虛擬儀器技術(shù)在電子線路課程中的應用

劉效勇 盧 佩 曹海濱

（1石河子大學理學院 新疆 石河子 832000；2石河子大學信息科學與技術(shù)學院 新疆 石河子 832000）

電子線路課程是高等學校本科工程類專業(yè)必修的一門應用學科基礎(chǔ)課。它具有很強的理論性、實踐性和工程應用性。然而，由于傳統(tǒng)教學方法單一、枯燥、缺乏直觀性，致使學生對抽象的電子線路理論難以理解，不能理論聯(lián)系實際。針對這種情況，我們在理論教學和實踐教學改革過程中引入了虛擬儀器教學，提高了學生的認知及實踐能力，增加了學生的學習興趣，充分發(fā)揮了學生的積極性和創(chuàng)造性，優(yōu)化了教學過程，提高了教學質(zhì)量。

1 虛擬儀器概述

虛擬儀器概念于20世紀80年代末由美國國家儀器公司提出，指利用計算機強大的圖形環(huán)境和接口通信功能，借助開發(fā)軟件平臺編制可視化界面的儀器面板，通過增加相關(guān)硬件完成對儀器的控制、數(shù)據(jù)分析和顯示的設(shè)備。虛擬儀器技術(shù)代表了未來儀器儀表技術(shù)發(fā)展的先進方向，虛擬儀器技術(shù)自提出以來，便成為發(fā)達國家自動測控領(lǐng)域的研究熱點和應用前沿，國內(nèi)外許多科研機構(gòu)和高校也已展開了虛擬儀器技術(shù)領(lǐng)域的研究、開發(fā)和教學。目前已廣泛應用于教學、實驗和科研工作，NI公司提供的教學電路和電子解決方案，通過將基于工業(yè)標準技術(shù)的教學硬件與LabVIEW、Multisim等仿真軟件及課件相結(jié)合，幫助學生能夠從理論無縫地過渡到仿真和實驗，受到了國內(nèi)外高等院校教育者的青睞。

2 虛擬儀器在電子線路教學中的應用實踐

作為培養(yǎng)創(chuàng)新型、應用型、技術(shù)技能型人才的教學新手段，虛擬儀器已逐漸走進電子技術(shù)的課堂和實驗室，改變著電子技術(shù)教學的傳統(tǒng)模式。

2.1 在理論教學中的應用。電子線路課程內(nèi)容繁多，理論性強，綜合性高，采用非線性分析法比較抽象，盡管教師在教學過程中對課程疑難點全方位多角度的利用多媒體教學資源(PPT課件、Flash動畫、動態(tài)錄像等)講解，但這些手段不能動態(tài)地演示電子測量儀器的運行情況，學生仍然感覺知識點不易理解，深奧難懂，對該課程學習感到茫然吃力，經(jīng)常失去興趣和信心，教學效果較差。針對這種情況，我們在教學過程中根據(jù)電子線路理論教學實例，選擇合適的理論內(nèi)容，通過虛擬儀器軟件設(shè)計出課堂輔助程序，開發(fā)出相關(guān)電路演示實驗，用于電子線路的理論教學中，使抽象的概念形象化，課堂教學更為直觀、生動，并對理論計算與測量數(shù)據(jù)差異進行對比分析，很好地實現(xiàn)了理論教學與實踐相結(jié)合，大大激發(fā)了學生的學習興趣，增強了學生對理論知識的理解，提高了教學效果。

2.2 在實驗教學中的應用。實驗是高等院校理工科教學內(nèi)容的重要組成部分，是培養(yǎng)學生動手能力的重要途徑之一。但由于資金所限，我校電子線路實驗所使用的電子學綜合實驗平臺過于陳舊、利用率不高，實驗效果不明顯。因而，我們根據(jù)電子線路實驗內(nèi)容，在實踐教學中選取部分經(jīng)典實驗編寫了實驗講義，應用Multisim軟件進行計算機仿真，建立了電子線路實驗仿真程序庫，借助電子學教學平臺ELVISⅡ開設(shè)出部分電子線路實驗，使用虛擬儀器技術(shù)代替常規(guī)儀器完成各種測試測量實驗，這樣，擺脫了以前功能單一、固定的現(xiàn)成儀器的束縛，并利用學校網(wǎng)絡教學平臺進行混合式教學，極大地提高了學生實驗學習的興趣，培養(yǎng)了學生的綜合技能和創(chuàng)新能力，促進了電子線路的實驗教學。同時，節(jié)省了大量儀器設(shè)備的經(jīng)費投入，促進了物理系虛擬儀器實驗室的建設(shè)和發(fā)展，有效地推進了實驗教學改革。

2.3 在開發(fā)設(shè)計實踐中的應用。為了培養(yǎng)學生的科學興趣、鍛煉綜合素質(zhì)、展現(xiàn)創(chuàng)新能力，我們在指導學生實踐教學過程中應用虛擬儀器技術(shù)，組建業(yè)余科研興趣小組，積極鼓勵學生參加學校組織的“大學生研究訓練計劃”(SRP)，保質(zhì)保量地完成了“基于虛擬儀器的電機測控研究”等項目；在指導畢業(yè)生過程中完成了“搶答器的設(shè)計與實現(xiàn)”、“信號交通燈的設(shè)計仿真”等畢業(yè)論文和畢業(yè)設(shè)計，部分成果被評為校級和院級優(yōu)秀。此外，我們鼓勵學生積極參加各類組織主辦的虛擬儀器設(shè)計大賽，“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等實踐型創(chuàng)新競賽，培養(yǎng)學生電子設(shè)計理論和實踐的能力，學生在知識和實踐上收獲很大，取得了良好的效果。

3 結(jié)語

根據(jù)石河子大學物理和應用物理專業(yè)的培養(yǎng)目標，我們在電子線路課程教學過程中運用現(xiàn)代化教學手段，增設(shè)新的研究方法，進行上述各方面的改革，使得教學內(nèi)容更加充實豐富，教師教學水平教學技能也得以提升，學生自我訓練的意識和創(chuàng)新能力進一步增強，教學質(zhì)量顯著提高?？傊胩摂M儀器進行電子線路課程改革，既可獲得直觀真實的效果，增強學生學習興趣，鍛煉學生實驗創(chuàng)新技能，又可節(jié)省教學資金，提高教學效率，更好地培養(yǎng)適應現(xiàn)代社會與科技發(fā)展需要的高素質(zhì)人才。