实验教学与仪器
主办单位:长沙理工大学
国际刊号:1004-2326
国内刊号:43-1094/G4
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虚拟仪器在实验教学中的应用

 【摘要】本文介绍了虚拟仪器的概念、特点以及虚拟仪器技术在实验教学中的应用优势。已开展的实验教学说明,虚拟仪器技术用于实验教学,可以加强实验室的基础建设,有利于培养学生的创新能力。

  【关键词】虚拟仪器 实验教学 创新能力
  计算机技术与仪器的结合是当今仪器发展的一个重要方向,这种结合有两种方式,一种方式是将计算机装入仪器中,这就是所谓的智能化仪器,随着计算机功能的日益强大和体积的日趋缩小,这类仪器的功能越来越强大,有着广泛的应用前景。另一种方式是将仪器装入计算机中,充分利用计算机的软硬件资源和操作系统实现各种仪器功能,这就是所谓的虚拟仪器。
  一、虚拟仪器技术在实验教学中的应用优势
  虚拟实验室具有易于构建,易于实现试验硬件及测试数据共享,便于异地在线检测和远程测控等特点,这些特点使得虚拟仪器在学校实验室中可以发挥重要作用。运用虚拟仪器技术,可以应用现有设备搭建功能强大的实验系统,从而节省大量的购置设备费用,可以提高仪器界面的人机交互能力和可视化程度,给实验者提供更好用的仪器。与传统实验室相比,虚拟实验室具有独特的优点:1.能充分利用计算机现有资源;2.容易实现技术更新;3.自动化、智能化程度高;4.功能齐全、灵活、方便。这些优点在实践教学中产生了不可忽视的作用,能够弥补传统实验室的不足。虚拟仪器最简单的应用就是代替常规的仪器,如函数发生器、示波器等,对实现信号产生及波形记录,可以取得较好的效果。用计算机虚拟出的函数发生器,其波形、频率、幅值等都可用键盘或鼠标进行设置,完全能代替常规的仪器使用。学生可以利用这种虚拟仪器及时进行数据处理,观察和分析实验结果。虚拟仪器的设计和使用,大大提高了学生的实验兴趣、实验效果和效率,巩固了他们对该课程和理论知识的掌握。
  二、改变实验教学模式,培养创新人才
  有关“测试自动化”方面的传统实验大多数以验证性为主,实验内容单一,学生无需思考,按部就班地按照实验步骤就可以做完实验,缺乏设计性和创新能力的培养。引入虚拟仪器系统,就可灵活地增加各种设计性实验内容, 使学生根据实验要求,自行设计各种软面板,定义仪器的功能,以各种形式表达输出检测结果,实时进行分析。因此,虚拟仪器设计不仅能锻炼学生的独立构思和设计能力,而且能激发学习的兴趣。
  三、提高实验室水平,满足实验教学的新要求
  虚拟仪器技术包括:信号调理技术、数据采集技术、数据处理技术、数据输出和传输技术等,也就是说,虚拟仪器技术使过去互不相干、独立分散的许多技术领域,相互影响,相互融合,并形成新的技术方法和规范。这就要求从事实验教学的教师具有综合实验能力和雄厚的理论基础,能够紧跟现代科学技术的发展步伐,能够不断更新和调整实验方法和手段,使实验室的实验教学设备保持其先进性。虚拟仪器的引入对人力资源的建设提出了更高的要求,而唯有人力资源得到有效的开发,才能使虚拟仪器发挥出应有的作用。
  四、可以显著降低试验成本和提高实验效率
  传统台式仪器价格相对较贵,若购进一套新型的完整的测试设备少则几万元,多则几十万元,另外,还具有占用空间大、更换不方便的缺点。而虚拟仪器很大程度节约了经费,提高了试验效率。虚拟仪器已在学生的毕业论文实验中开始推广使用,这种训练不仅加强了学生对虚拟仪器的工作原理、使用方法及功能的认识,而且开阔了学生的思路和眼界,提高了处理问题和解决问题的能力。因此,开发和利用虚拟仪器系统是改革实验教学的一个新的发展方向,必将在我校实验领域开辟新的天地。
  建设现代化的教学、科研实验室是一项具有挑战性的工作。虚拟仪器的产生和发展推动了试验方式的改革,将虚拟仪器引入实验室教学,不仅可更新实验设备,降低实验仪器费用,还可减少实验测量中的人为误差,提高实际测量的准确度,实验效率较高。此外,在激发学生自主学习的积极性,增加单位时间的实验内容,促进学生动手能力的提高和创新意识的培养等方面也收到了良好的效果。
  五、结束语
  虚拟仪器克服了传统仪器自成系统,功能单一,体积庞大,仪器繁多,操作次数过多出现滑丝、指示不准等机械故障所导致的测量误差。不仅虚拟仪器工作平台的PC机可以一机多用,就是实验室也可以一室多用,节省了大量的设备购置费,可缓解实验室空间不足,又使现有的计算机资源得到充分利用。
  将虚拟仪器技术引入实验教学,不仅可更新实验设备,降低实验仪器费用,还可减少实验测量中的人为误差,提高实际测量的准确度,实验效率较高。此外,在激发学生自主学习的积极性,增加单位时间的实验内容,促进学生动手能力和创新意识等方面也收到了良好的效果。参考文献:
  [1]赵茜,夏庆观.多功能虚拟测试仪的设计[J].电测与仪表.2005.
  [2]邓焱,王磊.LabVIEW7.1测试技术与仪器应用[M].北京:机械工业出版社.2004.
  [3]侯国屏.王坤,叶齐鑫. LabVIEW7.1编程与虚拟仪器[M].北京:清华大学出版社.2005.

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