虛擬儀器技術(shù)在高職工程教育中的應(yīng)用研究

周先飛　楊會偉

摘要：目前，虛擬儀器被廣泛應(yīng)用于測量和控制，也被用作學(xué)生的教育工具。在探索現(xiàn)實世界的過程中接受并激勵創(chuàng)新。虛擬儀器技術(shù)會發(fā)現(xiàn)對象的相互關(guān)系，使得各種現(xiàn)象更容易理解，更容易掌握相關(guān)理論。該工具既可用于實際實驗室，也可用于虛擬實驗室并支持自學(xué)習(xí)或遠程學(xué)習(xí)。該文介紹了虛擬儀器如何在高職工程教育中應(yīng)用，以信號控制實驗室的實驗為例，闡述學(xué)生應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)來促進其進行再工程學(xué)習(xí)中的輔助作用。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器技術(shù);高職教育;工程教育

中圖分類號：G712.3? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）25-0126-02

1 引言

伴隨著摩爾定律，計算機的性能在迅速發(fā)展，其處理速度快，內(nèi)存大，安裝了很多必需的軟件，使的工程工作方式發(fā)生了巨大改變。虛擬儀器技術(shù)的輕松集成和靈活定制的特點已經(jīng)改了現(xiàn)在的測試測量領(lǐng)域。如今，虛擬儀器被用作不同領(lǐng)域?qū)W生的教育工具。一方面，可用于設(shè)計測量系統(tǒng)。另一方面，在一個封閉的虛擬世界中，用戶可以觀察到復(fù)雜系統(tǒng)在不同環(huán)境下的行為，對理解各種現(xiàn)象有很大幫助。

這種方法可被學(xué)生普遍接受，這也使得學(xué)生可以找到被控對象的相互關(guān)系，使現(xiàn)象更容易理解，理論更容易接受。該工具可用于實際實驗室，虛擬實驗室，支持自學(xué)或遠程學(xué)習(xí)。

國家對高職教育人才有明確的定位，并且制定了教育方針，高職教育人才培養(yǎng)定位由“ 技能型專門人才”調(diào)整到“ 技術(shù)技能人才”。培養(yǎng)具備工程教育素養(yǎng)的學(xué)生是現(xiàn)在高職專業(yè)中必不可少的部分，

本文研究說明虛擬儀器在高職工程教育中的應(yīng)用。通過信號與系統(tǒng)等的課程及實驗操作的例子，探索利用虛擬儀器技術(shù)對教學(xué)的促進和提高。

2 使用虛擬儀器學(xué)習(xí)

首先給出了一個使用LabVIEW軟件創(chuàng)建的用于學(xué)習(xí)的虛擬儀器的例子。關(guān)于正交平面上兩個諧波振動的疊加。振動通常表示為：

圖1顯示了虛擬儀器的前面板窗口，它是用戶的界面。它允許使用左側(cè)按鈕更改振幅[a]和[b]、頻率[f1]1和[f2]以及相位[?1]和[?2]的值面板側(cè)面。這些參數(shù)的組合給出了lissojous圖形。在這樣學(xué)生就可以直觀地看到參數(shù)變化的影響。

圖2顯示了vi的框圖窗口，其中包含圖形源代碼。通過程序框圖窗口可以看出，這種編程比較簡單，沒有文本編程的贅述和規(guī)則。使用圖形編程設(shè)計，這種直觀的編程模式，其編程環(huán)境對用戶友好，即使對于沒有經(jīng)驗的用戶也可以接受。

3 學(xué)生對虛擬實驗室使用的認知分析

為了了解學(xué)生對虛擬實驗室使用的看法，在計算機應(yīng)用專業(yè)的專業(yè)課程《信號基礎(chǔ)》和《虛擬儀器技術(shù)》課程中引入了虛擬儀器實驗室教學(xué)方法，通過藍墨云班課等信息化教學(xué)手段，對學(xué)生進行分析，課前，要求學(xué)生通過“藍墨云班課”提前預(yù)習(xí)我們發(fā)布的資源，根據(jù)本單元的教學(xué)要求，讓學(xué)生對工業(yè)數(shù)據(jù)從采集到顯示、控制的全過程中所涉及的程序控制框架的知識點有一個初步的認識。

課中，根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，設(shè)定測試測量領(lǐng)域一些常見的工業(yè)現(xiàn)場情境，使用“藍墨云班課”開展頭腦風(fēng)暴討論活動，引導(dǎo)學(xué)生對情境任務(wù)進行邏輯劃分，引入程序控制的概念。接著，教師對四種程序控制結(jié)構(gòu)進行理論講解，并結(jié)合LabVIEW圖形化軟件編程工具，介紹在該編程工具環(huán)境下的四種程序控制結(jié)構(gòu)的框架和各個組成部分的作用，通過簡單案例介紹LabVIEW圖形化程序控制框架的工作原理。

在任務(wù)實踐階段，教師將學(xué)生進行分組，讓學(xué)生按照實際的工程的任務(wù)要求，確定系統(tǒng)的功能模塊和程序控制流程框架，在LabVIEW圖形化軟件編程工具環(huán)境下，選擇合適的程序控制框架，設(shè)計友好的軟件界面來實現(xiàn)圖形化的編程。

課后，教師利用藍墨云班課發(fā)布測試題目，要求學(xué)生完成本單元內(nèi)容的在線測試，教師查看學(xué)生在線測試情況，對錯選率進行大數(shù)據(jù)分析，得出學(xué)生選錯的原因，并通過錯題點評、題干修改等方式幫助學(xué)生鞏固所學(xué)的知識點。

通過這些實驗教學(xué)訓(xùn)練，學(xué)生更好地掌握了一些專業(yè)課程的難懂的理論知識和虛擬儀器編程及時，并可以自己選擇實驗內(nèi)容，自行設(shè)計實驗方案，在labVIEW的環(huán)境中進行自己感興趣的實驗，這樣生動直觀地展示了許多抽象概念的物理實質(zhì)，是它們更易于理解，達到課堂講授很難得到的效果。

由于學(xué)生要自己“ 做” 實驗儀器， 所以就必須透徹了解實驗原理，合理地設(shè)計實驗方案， 真正參與到實驗過程當中。 學(xué)生對這種實驗教學(xué)方式表現(xiàn)了極大的興趣 ，許多學(xué)生能夠用多種方法完成同一個實驗。

盡管有些學(xué)生在起初創(chuàng)建虛擬儀器或解釋結(jié)果方面存在困難，通過在教學(xué)設(shè)計中引入虛擬儀器實驗室，利用虛擬儀器使學(xué)習(xí)過程更加有趣，同時激發(fā)創(chuàng)造力和創(chuàng)新。

同時在 LabVIEW平臺上進行基于工程模式的教學(xué)， 不僅能夠應(yīng)用虛擬儀器作為實驗設(shè)備對理論教學(xué)進行驗證，而且能訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用虛擬儀器進行實際工程測試的能力。利用畢業(yè)設(shè)計這個最后的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，綜合應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)和各學(xué)科知識指導(dǎo)學(xué)生完成了基于LaVbIEW的項目工程操作，包括數(shù)據(jù)采集，測試測量等，極大地提高了學(xué)生的工程應(yīng)用素質(zhì)。

4 結(jié)論

虛擬儀器技術(shù)不僅僅是一門課程，更可以在傳統(tǒng)的一些課程中使用虛擬儀器及時來進行動手實驗，使的這些實驗變得更直觀和可實現(xiàn)性。利用虛擬儀器的靈活性和其通用性，可以更好地接受在教學(xué)過程中使用虛擬儀器的這些工具。

因此，虛擬儀器可以幫助學(xué)生通過研討和問題解決，更好地理解現(xiàn)象，使自我學(xué)習(xí)更多簡化并解釋所得結(jié)果。

將虛擬儀器技術(shù)引入的高職學(xué)生的專業(yè)課學(xué)習(xí)，通過其圖形化的編程以及強大的解決方案，使的工程化教育得到提升，學(xué)生的學(xué)習(xí)不僅僅停留在理論階段，更提升了他們的動手能力，為將來進入社會提供了更大的保障。

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