LabVIEW虛擬平臺在農業(yè)院校機械類專業(yè)大學生“雙創(chuàng)”實踐中的應用研究

□謝正春 張小龍 張麗惠

（滁州學院機械與汽車工程學院安徽滁州239000；安徽農業(yè)大學工學院安徽合肥230036）

LabVIEW虛擬平臺在農業(yè)院校機械類專業(yè)大學生“雙創(chuàng)”實踐中的應用研究

□謝正春 張小龍 張麗惠

（滁州學院機械與汽車工程學院安徽滁州239000；安徽農業(yè)大學工學院安徽合肥230036）

文章對機械類專業(yè)大學生在開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動存在的問題進行了研究，提出并搭建了基于軟件LabVIEW搭建的虛擬“雙創(chuàng)”教學與應用平臺，用以對機械類專業(yè)大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動的文件管理和內容發(fā)布以及學生用以該平臺進行學習和仿真實驗，減少硬件投入和運作成本，提高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目實踐活動開展的效率和質量，有效的提高教學效果和培養(yǎng)學生的工程實踐能力。

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐；LabVIEW；虛擬仿真；工程實踐

培養(yǎng)大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力是推動創(chuàng)新型國家建設的需要，是適應社會主義市場經濟發(fā)展的需要，也是緩解不斷擴大的社會就業(yè)壓力的需要[1]。深化教學改革，提高本科教學質量成為高校常抓不懈的工作[2]。教育部倡導的大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，正是以促進高等學校實施素質教育，培養(yǎng)創(chuàng)新人才，促進高校教育教學改革，切實提高教學質量為目的。

大學生進行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目有助于提高大學生綜合素質，是高校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要途徑[3]。大學生參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動能夠充分利用所學的理論知識，認識到自身存在的不足，并體驗到運用知識處理現(xiàn)實問題的樂趣；有助于于提高高校教師教學及高校教研水平，大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目通常要在教師的指導下進行，教師對學生進行指導時發(fā)現(xiàn)學生在理論知識方面存在的問題，以及自身知識構成的不足，不斷積累實際工作經驗，通過改進更好地提高教學水平，同時應用到科研工作，更好地提高高?？蒲兴?；有助于促進教學內容的調整及學科體系的完善以及營造良好的學習分文，推動高校學風建設，激發(fā)大學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識、競爭意識及團隊協(xié)作意識，營造良好的學習分文，活躍學校的科研氛圍。所以，進行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動方式和方法和實施平臺的改革，如何提高大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐項目質量和正面影響對促進和完善高校培養(yǎng)創(chuàng)新性、應用性人才模式有著積極的意義[4]。

近年來各積極探索和建設大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐教育新模式、新方法和新平臺[5-8]，實現(xiàn)了課堂教學與課外活動相互銜接，專業(yè)培養(yǎng)與素質教育相互融合，提高了學生綜合能力，促進了學生全面發(fā)展。通過開展大學生創(chuàng)業(yè)孵化基地項目、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目、專業(yè)社團活動、學科競賽等，培養(yǎng)學生的應用和創(chuàng)新能力。改革創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育模式、完善創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目平臺和提高大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動質量和增大影響對促進我校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的發(fā)展有著積極的意義。

1 背景分析

1.1 大學生“雙創(chuàng)”實踐活動開展現(xiàn)狀

近年來我校對大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐教育的建設越來越重視，為建立和完善學科競賽活動體系、促進學科競賽活動質量提高，學校開展了一系改革舉措[9]，主要表現(xiàn)為：一是建立完善的學科競賽組織管理機制；二是將學科競賽納入到培養(yǎng)方案中，成為教學環(huán)節(jié)的一個重要組成部分；三是形成學科競賽的長效激勵機制，對于學生給予創(chuàng)新學分和物質獎勵，對于指導老師給予輔助工作量等獎勵；四是建立創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和學科競賽的網站；五是不斷進行學科競賽的形式改革。學校開展的一系列舉措雖然一定程度上提高了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的水平，調動了大學生參與競賽的積極性，但大都局限于運作模式的改革和機制上的規(guī)范層面[9]。

大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動包含內容交織繁雜，包含創(chuàng)新類學科競賽訓練、創(chuàng)業(yè)類實踐項目等，既強調必須要有創(chuàng)新想法和思辨能力，又要具備較強的實踐動手能力。項目活動的開展都是基于文檔、PPT和三維設計軟件等進行活動宣傳與組織、方案撰寫和結構設計等，工具平臺分散，效率較低。以應用型本科高校機械類專業(yè)大學生大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目實踐環(huán)節(jié)為例，遵照學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動總體安排和部署，學院官網公告或輔導員、教導員就項目類別、主題和時間節(jié)點向學生開展宣傳和動員工作；由學院分管教學部門和領導統(tǒng)一部署和安排創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目活動日程、指導老師參與并組隊，比賽團隊開始研討方案到方案設計再到制作、調試，最后完成比賽。

1.2 開展“雙創(chuàng)”實踐存在的問題

目前我國高校機械類專業(yè)大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動的開展仍然存在著些以下問題：

由于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)包含項目類別和內容繁多，包括“互聯(lián)網+”大賽、大學身創(chuàng)業(yè)孵化項目、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目和學科競賽項目等，其中學科競賽有包含機械創(chuàng)新設計大賽、大學生工程訓練綜合能力大賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外科技競賽和全國大學生數(shù)學建模大賽等。項目賽事時間上重疊，學生對各項目主題和參賽對象以及應該具備哪些專業(yè)技能等問題不明確，學生在選擇和參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的時候具有很大的盲目性。

學生參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目需要教師的指導，這就要求學生和指導老師需要花費大量的時間和精力準備課題，不僅影響學生的日常課堂學習而且一定程度上也影響教師的教學。指導老師和學生缺少足夠的時間在繁多的項目文件、參考文獻或學院網站上去吃透某一項目賽事的主題含義和具體要求等，以及對自己方案的創(chuàng)新性是否足夠等問題不清晰。這就造成了，花費了很多精力去應對和迎接比賽卻往往取得成績不理想，大大地減弱了學生和老師參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的積極性。

機械類專業(yè)參與的大多賽事都與機械優(yōu)化和設計相關，機械機構模型的實物化、樣機化程度直接影響著比賽成績，這就要求參賽團隊花費大量的時間和精力先進行結構參數(shù)化設計然后實物加工和制作，過程往往無法復制和不可逆轉，實物加工制作對場地要求以及傳統(tǒng)加工機床和器具依賴性大，效率低下。

在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目實踐活動中中，學校中把理論教學和實踐指導教學分開進行，學生在課堂上所學知識很難應用到實踐中去，同時實踐環(huán)節(jié)中，指導老師主要采用演示性和驗證性實驗，創(chuàng)造性實驗較少，嚴重制約著創(chuàng)新內容的拓展和創(chuàng)業(yè)質量的提高。

由此可見，機械類專業(yè)的大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)建設還處于起步階段，沒有形成系統(tǒng)的競賽制度保障與培養(yǎng)競賽質量的應用平臺相結合的完善體系，迫切需要在實踐中完善和深化。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的改革和培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的應用平臺建設任重而道遠。

2 LabVIEW虛擬“雙創(chuàng)”教學與應用平臺的特征

LabVIEW是美國國家儀器公司推出的一種基于“圖形”方式的集成化程序開發(fā)環(huán)境，是目前國際上唯一的編譯型圖形化編程語言[10]。使用LabVIEW可以讓編程者享受到強大的圖形化編程語言所帶來的靈活性，而無需忍受傳統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的復雜編程工作，這種直觀的圖形化環(huán)境實現(xiàn)了開發(fā)工作的高效率。LabVIEW圖形化語言的直覺特性使學生們可以將注意力集中在被授的理論知識上，而不是基于文本的工程軟件應用開發(fā)的編程細節(jié)上。這樣學生在很短的時間內就可以開發(fā)出復雜的應用程序，可以把理論性教強的知識轉換成直觀性很強的圖像，從而可以加深對理論知識的理解并應用，提高學習興趣。LabVIEW虛擬“雙創(chuàng)”教學與應用平臺具有如下特征。

整合包括力學測量實驗室、機械創(chuàng)新實驗室、機械測繪實驗室以及大學生綜合工程訓練中心等在內的硬件實驗實施的功能特點，與傳統(tǒng)的物理實驗環(huán)境相結合，減少硬件投入和運作成本，可有效的提高教學效果和培養(yǎng)學生的工程實踐能力。

用以對各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類項目的文件管理和內容發(fā)布以及學生用以該平臺進行學習和仿真實驗，提高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目實踐活動開展的效率和質量。

簡化學生與指導老師融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和學科競賽項目的繁瑣過程，提高效率，同時學生利用虛擬“雙創(chuàng)”教學與應用平臺進行機械創(chuàng)新機構參數(shù)化設計與機構仿真以及性能測試等工作，提高工程項目開展效率和競賽質量水平。

3 LabVIEW虛擬“雙創(chuàng)”教學與應用平臺的搭建

3.1 平臺登陸系統(tǒng)

為了保障使用者的文件安全保障與隱私保護，本虛擬平臺基于LabVIEW程序設計了賬號和密碼登陸系統(tǒng)，其登陸界面如圖1所示，設置初始賬號為“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)“，登陸密碼為6個0。

圖1 虛擬“雙創(chuàng)”教學與應用平臺登錄界面

圖2 登錄系統(tǒng)程序框圖

3.2 模塊化軟件設計

登錄成功之后進入到平臺主運行界面?；贚abVIEW軟件搭建的虛擬“雙創(chuàng)”教學與應用平臺，主要包含三個子VI模塊，分別是“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目簡介”子VI模塊，包含以“機械創(chuàng)新大賽”、“無碳小車大賽”、“互聯(lián)網+大賽”等構建的“雙創(chuàng)”類別子VI模塊，包含以“賽事主題”、“參賽要求”“方案策劃”、“機構設計”、“虛擬仿真”等構建的“雙創(chuàng)”功能子VI模塊。通過模塊調用與觸發(fā)操作，可快速實現(xiàn)某一賽事項目主題、參賽要求介紹和方案策劃書撰寫等功能需求。虛擬“雙創(chuàng)”教學與應用平臺主界面如圖3所示。

圖3 虛擬“雙創(chuàng)”教學與應用平臺主界面

圖4所示為虛擬“雙創(chuàng)”教學與應用平臺部分程序框圖，即“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目簡介”子VI程序框圖，在程序中首先調Automation Open.vi打開指定路徑出的文檔文件，調用屬性節(jié)點函數(shù)調節(jié)打開文檔的顯示屬性，再次調用文件屬性節(jié)點完成文檔的編寫與查看等操作。

3.3 軟件生成安裝程序包

本虛擬平臺是在LabVIEW運行環(huán)境里執(zhí)行的，為了方便其他沒有安裝LabVIEW程序的老師和同學直接使用，有必要將LabVIEW的VI程序打包生成安裝文件，具體打包操作過程如下。

在LabVIEW控制面板上新建項目，并將主程序和涉及到文件和子VI都添加進去。

添加完成后在“程序生成規(guī)范”里新建應用程序，生成可執(zhí)行文件，并將主程序設置為啟動VI。

圖4 “創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目簡介”子VI程序框圖

在“程序生產規(guī)范”里新建“安裝程序”，并將上一步生成的可執(zhí)行文件添加進去。更改路徑和名稱以后，確定生成exe文件安裝包。

4 小結

4.1 效果

基于LabVIEW程序設計搭建的虛擬“雙創(chuàng)”教學與應用平臺并首次應用于大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動環(huán)節(jié)，充實了提高創(chuàng)新能力和質量的途徑和方法，并為基于LabVIEW的虛擬教學和實驗平臺應用于應用型本科高校的教學改革打好基礎。

通過搭建虛擬平臺體現(xiàn)了現(xiàn)有硬件設施的功能需求和特點、整合各類學科競賽項目資源文件，將大大簡化參賽人員的開展比賽項目前的準備時間，同時也減少對場地、機器設備等硬件投入與使用使得機械類專業(yè)創(chuàng)新設計項目和學科競賽項目中的參數(shù)優(yōu)化、建模、仿真與性能測試得以一體化和可視化。良好人機交互平臺，提高學生參與學科競賽的興趣度，進而提高學校整體大學生學創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、學科競賽活動開展效率和質量。

4.2 不足

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目種類繁多，且各競賽主題思想革新變化較快，這就要求基于虛擬儀器LabVIEW搭建的虛擬“雙創(chuàng)”教學與應用平臺具備較強的二次開發(fā)和拓展能力。所以在項目開展中，不斷地將虛擬平臺投入到“雙創(chuàng)”實踐環(huán)節(jié)中應用，根據(jù)使用者反饋意見進行改進和完善。

大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目參與的學生和指導老師出身專業(yè)方向不盡相同，同時能力也會層差不齊，對該虛擬平臺的的使用需求也會不同。所以研究中搭建的虛擬平臺應滿足差異化和個性化需求，這就要求項目參與人員具備較強的LabVIEW及相關編程語言的工程開發(fā)與應用能力，同時具備較好的創(chuàng)新能力，對學科競賽有較深的理解。

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[10]Jeffrey Travis,Jim Kring.LabVIEW for Everyone Graphical Programming Made Easy and Fun[M].Beijing:Publishing House of Electronics Industry,2016.

LabVIEW virtual platform in mechanical specialty students"double"Application Research in Practice

XIE Zheng-chun,ZHANG Xiao-long,Zhang li-hui

The paper studies the existing problems in the practice of mechanical and engineering students'innovation and ent repreneurship,and puts forward a virtual"double creation"teaching and appl ication plat form based on the sof tware LabVIEW,which is used to manage and publish the document management and content of the mechanical special ty students'innovation and ent repreneurship practice.As wel l as the students to use the plat form for learning and simulation experiments to reduce hardware investment and operational costs,improve innovation and ent repreneurship projects to car ry out the activities of the ef f iciency and qual ity,ef fective teaching ef fectiveness and improve the students'engineering practice.

Innovative business practices;LabVIEW;vir tual simulation;engineering practice

1004-7026（2017）20-0041-04

TP274

A

10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2017.20.029

滁州學院本科教學質量與教學改革工程項目（2016jy006；2016kcgg024），國家自然科學基金面上項目(51675005)。

謝正春（1989-），男，安徽六安人，滁州學院機械與汽車工程學院教師，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)指導教師，碩士研究生。張小龍（1976-），男，安徽合肥人，安徽農業(yè)大學工學院車輛工程系主任，教授，清華大學博士后。