及對硬件的控制等功能［2］。

“虛擬儀器技術”的特點可以歸納為：軟件是系統(tǒng)的核心，儀器部分硬件軟件化，即由軟件來實現(xiàn)硬件的功能；軟件設計圖形化、模塊化；應用程序開發(fā)平臺采用目前最流行的LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實驗室虛擬儀器工程平臺）；應用程序開發(fā)效率高；用戶可以根據(jù)需要自行定義儀器的功能。只有把握了本課程的特點，在課程的教學內容上才能進行準確的定位、改革和創(chuàng)新。

2 教學內容和教學目標

本課程的教學內容分為：虛擬儀器與Lab－VIEW概述；前面板和程序框圖設計；主要的數(shù)據(jù)類型；控制程序運行的結構；圖形顯示；測試數(shù)據(jù)記錄與回放；數(shù)據(jù)通信；測試系統(tǒng)設計與測試技術實驗。教師在教學時必須向學生傳授一些基本的虛擬儀器技術理論，然后讓學生采用虛擬儀器開發(fā)軟件配以必要的硬件完成一定的測試任務。

對高職院校來說，本課程實現(xiàn)必要的知識目標、能力目標和素質目標。如圖1所示。

圖1 “虛擬儀器測試技術”課程需達目標

3 實驗教學

實驗教學是將課堂所學知識應用到實際操作的環(huán)節(jié)，也是鞏固教學效果、提高學生動手能力的重要手段，因此應根據(jù)理論教學的知識點及教學目標來設置實驗內容［3］。

3.1 實驗教學的定位

本課程課堂講授和上機實驗課時為1∶1。通過實驗，讓學生掌握虛擬儀器概念和LabVIEW編程方法，掌握虛擬儀器技術的研究／建模、設計／仿真、測試／驗證等過程，進而達到獨立開發(fā)與測控技術相關的測試系統(tǒng)。我院電子信息工程專業(yè)虛擬儀器技術課程實驗包括數(shù)據(jù)采集設備的設置與測試、模擬信號采集／輸出、應變／溫度測量、數(shù)字信號輸入／輸出和計數(shù)器輸入／輸出等設計。

3.2 實驗教學的改革

我院電子信息工程專業(yè)在實驗教學上進行了大膽地改革和實踐，推出以專業(yè)核心能力培養(yǎng)為主線，課程設置緊緊圍繞“能力核心、項目構架 ”，推行任務驅動、項目導向的教學模式；加大實踐性教學環(huán)節(jié)比重，強化學生專業(yè)核心技能的培養(yǎng)和訓練。開展了項目化教學，以實驗作為貫穿理論知識的中心線索，打破現(xiàn)有教材章節(jié)間的界限，讓學生在實驗中了解知識、體會知識、掌握和運用知識。表1為學生分組進行項目設計。

表1 項目式實驗教學

在教學中，教師采用從簡單到復雜“階進式”理實一體化教學，課程與實驗并進，教、學、做相融合。

3.3 建立開放性實驗室

本專業(yè)“虛擬儀器測試系統(tǒng)”實驗室，是學院首批對學生開放的專業(yè)實驗室。在實驗前，教師審核實驗目的、實驗要求和擬定實驗方案，學生自行完成實驗，若實驗過程中遇到問題，教師給予指導，最后學生將實驗結果上交。這種實驗模式以學生為主導，自己設計實驗方案，充分發(fā)揮他們的智慧，激發(fā)了學生的學習興趣，提高了學生的動手能力，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力［4］。

3.4 充分利用網絡課程資源

本專業(yè)授課教材選用中國鐵道出版社出版的《LabVIEW8.2基礎教程》，參考教材為清華大學出版社出版的《LabVIEW8.2程序設計》和人民郵電出版社出版的《LabVIEW8.2入門與典型實例》，實驗設備選用美國NI公司的成套實驗教學儀器（USB板卡，AI、AO、DI、DO）。教師不斷地引導學生充分利用網絡教學資源，作為學生課堂的延續(xù)和知識的拓展。學生利用學院網絡課程平臺，自行學習或與任課教師交流，學生也可以鏈接到上海飛睿測控科技有限公司等企業(yè)網站，瀏覽電子產品測試、虛擬儀器系統(tǒng)開發(fā)等企業(yè)實際應用案例。

4 實踐教學

實踐教學環(huán)節(jié)對于高職院校來說是整個教學過程中的重要環(huán)節(jié)，本專業(yè)提出了以崗位需求為導向，從專業(yè)人才培養(yǎng)目標出發(fā)，確定實踐教學內容，推行“識崗、習崗、頂崗”三崗遞進的工學交替模式。

4.1 企業(yè)識崗、習崗

要加深學生對虛擬儀器技術的深入了解，增加實際操作能力，我們專門組織學生到市區(qū)電子、測控、通信等相關校企合作單位進行為期4周企業(yè)識崗、習崗活動。在企業(yè)技術人員的指導下，讓學生直接參與企業(yè)生產實踐，比如基于LabVIEW的功放測試系統(tǒng)、EZ－DAQ溫／濕度監(jiān)測系統(tǒng)功放測試系統(tǒng)、步進電機測試系統(tǒng) 、公共場所分布式監(jiān)控系統(tǒng)等產品測試。

4.2 畢業(yè)綜合實踐

我院的畢業(yè)綜合實踐包括頂崗實習和畢業(yè)設計兩部分。學生在第六學期到企業(yè)頂崗實習3個月，在此期間他們與企業(yè)合作，選擇有實際應用意義的項目作為畢業(yè)設計課題。在專任教師和企業(yè)兼職教師的共同指導下，利用所學的虛擬儀器技術等專業(yè)知識，完成論文中系統(tǒng)設計、電路設計、軟件設計及測試驗證等內容，做到了學以致用［5］。

4.3 參加設計大賽

本專業(yè)每年都要承辦學院的基于LabVIEW電子設計大賽，學生們都積極參與，其中優(yōu)秀作品選送到江蘇省教育廳與NI公司共同舉辦的省級大賽，以賽促教，激發(fā)學生的創(chuàng)新能力，取得了比較好的成效。

5 結束語

我院電子信息工程技術專業(yè)在省級示范院校建設過程中，針對“虛擬儀器技術”課程的教學內容、教學目標、實驗教學手段、實踐教學方法等幾個方面進行了改革和探索，取得了非常好的效果。據(jù)第三方認證機構麥克斯公司2011年調查結果，本專業(yè)畢業(yè)生首崗勝任率高達91.36%，學生滿意度、家長滿意度和企業(yè)滿意度均達到80%以上。

［1］周建民.“虛擬儀器設計”課程建設實踐與探索［J］.華東交通大學學報，2005（S1）：262－264.

［2］梁洪衛(wèi).“EDA技術與應用”實驗與實踐教學改革［J］.實驗技術與管理，2011（1）：147－149.

［3］賈佳.高職《虛擬儀器技術》課程教學實踐探索［J］.職業(yè)教育研究，2012（5）：173－175.

［4］唐誠.關于虛擬儀器在高職機電類專業(yè)課程教學中的應用研究 ［J］.中國科教創(chuàng)新導報，2009（14）：218－219.

［5］趙志群.職業(yè)教育工學結合一體化課程開發(fā)指南［M］.北京：清華大學出版社，2009：76－110.