虚拟仪器技术论文第1篇

关键词：虚拟仪器技术；学导式教学法；教学改革

虚拟仪器技术是电气工程、自动化、计算机应用等领域的一项新兴技术，目前已经得到了广泛应用，并正在快速发展之中。为了帮助学生掌握这一新兴技术，现阶段国内高校理工科学校以及部分医学院校都普遍开设了相关的课程。从2010年开始，空军工程大学将虚拟仪器技术相关知识纳入到了课程知识体系中，并从2012年开始，单独开设“虚拟仪器技术及应用”课程。根据人才培养方案，学校将“虚拟仪器技术及应用”课程定位为一门各专业通用专业基础课、工具课，一般在三年级下学期或四年级上学期开设。经过前面基础课程的学习，此时的学生对专业方向有了较为深入的了解，并具备基本的专业知识，教学效果应该不错。然而，我们在课程教学过程中却发现教学效果并没有达到预期目标。通过与学生的深入沟通，我们认为其原因主要有以下几方面。第一，学生对课程学习目的不明确，没有认识到所学知识对培养职业能力的重要作用。第二，学习内容偏向软件知识，对硬件系统搭设重视不够或者有意回避。第三，教学形式上，仅有部分学生能主动参与到教学活动中，学习积极性没有得到充分调动。第四，由于学时限制，要求在短时间内系统地传授知识，加之没有区别不同的教学目标，造成部分学生在面对大量新知识时无从下手，甚至畏难放弃。以上问题直接影响到学生对虚拟仪器技术的掌握，影响到教学目标的实现，有必要及时解决。通过进一步讨论分析，参考其他课程的改革经验[1-4]，我们认为解决上述问题的关键在于对教学活动进行改革，激发学生的内动力，提高学生学习兴趣。为此，在教学过程中，我们根据课堂教学及实践教学两大环节特点，对教学组织及教学内容进行了一些改革，引入了新的教学方法，改革了课程教学内容，重新设计了实践教学的组织形式，通过多种手段，锻炼学生的实践动手能力，培养学生分析问题和解决问题的能力，养成自主学习习惯，从而全面提高学生的综合素质。通过本文所介绍的方法，学生的学习积极性得到了明显提高，学习效果得到了显著提升，效果显著。

一、引入新的教学方法

根据“虚拟仪器技术及应用”课程特点，参考其他课程的实践经验，我们引入了“学导式”教学法[5-6]。将整个课程教学分为课前预备、学生自学、集中解惑以及演练交流等环节，通过各环节之间的有机配合，构成了课程教学闭环。根据各环节的任务及特点，分别明确了教师、学生在不同环节中的主体地位、任务以及教与学的方法。具体有以下一些体会。第一，牢固树立以学生为教学主体的理念，并在整个教学活动中坚持；在教学准备中应该从学生的实际学习情况入手，进行精心准备，在教学过程中应充分发挥学生自身作用，帮助他们实现自我完善、自我突破。第二，在教学准备过程中，教师除了完成常规的课程内容准备外，还要进行资料文献收集整理、自主实验组织、学生大作业辅导检查等其他工作，教师的工作量会有较大的增加。第三，采用学导式教学法对教师的能力素质提出了较高的要求，由于绝大部分的教学时间都是以学生为主导，教师无法开展预先准备，这就要求教师的基本功扎实，对相关领域的知识掌握充分，具备驾驭课程教学的能力。

二、革新教学内容及目标要求

作为一门正在快速发展之中的新兴技术，虚拟仪器技术的教学内容对于学生来说比较新颖，在短时间内系统学习具有一定的难度。此外，作为一门工具课，如果只单纯介绍虚拟仪器技术本身知识，可能会造成学生为了学习而学习，降低学生学习的主观能动性，不利于培养学生的专业能力。为此，必须对课件教学内容进行革新以适应学生学习需求。主要做法包含以下几个方面。

（一）注重课程间的联系

帮助学生理解虚拟仪器技术在其他课程中的应用以及对于培养专业能力中的作用，及早建立较为全面的专业知识框架。在教学过程中加强对虚拟仪器新技术、新系统、新应用的介绍，加强对日常生活中的应用的介绍，提高学生对虚拟仪器技术的感性认识，激发学生学习兴趣。此外，还注意加强对虚拟仪器技术在任职岗位中应用的介绍，使学生提早了解在今后岗位中虚拟仪器技术的应用情况，帮助学生迅速明确学习目的，提高学习内动力。

（二）设置多层次的课程学习要求

将课程学习目标分别设置为：初级：具备基础虚拟仪器编程能力，会读虚拟仪器程序，理解程序所实现的功能以及系统实现思路；中级：会利用虚拟仪器技术实现软件或硬件功能模块，理解系统设计目标，会具备根据系统目标自主完成模块设计、模块调试、模块交付等工作；高级：会根据任务进行系统整体设计，相对自主进行系统设计、任务分工、系统集成等工作。在教学实践中，学生的选择出现了较为明显的纺锤形分布，即大多数学生选择第二级目标，其他两种目标选择的人较少，说明大多数学生对自己有准确的定位。通过设置上述三个层次的目标允许学生根据自己的整体目标为本门课程的学习设置不同层级的学习目标，根据学生的不同特点，分别为每种层次规定了明确的教学内容以及能力目标，使每一个学生都能找到适合自己的学习目标，避免了由于设定不切实际的学习目标而导致的学习兴趣不高的问题。

（三）构架模块化教学内容体系

按照教学内容之间的相互联系，将内容分为软件、硬件两大部分。在软件部分，设置了程序结构、数据操作、文件操作、图形展示、数据通信等知识模块；在硬件部分，设置了仪器控制、数据采集、硬件系统调试等知识模块。按照学生的认知规律，由易及难，从局部到整体。在教学过程中既强调知识模块之间的相互关联，又注意知识模块之间的相互独立，适当地对所用的其他模块知识进行回顾，避免由于没有掌握一个知识模块而影响到整个课程的学习。

三、实践教学环节

第一，将课程实践条件建设放到学科专业条件建设的大局中。实践条件建设水平的高低，直接决定着本课程的教学效果。为了解决实践条件建设问题，我们积极参与学科专业条件建设工作，将虚拟仪器技术思想贯穿于实验室建设整个过程中，搭建了从信号源到数据分析的完整的实践链条。极大地改善了教学实践条件，激发了学生的学习兴趣。第二，针对学时数偏少的实际，将实践环节向实验室以外进行扩展。为了充分调动学生学习积极性，自觉将课外时间用于课程学习，我们自筹资金10万余元采购了便于学生使用的NIELVIS以及MyDAQ套件，配置了方便携带的标准信号源，使学生能够根据自己的时间灵活安排，做到随时随地开展课程实践活动。此外，对于一些价格便宜的器件，有意识地安排学生自行购买，培养学生器件选型能力，同时也促使他们珍惜实践机会，提高实践能力。对于教师来说，需要注意加强与学生的课后沟通，及时了解学生的实践学习情况，对一些共性问题在学生集中时及时讲解。第三，强调在实践环节中培养学生的自主学习能力。改革课程考核方法，将重点放到考核学生解决实际问题能力上。在学生具备虚拟仪器技术基本知识后，及时引导学生从日常学习、生活中寻找力所能及的、能够利用虚拟仪器技术加以解决的问题，以解决这些问题为目标，在教师的帮助之下，相对独立地完成形成研究小组、完成任务分工、制定解决方案、查阅相关资料、采购设备器材、搭建硬件系统、调试软件程序、展示研究成果等环节。在实践中锻炼学生解决实际问题的能力，培养自主学习习惯，品尝解决问题的快乐，激发学生学习的主动性。在“虚拟仪器技术及应用”课程教学过程中，我们引入了适合于教学内容及教学对象特点的教学方法；对课程内容进行了优化，设定了不同层级的教学目标；充实了实践环节重视培养学生的主动性、创造性。除了上述三个方面的举措之外，我们还采取了加强课程互动设计，改革了课程考核评价方式，充实了教辅资料等措施共同推进课程教学。为了验证教改效果，我们在两个教学期班共106名学生中进行了问卷调查。其中，有90%的学生认为课程教学目标符合学生实际，有86%的学生表示积极参与了课程学习，有82%的学生表示基本掌握了虚拟仪器技术。对比改革前的结果，均有较大幅度的提高，表明学生对教学改革措施普遍接受，学生学习内动力受到了激发，教学效果得到了显著提升。下一步，我们将认真总结课程教学活动的经验教训，进一步在教学方法、实践环节以及提高学习参与度等方面进行改革、实践，帮助学生更快更好地掌握专业知识。

作者:谢川 辛昕 倪世宏 单位:空军工程大学

参考文献：

[1]张水英.“通信原理”课程教学改革探索[J].电气电子教学学报，2003，(5).

[2]赵晴.考试方法改革的研究与实践[J].中山大学学报，2001，（1）.

[3]黄伟，翟江辉.虚拟仪器技术在传感器实验教学中的应用[J].科技信息，2012，（31）.

[4]刘晓旻，张晓芳，李苏贵.现代工程教育理念下的传感器课程教学改革[J].中国电力教育，2010，（18）.

虚拟仪器技术论文第2篇

手机测试

挑战：

中国的手机市场发展迅猛，世界各大手机厂商竞相争夺手机用户。在如此激烈的竞争中，手机的功能日趋丰富，比如摄像头、MP3、FM调频收音机等等。同时，手机通讯协议也层出不穷，GSM、CDMA、GPRS、CDMA2000、EDGE、WCDMA等等。为了应对产品的不断变化，工程师面临着提高效率并缩短产品市场化时间的挑战，他们需要一个灵活而强大的通用测试平台。我们先来看一个通用测试平台针对手机通讯协议的变化而表现出来的优势。大家知道，2G的协议比如GSM和CDMA都已被成功地运用于市场了，而3G的协议比如WCDMA，CDMA2000等等是未来的必然趋势。在从2G到3G的转变中，面临客户群、设备置换、技术的成熟度风险等等问题。运营商希望能够进行平滑的过渡，在不丢失已有手机用户的情况下，首先升级交换网络部分，这使得用户可以使用过渡期的2.5G产品，然后等时机成熟时再升级无线网络部分达到3G的标准。2G的测试仪器已经比较成熟，3G的测试产品正在加紧开发，2.5G的专用测试设备却由于传统仪器制造商考虑到研发成本和市场前景的问题而匮乏。

一家著名的手机制造商制造了支持EDGE(EnhancedDataratesforGSMEvolution)协议的2.5G手机产品，需要针对这一产品的测试方案。EDGE是一个专业协议，由于它的出现时间比较短，了解它的人也比较少，要在短期内构建一个EDGE测试系统是一个巨大的挑战。为了在市场上与同行竞争，需要在一个月内能够使用这套测试设备。

应用方案：

利用TestStand模块化，兼容性强，可自定义的特点，根据生产测试的需要对其进行修改与完善，并结合LabVIEW，GPIB卡，以及相应的测试仪器，创建百分之百符合自己需要的CDMA基站测试系统。

使用的产品：

硬件上整个系统包含了一个PXI机箱，其中有：

NIPXI-8186

2.2GHzIntel奔腾4处理器的嵌入式PC，预装WindowsXP操作系统

NIPXI-5660

2.7GHzRF信号分析仪，9kHz到2.7GHz，20MHz实时带宽，80dB真实动态范围

NIPXI-5670

RF信号源，250kHz到2.7GHz，16位，100MS/s任意波形发生，22MHz实时带宽

NIPXI-5122

14位数字化仪，100MS/s实时采样，2GS/s随机间隔采样，100MHz带宽

NIPXI-4070

6位半数字万用表，6ppm精度

其中，NIPXI-5660被用作矢量信号分析仪，NIPXI-5670被用作射频信号源，NIPXI-5122被用作示波器，NIPXI-4070被用作数字万用表。

软件上使用了LabVIEW图像化开发环境和NI-DAQmx驱动程序。

虚拟仪器技术论文第3篇

关键词：虚拟技术；仿真；测绘工程；实践教学

1常用虚拟技术

1.1虚拟仪器技术

虚拟仪器是基于计算机强大的数据存储、处理和显示能力，利用软件编程，模拟仪器各项功能，通过友好互动的图形界面让使用者在计算机上操作就像使用仪器操作一样。目前世界上最著名的3个虚拟仪器开发平台是LabWindows/CVI，Labview和HPVEE，也有学者利用3dmax，Unity3D等三维模型软件构建模拟三维虚拟仪器。

1.2虚拟现实技术

虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它主要是利用计算生成所设定的三维立体虚拟环境或物体，使用人体感知技术将人类的思维、动作、感觉等经过三维交互设备与计算机交互反应，让人有身临其境的真实感觉。虚拟现实技术是现今仿真研究领域的前沿和热门，应用范围遍及各行各业。

1.3虚拟地理环境

虚拟地理环境是一类以地理特征、地理规律为本源，以地理感知、地理分析为目的，利用网络、计算机、虚拟现实等技术构建的开放式地理环境及空间［2］。虚拟地理环境技术涉及计算机、地理学、认知科学、GIS、RS、网络技术和虚拟现实技术，是对现实三维或四维地理环境的认知、抽象和模拟。

2虚拟技术测绘在实践教学中的应用形式

2.1虚拟测绘设备

测绘工程常用的仪器有全站仪、GPS接收机、水准仪、测距仪、平板仪等，种类繁多。不同厂家生产导致同种仪器型号众多。测绘仪器价格昂贵，动辄上千元，甚至上万元、几十万元。高校作为一个教学单位，很难在仪器上经常性地投入大笔资金。因此，采用虚拟仪器技术模拟各类物理仪器，学生可以通过计算机随时学习各类测绘仪器操作。通过虚拟测绘仪器实践教学，学生在接触物理仪器前，已经比较熟悉仪器操作，这样在实际操作物理仪器时就会避免不合理地操作，从而大幅减少仪器的损坏率。虚拟测绘仪器的制作可通过3种方式：（1）利用3dmax，Unity3D等三维建模软件模拟各类实体测绘仪器，生成测绘仪器三维模型，利用开发软件实现仪器模拟操作、语音告知等功能。这种方式最为简单，功能也最弱；（2）利用Labview虚拟仪器开发平台和计算机物理元件等，开发半软件、半物理的虚拟测绘仪器。这种方式较难，功能有所增强；（3）采用虚拟现实技术，利用虚拟设备，完全模拟测绘仪器操作过程。这种方式很难，真实性最强，功能也最多，使用者有最真实的感受。

2.2虚拟实习环境

测绘工程师经常会在野外工作，工作环境复杂，有城市、乡村，有山地、平原；工作任务也多样，有道路、桥梁，有地铁、煤矿等等。学生在大学学习过程中除了在校外实习基地能有简单的野外测绘机会，很难在毕业前经历多样的工作环境和工作任务。利用虚拟地理环境技术、GIS技术等，在计算机中构建各类三维地理环境和三维工作场所，让学生体验在复杂环境下如何进行项目测量，完整、真实地学习测绘项目。

2.3测绘工程虚拟仿真实验室

如果资金、技术和人才能够得到保证，建设测绘工程虚拟仿真实验室能从根本上改变测绘工程专业实践教学模式。测绘工程虚拟仿真实验室是利用虚拟教学技术开发的测绘工程项目实践模拟系统。从系统组成上，这个系统包括测绘工程虚拟现实应用开发平台、高性能图像生产及处理系统、虚拟三维显示系统、虚拟现实交互系统和集成应用控制系统。从内容上，这个系统包括仪器操作、各类工程项目实施、大地测量等。

3虚拟技术对实践教学模式的影响

3.1测绘工程专业传统实践教学模式

测绘工程专业的传统实践教学模式主要是围绕理论学习，以仪器操作为手段，建立起校内和校外实践教学体系。校内实习主要包括课内仪器操作和学期仪器操作，实习地点在高校校园内，其中，课内仪器操作是在教师讲授理论课后，按照课程教学安排仪器使用。校外实习是指在校外实习基地进行较长时间的仪器操作。传统的实践教学模式可以用“课上讲理论，课下将就练”来总结。测绘工程专业传统的实践教学模式是将实践教学环节从属于课堂理论教学，实践教学是为了配合理论教学，基本是属于解释型实践教学，是为了让学生更好地理解理论教学内容。另外，由于传统的实践教学主要是学生操作测绘仪器，但是由于测绘仪器较少，很难做到人手一台，且一个教师面对几十个学生，导致教师很难将实践教学内容传授给每一个学生，学生接触仪器的时间也很短，很难真正掌握实践教学内容。另外，测绘仪器价格较高，类型较多，学生很难接触到新款测绘仪器。学生由于操作不熟练导致仪器损坏，更加剧了仪器数和学生数的差距。这些都导致学生对仪器了解少，操作少，动手能力差。

3.2基于虚拟技术的新实践教学模式

基于虚拟技术的新实践教学模式是以实践为核心，理论教学围绕着实践展开，建立“虚拟实践教学+物理实践教学”教学模式。教师在课堂上利用虚拟技术讲授实践教学内容，并用理论解释，学生在课堂上既可以观看教师采用虚拟技术讲授的实践过程，也可以亲自动手模拟演练。在虚拟实践教学环节完成后，学生就可以操作真正的物理仪器，再一次熟悉实践过程。基于虚拟技术的新实践教学模式可以打破传统的实践教学无法课堂讲授的情况，把实践教学也搬到课堂上，让实践教学课上课下都可以进行，打破时间对实践教学的束缚。新实践教学模式也可以打破地域限制。由于场地和经费的限制，大学生很难接触到多样的工作环境和工作场景，通过虚拟技术，学生就可以在各类工作环境和工作场景中实习锻炼。新实践教学模式可以真正实现课程学习以实践教学为核心，激发学生的学习热情和主动性，提高学生的操作能力和实践能力，尽量避免“高分低能”现象的出现。

4结语

虚拟技术在测绘工程专业实践教学中的应用将会改变传统的测绘工程专业实践教学模式。它具有节省资金、更新快、全天候、全方位的特点，可以在很大程度上克服传统实践教学模式自身的缺陷，利用高新技术补齐高校传统教学模式在实践教学环节上的短板，具有很好的发展前景和利用价值。

参考文献

［1］王志新，张华，黎永明.虚拟技术及其应用［J］.上海理工大学学报，1998（1）：49-54.

虚拟仪器技术论文第4篇

关键词： 《虚拟仪器》 教学方法 考试方式

1.虚拟仪器

1986年美国国家仪器公司（National Instruments Corporation，NI）研发推出了图形化编程环境的开发平台——LabVIEW软件，并首先提出了虚拟仪器（Virtual Instruments，VI）的概念。作为以计算机软件为核心的新型仪器系统，虚拟仪器具有功能强、测试精度高、测试速度快、自动化程度高、人机界面优异、灵活性强等优点，通常被认为是第三代自动测试系统的同义语[1]。使用虚拟仪器系统可以避免仪器编程过程中的大量重复性劳动，从而大大缩短复杂程序的开发时间，并且客户可以用不同的模块构造自己的虚拟仪器系统。虚拟仪器技术经过二十多年的发展，如今正沿着总线与驱动程序标准化、硬/软件模块化、编程平台的图形化和硬件模块的即插即用方向发展。LabVIEW采用图形化编程方案，是非常实用的开发软件，它整合了诸如GPIB、VXI、PXI、RS232、RS485及数据采集卡等硬件通信的全部功能，而且具有很强的分析处理能力。虚拟仪器的开发厂家为了扩大虚拟仪器的功能，在测量结果的数据处理、表达模式及其变换方面做了许多工作，建立了数据处理的高级分析库和开发工具库，使虚拟仪器发展成为组建得极为复杂的自动测量系统[2]。

随着PC、半导体和软件功能的进一步更新，虚拟仪器的功能和性能不断提高，如今在许多应用中它已成为传统仪器的主要替代方式。虚拟仪器的各种优点让用户可以放心地舍弃旧的传统测量设备，接受更新型、以计算机为基础的虚拟仪器系统。由于计算机的性价比不断提高，虚拟仪器的价格更为大众化，用户不再受限于传统仪器的使用限制和昂贵价格，进一步降低了使用成本，减少了开发费用和系统的维护费用。此外，新型笔记本电脑把虚拟仪器的便携性和强大功能推向一个新的水平。所有这些必将加快虚拟仪器的发展，它的功能和应用领域将不断增强和扩大。

2.虚拟仪器在教学中的应用

随着虚拟仪器系统的广泛应用，越来越多的教学部门开始用它建立教学系统，不仅大大节省开支，而且由于虚拟仪器系统具有灵活、可重用性强等优点，使得教学方法更灵活。教育的核心是素质教育，实施素质教育的重点是“培养学生的创新精神和实践能力”。随着高校扩招及学生实践动手要求的提高，出现了一些新的实验教学问题：（1）基于传统仪器实验教学的不足。当前大多数高校的实验教学仍然是基于传统仪器的教学方式，这种方式在一定程度上限制和阻碍了素质教育在实验教学中的实施，主要表现在如下几个方面：①学生需花费较多的时间组织、连接甚至搬动、更换仪器设备，一方面没有把实验课的时间完全用于实验能力的培养提高，另一方面增加了仪器设备的损坏机会；②实验基本上都是验证型实验，设计型、综合型实验少，需要学生发挥主观能动性的少；③由于实验设备的更新跟不上仪器工业的发展，实验教学与工程实际脱节。虚拟仪器在实验教学中的应用为解决这一问题提供了一条有效途径。（2）虚拟仪器技术在教学中的应用。虚拟仪器系统是测控技术和计算机技术相结合的产物，它是全新的仪器概念，打破了传统仪器的局限，在仪器的研究与制造中引起了一次重大的革新，是未来仪器产业发展的重要方向，目前在测试、控制等领域已被广泛应用[3]-[5]。虚拟仪器的特点主要在于其强大的数据分析与处理功能，并且，随着计算机硬件技术与接口技术的发展，虚拟仪器的实时数据采集与控制功能不断提升。一些高校对虚拟仪器在实验教学中的应用进行了开发，其中应用得较为广泛的有“ZK-3VIC型虚拟测试振动与控制多验装置”和“DRVI快速可重组虚拟仪器平台”等。不论哪种虚拟实验系统，归结起来，虚拟仪器应用于实验教学主要采用如下两种方式：一种方式是纯软件的虚拟仪器实验，如图1所示，即从信号的产生到信号的分析、处理和存储全音都由虚拟仪器进行仿真模拟，这种方式主要应用于理论验证性实验。

图1 虚拟实验方式之一

另一种方式的实验系统由“虚拟仪器+数据牙集卡+实测信号”组成，如图2所示。这种方式适用于操作性实验，对实验设备要求较高，除了PC机之外，还必须具备数据采集卡、实际被测对象和传感锹等。学生利用虚拟仪器平台构建扫频信号发生器、数据采集记录分析仪等虚拟书器，通过数据采集卡控制激振器和采集传感器的辅出信号，经过记录、分析，得出结论，完成实验。

图2 虚拟实验方式之二

3.虚拟仪器的教学方法

“虚拟仪器”作为一门应用技术课，其教学目标是要求学生了解虚拟仪器技术及其在各领域的应用，掌握虚拟仪器系统的基本构成及设计思想，学会系统软件开发工具LabVIEW，掌握虚拟仪器在测量仪器、过程控制、信号分析、远程控制等方面的应用技能，具有利用硬件设备快速构建研究、开发工作中需要的测试、实验系统的能力。虚拟仪器具有软件开发与硬件设计结合紧密、应用性强、涉及专业知识广等特点，采取合适的教学方法是完成课程教学任务、提高教学质量的重要途径[6]-[8]。

3.1课程内容的模块化设置。教学方法是针对教学内容制定的，教师要根据课程内容的特点采用不同的教学手段，将课程内容划分为三个模块：基础编程、应用开发、创新教学。基础编程模块：在介绍虚拟仪器的基本概念、构成和最新发展方向的基础上，把虚拟仪器前面板设计和程序框图设计、程序结构、图形显示、字符串与文件I/O、数据采集等作为教学的主要内容。应用开发模块：课程的主要内容从理论讲述转变为应用，以操作性、应用性项目为主，设计出测试、应用等一系列实验模块。创新教学模块：采用项目驱动教学方式，[1]-[3]教学内容取材于实际工程项目，根据知识点将整个项目分解开来，由简单到复杂、由局部到整体、由分立到综合。在整体结构上，将知识点与具体实例应用相融合，应用针对性更强。

3.2教学方法的选用。课程教学手段是否合理，直接影响学生对课程的学习兴趣与学习效果。鉴于“虚拟仪器”课程实践性强的特点，把课程教学由课堂搬到实验室，把讲授与学生动手实践灵活地融合在一起，让学生在实践过程中提高技能技巧，从而提高学习效率。根据课程内容的三个模块，以教、学、做为主线，以培养学生的实际动手能力为目标。

3.2.1讲授模式：主要针对课程中的理论教学，包括虚拟仪器技术背景知识、图形化编程语言原理、数据采集原理、硬件配置、仪器控制及软件工程，其目的是讲明讲透虚拟仪器的基本理论、基本知识和基本方法，使学生知其所以然。（1）讲练结合法，就是把教师讲授和学生练习有机结合起来，使讲和练互相促进，迅速而有效地实现教学目标。（2）实例教学法。实例教学法在教学过程中始终强调学以致用，在应用中学习。[4]根据教学内容和教学要求，设计多个精选实例，将所要学习的知识、操作、技能等融入实例中，通过对实例的分析、演示、讲解、讨论、学生练习及总结等环节，加深学生对基本概念、原理、方法的理解，提高学生的实际操作技能。

3.2.2实践实练：在课程教学中树立“理论重实践、实践重体验”的教育思想。综合能力的培养以一系列使用性、操作性、应用性项目为主，设计出认知、使用、测试、集成、应用等一系列实验和练习模块，让学生自己完成编程，教师指导学生自己发现和解决问题，提高学生自主学习和主动探究的积极性，提高学生的动手和创新能力。在整个环节中，任务书是关键性开始，既要有明确的实验目的和实验内容，又要给出各种规范要求、数字信号处理的新技术等。

3.2.3项目教学法：通过实施一个完整的项目而进行的教学活动，其目的是在教学过程中把理论与实践教学有机结合起来，充分发掘学生的创造潜能，提高学生解决实际问题的综合能力。项目教学法的内容要求有综合性、创新性和吸引力，因此，项目必须是精心设计和挑选的开放式课题，具有应用性或研究性，学生需要查阅资料、设计方案、软硬件设计、提交报告、演示汇报等完成本项任务。

4.虚拟仪器考试方式改革的探索

针对虚拟仪器课程的特点，结合本课程在我院几年来授课及考试方式的探索，通过对以往考试方式的改革，总结出以下几种考核方式，可以针对不同情况进行选择。

4.1上机操作考试。针对虚拟仪器课程操作性强的特点，首选上机操作考试，既能测试学生对软件的掌握程度，又能培养学生的创造性思维，充分体现实践动手能力培养的目的。如果班级比较多，而电脑台数不足，就可以分上下场考试，每场间隔10分钟，即第一个班级考完后，集体下课，第二个班级马上进入考场，使学生之间没有交流的可能性，保证考题的保密性。当一次上下场考试不能满足需求时，可出多套难度相当的考题解决漏题问题。

4.2半开卷考试形式。针对学生过多而机器过少的情况，在上机考试没有办法保证保密性时，可选择半开卷形式。可令学生在一页A4纸正反面上，以手抄写的形式记载自己不熟悉内容，可供答题参考，期间不再提供任何形式的参考资料，该方式能够杜绝学生为了一个公式而发生考试舞弊行为。在出题上，以机动灵活的题目为主，充分培养学生分析与解决实际问题的能力，既有严谨性又有机动灵活性。

4.3采用课程论文。这种方式能够培养学生利用因特网、数据检索、处理资料及应用所学知识分析问题的能力。课程论文以设计性题目为主，以解决实际工程中的案例为主，可以使学生多方面多角度地对工程实际提出多种解决方案，发挥学生理论联系实际的能力。不足之处是学生相互抄袭现象严重，可通过答道形式进行区别及判定。

4.4闭卷考试形式。这种考试形式有利于考查考生的识记、理解和应用能力，也是对考生多方面基本能力素质的考查，有利于培养学生思维的敏捷性和流畅性。闭卷考试侧重考查的识记、理解、理论应用诸方面的能力水平只能体现在书面表达和文字陈述之中，难以培养学生的创造力，学习的知识容易造成书本化。

5.结语

《虚拟仪器》的课程建设及教学实践、课程的教学方式及考核方法都需要具体分析，机器多学生少时宜采用以上机为主、重点培养学生的实践动手能力的方式；机器少学生多时，宜采用以理论教学为主，上机操作相辅的方式。教学实践证明，考核成绩可以从多方面着手，平时成绩体现学生对课程的学习态度和对基本知识点的掌握程度；实验成绩反映学生的实际操作能力和对知识点的灵活应用设计能力；课程大作业反映学生的综合分析能力和创新能力等。通过教学改革与尝试，都取得了较好的教学效果。

参考文献：

[1]黄松岭，吴静.虚拟仪器设计基础教程.清华大学出版社：2013.

[2]刘萍，曹慧，邱鹏.虚拟仪器的发展过程及应用.山东科学，2009，22（1）：80-83.

[3]刘成文，肖兴明，刘初升.虚拟实验在人才培养中的作用.淮海工学院学报，2003，1（2）：94-96.

[4]徐明.虚拟仪器在实验教学中的应用研究[D].山东：山东师范大学，2005.

[5]胡乾苗，励金祥，林剑辉.“虚拟仪器”课程“3P”教学方法探讨.中国电力教育，2012，（22）：66-67.

[6]姜英秀.关于高校考试方法改革的几点思考.现代教育科学，2009，（1）：68-69.

虚拟仪器技术论文第5篇

关键字： 虚拟仪器； 汽车电子教学； 数据采集卡

中图分类号： G642 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2013）02-0096-01

1 前言

随着我国汽车产业的崛起，车辆专业在教学中的实践越来越受到重视。然而由于各高校都是把理论教学与实践分开进行，使学生在课堂上学的知识很难应用到实践当中。实践中，教师主要采用演示性和验证性实验，创造性实验较少，严重制约着教学内容的拓展和教学质量的提高。为了使教学理论与实验相互结合，使课堂教学更生动形象，需要在汽车电子教学中引入虚拟仪器技术。

虚拟仪器技术解决了传统电子仪器以硬件为主体的模式，通过软件编程来实现仪器的多种测试功能。在汽车电子教学中，如对车辆防抱死制动系统（ABS），采用虚拟仪器不仅能将传统电子仪器所包含的信号采集、分析处理和结果全部在计算机中显示，而且学生能根据其自身的需要，通过修改软件方便地增减仪器的功能。这样，学生根据理论构建实验系统，所需实验条件少，易于实现。

2 虚拟仪器的组成

虚拟仪器主要由通用的计算机资源、应用软件和仪器硬件构成。图1给出了一种利用数据采集卡实现的虚拟仪器。

信号连接器的功能是将所要采集的信号引出来，但又不损坏原来的线束[1]，信号采集卡的功能是对信号进行采集、调整及发送。PC机是通用的计算机资源，如微处理器内存显示器等，可以实现数据的采集、接收、显示和保存的功能。在不能连接汽车时，软件可以离线运行，以直观形象的界面演示原理和控制策略。

2.1 信号采集卡

本文所用的信号采集卡为北京中泰创研科技有限公司的RM4018i，其具有远端模拟量采集模块，适用于各类工业现场，可输入8路电压信号，并通过RS485接口，与上位机进行实时通讯。该装置可用于测量车上各传感器的电压值、喷油器的喷油脉冲宽度、开关信号的状态等[2]。测量所得的结果RS485接口送到PC机，可通过界面实时的观测各个系统的情况。

RM4018i远端模拟量采集模块由CPU、光电隔离、D/A转换、通道转换、RS485接口、站址开关和DC/DC组成，工作原理图如图2所示：

2.2 PC机软件

本虚拟仪器软件系统采用美国NI公司的Lab VIEW图形化编程软件，本软件具有程序设计方便、工作效率高及界面美观等特点。特别适合用于课堂教学，这样既使课堂生动形象，激发学生的兴趣，而且同时也使学生掌握一门技术。

3 虚拟仪器技术在教学中的应用

3.1 在实验教学中的应用

虚拟仪器技术是由美国国家仪器公司（National Instruments，NI）在1986年提出的一种构成仪器系统的新概念；是用通用计算机硬件加上软件来仿真传统测量仪器的设备，是以测量、分析、显示为主，控制为辅的先进科学仪器[3]。

实验教学是理工类课程不可缺少的实践活动，根据实际问题来搭建实验仪器系统和利用先进的测量技术来获取实验数据，是理工科学生必备的基本技能。但目前一般高校实验室仪器不是很全，即使实验室仪器不受限制，但学生的实验只能依靠实验课的有限时间完成，脱离了实验仪器，学生很难开展有效的实验学习。

3.2 虚拟仪器应用实例

图3所示为数据采集的一个简单的例子的程序框图的一部分，图4为其主界面：

4 结论

通过虚拟仪器在汽车教学中的应用，可以看到可以模拟真实的汽车运行、汽车电控系统等，不仅降低了实验设备的成本，提高了利用率，而且激发了学生的兴趣，提高了实验教学的效果。

参考文献：

[1] 郑红梅，梅加化，韩方强.基于LabVIEW的虚拟测试实验教学系统[J].电子技术，2012，25（8）：107-110.

虚拟仪器技术论文第6篇

一、引言

随着现代计算机和信息技术的不断发展，数字信号处理在当今高科技领域有着极为重要的地位和广泛的用途[1]。然而它的基础课程却处于教难、学更难的境况中，并且，学生即使掌握了理论知识，也很难灵活应用至实践中[2]。调研国内外数字信号处理课程教学，上述问题主要归因于两个方面：一方面是传统的教学形式单一，仅依赖文字帮助理解基本理论[3-5]；数字信号处理课程不同于其他课程，它是基于“高等数学”、“大学物理”等公式和推导较多的学科，理论性强，极具抽象性，有大量的算法和晦涩难懂的基本理论[6]。在课堂教学中教师仅采用Powerpoint软件编制的课件不够直观，许多内容学生很难透彻理解。其次，数字信号处理是适应高速数字集成电路的面市应运而生的，其大量的计算算法适于在计算机上实现，对于人来说则运算量大且烦琐，学生们难以亲手验证，因而经常得不到形象化的结果，使得对理论的理解难以透彻，实际应用中总有一层障碍。另一方面是受限于传统实验室的模式和格局，数字信号处理课程的实验教学环节严重缺失[7-9]；信息类专业课程有很强的实用性，其受众广，且信息量大，然而因实验场地、设备、资金等因素，目前单一的传统实验室已完全不能满足学校完成教学任务，很难开展实验教学，很多院校根本没有配套开设实验教学。然而，实验教学是高等院校培养高素质合格人才的重要实践性环节，在培养学生的实践能力、研究能力、创新能力和综合素质等方面有着其他教学环节所不能替代的独特作用。若学生们缺乏实验教学环节，在实际应用时则会显得有些束手无策，实际动手能力和创新能力也亟待增强。若不能在教学中突破以上两个瓶颈问题――单一的教学形式和传统的实验室建设模式及格局，数字信号处理课程的教学质量和教学效果将大打折扣。

二、虚拟仪器技术在教学应用中的优势

伴随着虚拟仪器技术的发展及其在国内的普及，它可为数字信号处理课程的教学提供新的思路和巨大变化。突破传统教学手段，深入融合虚拟仪器技术，全面创新数字信号处理课程教学方法应运而生[10-11]。虚拟仪器是将现有的计算机技术、软件技术和高性能模块化的硬件结合在一起而建立的功能强大又灵活易变的仪器，其强调硬件是基础，软件是核心，使用者可通过修改软件，方便地修改和增加仪器的功能和规模，性价比高[12]。模块化硬件体积小，便于携带，可“装入”计算机，即能与计算机互联互通。软件开发平台可选择图形化编程语言LabVIEW，它具有功能强大的数据分析函数，可以非常灵活地为教学中的理论知识设计各种虚拟仪器。同时，它也将使用者从复杂的文本编程语言中解脱出来，将重心专注于软件的功能。这使得教师可在很短的时间内开发出虚拟仪器课堂应用，把书本上理论性较强的知识转换成直观性很强的动态图形，加深对理论知识的理解。由于虚拟仪器使用的硬件大多是通用的，各种专业仪器的功能主要依靠软件实现，将虚拟仪器引入至实验教学中，必将大量减少设备经费的支出和节省实验场地的空间，学生们也能感受和应用先进的科学技术和手段，积极主动地学习。因此，根据数字信号处理课程的特点，基于虚拟仪器技术开发虚拟辅助教学软件和构建虚拟实验教学平台，全面创新数字信号处理课程教学方法和体系。这对活跃课堂气氛，增强学生学习兴趣，提升学生基本技能，提高教学质量，巩固教学效果等将具有非常重要的意义。

三、创新课程教学形式，开发虚拟辅助教学软件

虚拟辅助教学软件是基于虚拟仪器技术开发的教学演示子系统。针对数字信号处理课程中许多难以理解的抽象概念与性质，对应每一章的内容相应制作多个精致的演示程序，用丰富而具有动感的彩色图形把课程中疑难之处用生动形象的形式展现出来，使学生加深理解。下面以“窗函数”为例，具体阐述虚拟辅助教学软件如何进行辅助教学。在数字信号处理课程中，为了减少频谱能量泄漏，可采用不同的截取函数对信号进行截短，截断函数称为窗函数，简称为窗。在教学演示子系统中，基于虚拟仪器技术开发出窗函数比较动态演示程序，其前面板和程序框图分别如图1和图2所示。针对同一个信号施加不同的窗函数，让学生观察频域波形的变化，从而体会窗函数的性质和特性。这样动态形象的演示让学生能感性地认识到窗函数之间的不同，加深对窗函数的理解。

从以上应用实例可发现，通过利用虚拟辅助教学软件，不仅能够采用文字和静态图形直观地展示教学内容，还能通过动态图形生动形象地阐述教学内容，更易于学生理解所学内容。采用PPT课件和虚拟辅助教学软件结合授课，教学形式新颖，教学内容生动，教学效果更好。

四、完善课程教学体系，构建虚拟实验教学平台

虚拟仪器使用的硬件大都是通用的，各种专业仪器的差异主要靠软件实现。依托虚拟仪器技术、计算机技术、电子技术和通信技术等，融合多种模块化硬件设备构建高校虚拟实验教学平台，具有无可替代的优势和广阔的发展前景。图3为虚拟实验教学平台架构，由n台计算机及相关硬件如采集卡、信号调理箱、电工实验箱等组成，形成一个局域网，并与校园网连接，方便学生随时随地接入进行实验。

虚拟实验教学平台充分利用虚拟仪器技术和计算机高速计算的优势，给学生提供实用的信号仿真、分析处理、设计等工具，不仅可以快速便捷地得到所需的信号数据或计算结果，而且能把这些结果绘制成图形，给学生以非常形象化的感性认识。数字化的实验结果存储，加上网络传输能力，使实现远程实验教学成为可能，虚拟实验教学平台让实验随时随地进行。整个实验也许只需要一套硬件设备，其他是由软件来实现的，这样可以大大节省实验设备和场地的资金投入，即共享教学设施，节约现实教学资源。虚拟实验教学平台具有灵活、成本低、网络化等特点，在高校的教学乃至科研中将发挥极大的作用。与传统的实验室相比，虚拟实验教学平台的优势主要体现在：（1）传统仪器的功能仅由厂家定义，虚拟仪器在很大程度上功能可由使用者自行定义和设计，便于开展研究性或设计型的实验。（2）各种测量仪器不应当再是彼此相互孤立的，能够与计算机相联，组成一个以一台计算机为中心的测量环境（系统）。（3）计算机进一步组成网络，因而形成一个网络化的仪器与测量环境（系统）。虚拟实验教学平台能够为学生提供高性价比的实验教学条件，让教学环节从课本延伸到实验，加深对理论教学的深入理解，巩固教学成果，培养学生实践动手和创新能力，提高学生技能水平，让学生今后无论是直接就业还是继续深造都更具竞争力。

虚拟仪器技术论文第7篇

关键词： 《虚拟仪器原理》 智能仪器 教学探索与实践

上世纪后期出现的虚拟仪器（Virtual Instrument）技术强调在通用的计算机平台上构筑仪表仪器功能，是计算机技术与仪表仪器技术的完美结合，是智能仪器发展的新阶段。该技术最早起源于美国德克萨斯大学James、Truchard和William三位研究人员为美国海军进行的一项研究，随后三人成立了一家公司，致力于虚拟仪器技术的开发，即著名的美国国家仪器公司（NI，National Instruments）。该技术后来逐渐被引入我国，起初在一些科研院所、重点高校的实验室用于特定科学研究用途，从该技术一开始应用便显现了其卓越的无可取代技术优势，后来被一些著名公司、企业（尤其从事高新技术方面）广泛采用，如今已发展成为电子信息领域非常盛行的一个热门技术。针对重要的科研目的和迫切的市场需求，我国教育指导部门及时提出全国高校的电子信息类学科中开设虚拟仪器相关课程的规划并迅速得以实施，《虚拟仪器原理》课程便是一个典型代表。我根据一直以来该课程教学过程中的一些经验体会，提出该课程部分内容的教学探索与实践思路以供同行参考。

1.虚拟仪器概念引入的教学探索与实践思路

在介绍虚拟仪器概念前，首先应明确什么是仪器，仪器的特点是什么，这一概念看似简单，其实并不容易。现实生活中的仪器太多，可以在教师的引导下，让学生举一些例子（注：分别从力、热、光、电等角度引导），然后每举一例，分别讨论其基于的物理原理，比如天平这一仪器是基于物理中的力学原理，温度计这一仪器是基于物理中的热学原理，显微镜这一仪器是基于物理中的光线原理，万用表这一仪器是基于物理中的电磁学原理等，这些仪器的共有特性是具备测量的功能，从而提炼出仪器的本质：仪器一般是基于各种科学原理的，而且具备测量的功能，一般脱离这两点的任一事物，要么不是仪器，要么是不可信的仪器。接下来，让学生明白什么是智能仪器，智能仪器仍然是仪器，应该说是仪器发展的高级阶段，着重于强调其智能性，主要体现在微处理器芯片的引入，并且新增基本的数据处理和通信的功能，进一步引入什么是虚拟仪器，虚拟仪器又是智能仪器发展的新阶段，不仅具备常规仪器和智能仪器的功能，而且新增数据分析、数据共享可编程扩展功能等，强调的是在计算机平台上构筑仪表仪器功能，用户通过操作计算机不仅实现传统仪表仪器的功能，而且能实现传统仪表仪器难以实现的新功能并且不断增加或升级。对于此前的仪表仪器，用户直接操作的是仪表仪器本身，这些其实是其本质区别，可以举例，比如宇航员在飞行器舱内对空间进行科学试验或勘探时，实际上就是采用虚拟仪器技术对舱外的宇宙空间展开的遥控遥测活动。

2.虚拟仪器的定义和组成的教学探索与实践思路

在介绍虚拟仪器的定义和组成时，强调虚拟仪器是把技能教给用户，所以开发虚拟的核心环节是使用者（用户在通用计算机平台上，根据需求定义和设计仪器的测试性能），而非硬件生产商。有些教材把虚拟仪器定义为LabVIEW组建的程序单元，这要辩证地让学生进行分析，客观地或更广义地说，一般的虚拟仪器是由硬件与软件共同组成的，硬件部分主要用于获取真实世界中的被测信号，软件部分用于控制实现数据采集、分析、处理、显示等功能，并将其集成为仪器操作与运行的命令环境。但是开发虚拟仪器的核心环节在于软件开发，因为硬件部分其功能是固定的，一般难以进行调整或升级，但是基于LabVIEW的程序单元是可修改的，所以开发的虚拟仪器质量就取决于使用者的编程水平，也就是把技能教给用户，美国NI公司曾提出‘软件即仪器’，实际上这里的‘软件’指的是LabVIEW软件平台及其组建的程序单元，这里的“仪器”就是虚拟仪器，这句话正是把握了其本质，所以把LabVIEW组件的程序单元称为虚拟仪器有其辩证的正确性，要给学生分析清楚。

3.虚拟仪器分类的教学探索与实践思路

虚拟仪器可以按照不同总线接口进行分类，在介绍时可以结合实物，让学生有直接的感性印象，而且按照接口的发展程度介绍，比如由传统的数据采集（DAQ）卡式虚拟仪器发展为现在较流行的通用功能接口总线（GPIB）的虚拟仪器。另外，还有PXI、USB等接口的虚拟仪器，其中着重介绍通用功能接口总线（GPIB）的虚拟仪器，而且说明有时实验中会用到。

4.虚拟仪器发展历程介绍的教学探索与实践思路

介绍虚拟仪器的发展历程时，从其初始发展历程开始说起，按照时间脉络展开，其中强调惠普（HP）公司和美国国家仪器（NI）公司的贡献，为活跃课堂气氛，可举一些学生熟悉的HP公司产品的例子，比如HP笔记本、打印机等，然后纠正一个误区：HP公司并不是单单生产这两类产品的公司，其实其原本是生产仪器的大公司，而且曾一度成为行业的领导者，虚拟仪器的总线雏形实际就是HP公司的重大杰作，NI公司对虚拟仪器的软件核心贡献居功至伟，是该行业的先驱也是权威，并鼓励大家一定要在大学阶段好好学习，将来努力去大公司历练自己，这些方面的介绍可进一步活跃课堂气氛，激发学生的学习热情。

5.结语

虚拟仪器技术是当代高等学校电子信息类专业学生需掌握的重要技术，《虚拟仪器原理》课程系统而深入地阐释了此项技术，高等学校教师在该技术相关课程的教学过程中不断进行思路探索与实践创新，有助于培养出综合素质高、专业能力强的更优秀电子信息类人才。

参考文献：

虚拟仪器技术论文第8篇

随着机电产品一体化和生产过程自动化程度的不断提高，机械工程的测试系统越来越复杂。它已成为整个机械设备研制、开发、应用和教学过程中不可或缺的组成部分。机械工程测试系统的基本任务是从测试对象获取反映其变化规律的动态信息，一个功能完善的机械工程测试系统由传感器、信号转换装置、信号分析处理装置和显示与记录等功能模块组成，无疑，讨论和设计机械工程测试系统及其构成要素，是十分有意义的。本文主要分析了虚拟仪器技术在机械工程测试中的应用状况，望大家参考。

一、机械工程测试系统基本状况分析

测试是测量与试验的简称，测试中最基本的是测量。测量是利用各种装置对可观测量（或称被测参数）进行定性和定量的过程。测试的基本任务是获取信息。测试是发展和检验自然科学理论的实践基础。在工程技术领域，由于实际研究对象的复杂性，很多问题难以进行完善的理论分析、推导和计算，所以必须通过试验来获得研究对象的状态，变化和特征等，这正是通过测试来实现的。测试技术正是研究有关测试方法、测试手段和测试理论的科学，它应用于不同的领域并在各个自然科学研究领域起着重要作用。特别是现在机械工程测试技术引起了大型工业企业和高等院校极大的重视。

测试系统的第一个环节是信号的传感，即是将被测量的量或被观察的量通过一个被测量传感器或敏感元本文由论文联盟收集整理件转换成一个电的、液压的、气动的或其他形式的物理量，被测的或被观察的量与被转换的输出量之间根据可利用的物理定律应该具有一种明确的关系。传感器就是用来完成这种转换的装置。

第二个环节为信号的转换和调理。被测物理量经传感环节被转换为电阻、电容、电感或者电压、电流、电荷等电参量的变化，由于在测试过程中不可避免地遭受各种内、外干扰因素的影响，且为了用被测信号驱动显示、记录和控制等仪器或进一步将信号输入计算机进行数据处理。因此经传感后的信号尚需进过调理、放大、滤波、运算分析等一系列加工处理，以抑制干扰噪声、提高信噪比，便于进一步传输和后续环节中的处理。

第三个环节是是对这些信号进行分析处理以及显示记录，包括信号的时域分析、频域分析、相关分析等。原始波形显示、处理后波形显示等。从而还可以分析出机械运转的工况等。 机械工程测试系统有测量、监控、试验分析机械设备运行过程中的参数功能，但前序步骤必经信号的采集、分析才能得出。所以，本系统对于机械的后续分析作用意义重大。

二、虚拟仪器技术在机械工程测试系统中的应用现状

科学技术的日益发展，对现在的机械工程测试系统影响很大，特别是相对于传统的测试系统来讲。以前要用特定的仪器对信号进行分析，但是利用虚拟仪器组建的机械工程测试系统却不用专用的仪器，而是利用计算机作为连接虚拟仪器软硬件的平台，信号源通过调理后数据采集卡就可以获取数据进行分析处理。现代计算机技术对机械工程测试技术和仪器的发展产生了革命性的影响。

测试系统的发展经历了模拟测试仪器、计算机测试系统（智能仪器）及虚拟仪器三个阶段。现代机械工程测试技术以计算机为中心，计算机的发展必然促进测试技术和仪器的发展。在此背景下，虚拟仪器的产生也就水到渠成。

在虚拟仪器中，软件是虚拟仪器系统的关键，目前国内外这种软件主要有美国dsp公司的dadisp软件，以实验后数据处理分析和表示见长美国ni公司的系列虚拟仪器开发平台（labview、labwindows/cvi、virtual bench和component works）、美国quatech公司的daslab软件包和惠普公司的vee软件平台都是可以搭建虚拟测试系统的软件平台，以图形化编程和界面灵活见长。华中理工大学的v198虚拟仪器系统和哈尔滨工业大学的仪器王以虚拟的单个仪器或仪器库见长。其中，美国ni公司的labview软件功能最为完善，labview软件以简单、直观的图形化编程方式、强大的图形显示和数据处理能力见长，运行速度快、开发周期短、界面灵活是其又一大优势，最能体现虚拟仪器的风格，所以基于labview的虚拟仪器应用相当广泛。

由于pc的功能变得越来越强大，速度快，价格低，在标准pc上连接一个或多个仪

器模块构成测试仪器成为一种趋势。这种仪器即为虚拟仪器。虚拟仪器的软件开发平台labview中，“所见即所得”的可视化技术是应用于测试领域的雏形。虚拟仪器注重测试人员在进行工作中的感觉。用仿真的面板给人以真实仪器的感觉，用丰富的曲线图像向测试人员传递信息，是虚拟现实技术在机械工程测试领域中的广泛应用趋势。

几个测试站点连成一个大的测试网络，互通数据和信息，联合分析测试结果，实现

数据和信息共享的网络化测试是机械工程测试系统的一个发展趋势。虚拟仪器技术是现代机械工程测试系统的发展趋势，在丰富的虚拟仪器软硬件产品支持下，尤其是在被誉为“科学家和工程师的语言”labview的支持下，组建一个机械工程测试系统正变得越来越容易。在技术发展日新月异的今天，为了让测试系统就有开放性、兼容性和不断更新的可能，利用虚拟仪器的概念组建测试系统不失为一种好的选择。

在机械工程测试系统中，应用虚拟仪器编的越来越普遍，因为很多传统的硬件设备在虚拟仪器中都可以用软件代替，从而降低了大量的设备浪费，降低了成本，并且还可以直观化的显示其结果，将多种的传统仪器合并到一套虚拟仪器测试系统中，有利于编程，也有利于增强测试系统的准确度。

虚拟仪器技术论文第9篇

关键词 机械电子工程专业；虚拟仪器设计；教学改革；

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）22-0047-02

Teaching Reforms and Practices in Course of Design of Virtual Instrument in Machinery and Electrical Engineering//GENG Qidong， WANG Fuyuan， WANG Jun， LI Chunyan

Abstract The design of virtual instrument is a professional course， because the time of open is too late， the teaching effect is not good. In order to change the status quo， the design of virtual instrument has

been reformed from itself. Respectively from the teaching goal， tea-ching content， teaching methods on the corresponding improvement， finally has obtained a good effect.

Key words machinery and electrical engineering； design of virtual instrument； teaching reforms

1 引言

拟仪器技术是现代计算机技术与仪器技术相结合的产物，它将测量技术、通信技术、信号与数据处理技术、传感器技术等融为一体，在测控领域举足轻重。虚拟仪器技术在教育、交通、通信、工业、农业等各行业也有相应的应用。在短学时、少学时的课程背景条件下，如何提高教学质量及增强学生实践技能，一直是本课程不断改革的方向。

盐城工学院机械工程学院机械电子工程专业从2011年起开设虚拟仪器设计课程，主要讲授虚拟仪器的结构以及LabVIEW软件使用。由于课时较少、硬件设施不全、学生基础薄弱及主动性较差等原因，本门课程的教学效果不佳。从2015年起，虚拟仪器技术教学小组针对本课程的特点，从教学内容、教学方法、教学实验等环节开展教学改革，强化仪器技术的基本概念，增强学生的实践能力。本文将介绍虚拟仪器设计课程教学改革过程及结果。

2 教学目标改革

在以往绝大多数教学中，教学目的以掌握本课程知识为根本。这在很大程度上导致学生学习的目的性不强，为了挣学分而学习、为了拿学分而学习、为了考高分而学习。本门课程的改革首先从教学目的开始，将教学内容引导到学科竞赛及技能认证上。

在教学过程中，将教学内容定位为竞赛服务。从2009级起，本科生教育培养方案中要求学生在校期间完成相应的素质拓展学分。学科竞赛是获得本学分的主要形式，鼓励和引导学生参加虚拟仪器技术的相关竞赛，既可以锻炼能力，也能完成学分要求。

学生在就业过程中，技能认证的证书对于能否成功就业起到非常重要的作用。虚拟仪器设计的学习离不开NI（美国国家仪器公司）开发的相关平台，该公司提供的助理工程师（CLAD）认证是虚拟仪器设计技术水平的一种考量。CLAD认证通过者能够基本熟练地在测试和测量领域应用虚拟仪器设计软件，如LabVIEW、LabWindows/CVI等。CLAD认证的核心是对虚拟仪器开发系统全面和广泛的了解，并能够应用相关知识运行、调试、维护所设计的虚拟仪器模块。拥有此类证书，可以增强学生的就业选择面，提升就业成功率。学生可以在测试及测量等相关领域寻找合适的工作，同时在继续深造方面选择方向也增多。

3 教学内容改革

教学内容在很大程度上决定了学生对本课程的喜爱程度。在实际教学中，往往发现这样的问题，学生总是认为学习本课程没有可用之处。因此，教学改革的重要工作就是对教学内容进行改革。在进行本课程教学前，给学生灌输虚拟仪器技术课程的重要性，同时明确本课程的学习目的。将教学内容定位于学科竞赛及技能认证，在内容上需要进行调整，分为软件学习、软件及硬件结合的项目设计学习和硬件资源学习。

软件方面 LabVIEW是一种程序开发环境，由NI研制开发，类似于C和BASIC开发环境。LabVIEW软件是虚拟仪器设计最为流行的软件，是测试及测量领域的设计核心。在教学中，以学习LabVIEW软件为开始，逐步进入虚拟仪器技术的学习中。首先，熟练安装LabVIEW软件和熟悉软件操作环境；其次，掌握运用基础语言的编程技巧进行初步学习；最后，设计较为综合的虚拟仪器程序。在实际教学中，从虚拟温度计的设计开始，学习VI创建方法、随机数产生方法、输入输出控件使用方法，进一步掌握了VI的创建、数学控件运用、报警、数据记录存储。虚拟温度计设计是一个典型的虚拟仪器设计范例，通过教师课程上演示操作、课程自主学习以及实验中自我体会等形式，最终掌握虚拟仪器设计的基本步骤及原理。

硬件资源 虚拟仪器是由软件和硬件组成的，硬件资源好坏也是虚拟仪器设计成败的关键。现有实验室资源是学生获得的第一手硬件信息，NI提供的硬件资源以各种板卡为主，教学中主要介绍PCI模块、CDIO、SCXI信号调理模块，同时结合NI最新的产品做相关的介绍。NI为各大高校学生参加虚拟仪器设计大赛提供各种设备的租借服务，因此在硬件资源不足的情况下，可以通过此方式尝试使用及掌握相关硬件模块。在实验室中，各个模块的讲解结合实验进行，学生边听讲边实地观察相关设备，有时还进行动手操作，以加强对模块的印象。

综合设计 在软件操作及硬件资源都掌握的基础上进行综合设计。综合设计涉及的知识较多，学生应掌握信号处理技术、传感器技术、控制技术等相关知识。综合设计首先以掌握数据采集卡项目为开始，逐步熟悉虚拟仪器设计步骤及规范，最后以实际项目为考核。

4 教学方法改革

教学方法的优劣决定了教学的效果，改进现有教学方法，增强教学效果，也是教学改革成败的关键。虚拟仪器设计课程教学的重点在于培养学生的实践能力及解决实际问题的能力，引导学生主动学习本门课程比灌输式教学更有效。

采用目标驱动式教学法，首先制定一个合理目标，然后实施教学活动，最后逐步检验目标实现情况并修正目标。整个教学改革分三个阶段。

第一阶段：将现有学时数进行调整，理论课时与实践课时各占一半，主要目的是提高学生动手及实践能力。现阶段的虚拟仪器设计教学内容以理论教学为主，课堂气氛较为沉闷，学生的积极性不高，因此教学效果不好。改变现有学时分配，引导学生主动学习虚拟仪器设计。

第二阶段：要求学生进入虚拟仪器网络论坛初级课程学习，以通过网络初级课程为考核通过标准。在学院资源有限的情况下，充分利用外界资源。利用NI提供的网络平台，组织学生进行学习，从基础课程开始，逐步加深，以通过LabVIEW助理工程师（CLAD）考试为最终目标。同时鼓励学生参加全国虚拟仪器设计大赛，以参赛为目的，锻炼学生的设计能力。

第三阶段：组织考核通过CLAD，目标通过率为5%；组队参加虚拟仪器设计大赛，目标为三等奖。

5 教学改革的意义

长期以来，高等学校的专业教学以应试为目的，注重理论教学而疏忽实践及创新方面的教学。在这样的培养模式下，学生走上工作岗位后，往往存在懂一点儿理论知识，而动手能力弱、毫无创造力的现象。针对这一状况，需要从专业课的教学中做改进。专业课程的教学是学生离开学校前最后接收的知识，这一阶段的教学内容有助于学生认清自身优势。因此，要加强专业课程教学，促进学生理解专业概念，培养创新精神。

虚拟仪器设计课程有一定的特殊性，在实际教学中存在硬件资源不足、软件资源较陈旧的情况。面向学科竞赛和技能认证的目标，旨在改革教学内容、教学方法，使学生能够主动投入该课程的学习之中，利用现有资源，发挥自身的想象力和创造力。在网络时代“人人为我，我为人人”的思想影响下，充分利用现有的网络资源，可以参与各大论坛的学习及交流，参与网络公开课程的学习，参与研讨会的讨论等。

虚拟仪器技术是仪器技术、网络技术、信息技术、传感器技术、控制技术等相融合产生的。该技术一直处于发展之中，虚拟仪器设计课程的教学需要跟随时展的脚步，通过对教学内容、方法、目标进行改革，采用目标推进的方法，逐步实现改革目的。参考文献

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[3]钟伟红，李园，叶凌箭，等.基于学科竞赛和专业认证的“虚拟仪器技术”课程教学改革与实践[J].工业和信息化教育，2013（10）：44-46.

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[5]李振豪，李琳，肖君.虚拟x器课程教学方法的改革与实践[J].现代科学仪器，2012（5）：139-141.