虚拟仪器平台在电子信息类专业实践教学中的应用探索

虚拟仪器平台在电子信息类专业实践教学中的应用探索

牛悦娇

华北理工大学   河北唐山  063000

摘 要:传统实验仪器在本科专业课程中的实践内容是有限的，以虚拟仪器平台为研究对象，对虚拟仪器在电子信息专业课程中的应用进行研究，发现学生可以灵活的应用此平台进行实验，而不受限于外部资源;实现了对学生理论算法和系统设计能力的培养。

关键词:虚拟仪器;LabVIEW;电子信息；实践教学

基于计算机的虚拟仪器(Virtual Instrument ，VI)技术以其强大的数据采集、分析处理和控制传输功能在现代检测技术中得到了广泛应用。虚拟仪器较为典型的开发环境是美国国家仪器公司(NI)的 LabVIEW 和LabWindows/CVI。LabVIEW 是具有世界领先水平的完整的虚拟仪器开发平台，具有仪器控制与数据采集的图形化编程，直观明了的前面板用户界面和流程图式的编程风格;内置的译码器可加快执行速度，内置GPIB、串口和插入式 DAQ 板库函数;提供各种板卡的底层驱动程序，内容丰富的高级分析库，可执行信号处理、统计、曲线拟合以及复杂的分析工作。将虚拟仪器引入大学课堂，让学生与工程师处于同样的开发环境，尽早接触到实际工作环境。对比传统仪器仪表的局限性，虚拟仪器更能激发学生的创造性，学生可以在这一平台上进行各种学习研究工作。

一 LabVIEW 虚拟仪器平台特点

与传统仪器相比，虚拟仪器具有以下特点:

1、 打破了传统仪器的“万能”功能概念，将信号的分析、显示、存储、打印和其他管理集中交由计算机来处理，充分利用计算机技术，完善了数据的传输、交换等性能，使得组建系统变得更加灵活、简单。

2、强调“软件就是仪器”的新概念，软件在仪器中充当了以往由硬件甚至整机实现的角色，减少了许多随时间可能漂移、需要定期校准的分立式模拟硬件，加上标准化总线的使用，使系统的测量精度、测量速度和可重复性都大大提高。

3、仪器由用户自己定义，系统的功能、规模等均可通过软件修改、增减，可方便地同外设、网络及其他应用设备连接。虚拟仪器的出现，彻底打破了传统仪器由厂家定义、用户无法改变的模式。

(4) 鉴于虚拟仪器的开放性和功能软件的模块化，用户可以将仪器的设计、使用和管理统一到虚拟仪器标准，使资源的可重复利用率提高，系统组建时间缩短，功能易于扩展，管理规范，维护和开发的费用降低。虚拟仪器的开发厂家，为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发布了各种软件，建立了数据处理的高级分析库和开发工具库(例如测量结果的谱分析、快速傅立叶变换、各种数字滤波器、卷积处理和相关函数处理、微积分、峰值和波形发生、噪声发生、回归分析、数值运算、时域和频域分析等)，使虚拟仪器发展成为可以组建极为复杂自动测试系统的仪器系统。

从虚拟仪器的特点不难看出，对于电子信息类专业的很多们课程，如信号与系统、通信原理、数字信号处理、信息采集技术等，虚拟仪器都有很广泛的应用价值。

二、虚拟仪器引入电子信息类专业实践教学的意义

1.降低了实践教学成本。虚拟仪器引入高等教育已是大势所趋。从实践成本的角度，一方面电子信息类专业需要开设多门实验课程，需要大量的实验仪器设备投入，而且随着专业的快速发展，实践内容也跟新较快，实验仪器也要不定期的更新换代升级，这对于高校来讲是一笔很大的经费投入。采用虚拟仪器，用软件替代部分硬件，不但可以降低采购成本，而且通过软件编程就能实现多项实验，这样就大大降低了实验器材的采购成本。另一方面，在实验中，传统实验器材会出现消耗、损坏等，而采用虚拟仪器基本上避免了上述情况，从而获得重复使用降低成本的效果。

2.改善专业教学条件。电子信息专业教学主要分为理论课程和实践课程。传统的理论课程例如信号与系统，一般以课堂上老师讲解为主，内容较为抽象，学生理解起来比较困难。而通过采用虚拟仪器仿真过程可以将一些内容直观展示，如利用虚拟仪器向学生直观的显示出多种信号形式以及处理前后的对比，将教学内容“实物”化，使得教学的效果更加逼真。在丰富教学手段的同时，增强了学生学习的直观感受。而在实验课程中，受传统实验器材成本较高、硬件易损耗、维修困难等因素的制约，学生实验操作机会有限，而虚拟仪器就避免了这个问题，并且根据技术的发展，及时进行程序修改和技术升级，从而使学生能够便捷地使用虚拟仪器进行学习。此外，虚拟仪器不只用于实验教学，还能够通过虚拟仪器与计算机、网络技术的结合运用打造虚拟网络实验室，拓展教学的深度。

3.提高了学生的动手能力。高等教育旨在培养学生的实践创新能力，使得学生毕业后能够直接从事相关工作。虚拟仪器的引入能够帮助专业教育更贴近行业实际。同时，学生可以在一个虚拟仿真平台上完成多种实验，提高实验的效率和应用效果。此外，学生通过虚拟仪器平台和计算机就能够进行仿真实验，学生在虚拟操作的环境下不仅能够认识到相关仪器，还可以通过编程和操作过程，了解真正仪器仪表的用途、工作原理、工作过程，使学生在面对真正的仪器仪表时不至于一无所知、手足无措。实践能力的提高不仅仅是在课堂教学中获得的，更需要在课下付出更多努力和精力。虚拟仪器平台给学生提供了将创意想法付诸实际的机会，有利于激发学生自主学习的意识与热情，为学生提升创新实践能力保驾护航。

4.为教师科研提供支撑。虚拟仪器平台能够在教师科研方面发挥其巨大的作用和价值。将计算机技术、网络技术等与之充分结合，搭配远程控制仪器，通过网络协议、网络通信等实现虚拟网络实验室的创建，能够为科学研究顺利开展提供坚实保证和支持。教师科研项目的顺利展开，也不断为学生提供参与科研的机会，丰富了专业实践教学的形式和内容，同时使优秀学生提前接触科研工作过程，融入科研氛围，为学生创新实践能力提升提供心得思路。

三、结语

电子信息类专业实践教学与社会生产联系紧密，将虚拟仪器平台引入教学过程中，能够大大增强教学与生产创新实践的联系程度，从而为培养满足行业需求的专业技术人才打下坚实基础。

参考文献:

[1]蒋红艳,李晓峰,廖欣.虚拟仪器平台建设在微波射频工程人才培养中的应用[J].大众科技,2020,22(02):121-122+47.

[2]肖涵,许洪光,李苑青.应用仿真软件和虚拟仪器平台的“数字滤波器”基础实验[J].长江信息通信,2021,34(10):43-45.

[3]李苑青,蒋宇飞,朱旭,肖涵.虚拟仪器平台结合MATLAB的信号与系统实验[J].信息记录材料,2020,21(07):80-82.

[4]刘炳杰,苏娜.虚拟仪器平台在高等职业技术教育中的应用研究[J].教育教学论坛,2020(18):363-364.

牛悦娇（1984.1.28）讲师，硕士，研究方向：水声通信信道编码。