《虚拟仪器原理》课程的教学探索与实践.docx

《虚拟仪器原理》课程的教学探索与实践摘要：《虚拟仪器原理》课程是电子科学与技术专业本科生的一门重要课程也是智能仪器仪表及测控方向研究生需要具备的基本专业知识在该课程教学中理论讲解与实验训练兼具本文针对该课程的教学探索与实践进行讨论。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（VirtualInstrument）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（NINationalInstruments）。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