虚拟仪器技术在高校教学中的应用

姜海波

徐州师范大学 江苏徐州 221116

虚拟仪器技术在高校教学中的应用

姜海波

徐州师范大学 江苏徐州 221116

该文对虚拟仪器在高校教学中的应用重点进行了分析，对实验教学，特别是课堂教学中的应用进行了分析研究。将虚拟仪器技术引入课堂教学可以提高教学的生动性，加强学生的感性认识，同时可以增加学生的动手实践能力及相关的编程能力。

高校教学；虚拟仪器；编程；实践

一、虚拟仪器技术

虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。虚拟仪器最早由美国国家仪器公司在1986年提出，“软件就是仪器”的概念是对虚拟仪器最本质的论述和表达。其所包含的意义包括两方面：一方面是说虚拟仪器的面板是虚拟的；另一方面，虚拟仪器的功能是由软件来实现的。无论是初学乍用的新手还是经验丰富的程序开发人员，虚拟仪器在各种不同的工程应用和行业的测量及控制的用户中广受欢迎，这都归功于其直观化的图形编程语言。虚拟仪器的图形化数据流语言和程序框图能自然地显示您的数据流，同时地图化的用户界面直观地显示数据，使我们能够轻松地查看、修改数据或控制输入。目前世界上最具代表性的3个虚拟仪器开发平台是：美国NI公司的LabWindows/CVI、LabView和惠普公司的HPVEE（又称为AgilentVEE）。

与传统的仪器相比较，虚拟仪器拥有自身的特点。第一，利用软件编制的程序替代传统的硬件仪器，降低了设备的采购成本和设备的安装空间；第二，根据使用者的实际需求进行程序的编制，做到“按需分配”，不浪费设备的采购资金；第三，结合网络技术可以实现异地操作和网络共享，这点是传统仪器所不具备的；第四，仪器的更新换代只需要对部分硬件进行更新，多数的改进是对软件的升级和重新编程，这点节约了二次采购的成本。

二、虚拟仪器在高校中的应用

随着高校的不断扩招，在校生数目与日俱增，同时全社会对毕业生需求滞后，这些因素导致高校就业率的下降，就业率的压力使得高校对学生素质教育的要求不断提高。对于工科院校而言，提高理论水平的课堂教学和实践能力的实验教学是提高综合素质的两个主要方面。

1.在科研和实验教学中的应用

在高校中，科研和实验教学是利用设备最多的两个部分。实验教学在培养学生的实践能力方面充当了重要的角色，其不但可以增强学生对知识的掌握，而且可以同时培养其主动能力和创新思维，特别是对工科学生，没有足够的实验就仿佛是纸上谈兵，没有任何的感性认识可言，更不可能有创新。随着学生人数的激增和科技的快速发展，实验设备的落后和数量的不足逐渐体现出来。多数普通高校的实验室没有足够的经费进行设备的更新和采购，于是就出现了众多学生围在1台老式设备旁看实验教师的讲授，而没有多少动手机会。于是保证每个学生都有机会完成实验操作是高校面临的首要课题。

对于某些基础课和专业课，实验是必不可少的教学部分，一般来讲对于1个实验需要1台或几台仪器，而这些仪器通常只能完成1个，最多两、三个教学任务，因此实验教学需要的场地大、仪器多、使用效率不高且设备投入的资金巨大，这些原因使得不是所有的学校都能满足每个学生亲自进行动手实验。而且类似的实验还具有以下的缺点：实验环节设计的功能单一、适应面窄，不利于发挥学生的创造性。实验资源不能有效利用，开放程度较差，管理维护不便。

虚拟仪器技术能将实验与课程的关联性得到满足，对于某些实验完全可以通过软件来实现；而对于多数的实验，只需要很少的硬件设备，软件部分完全可以由教师针对课程的性质和特点通过编程来实现，或者也可以由学生自主设计，通过编程实现，这样不但进行了实验教学，而且可以提高学生对于课程的理解深度和相关的程序设计能力。虚拟仪器引入实验的好处是便于学生进行二次开发，为学生提供更大的开放空间；引进了组件技术和模块化设计理念；增加了网络实验功能，便于学生随时随地实验，同时增强了对网络的认识。

同样，在科研中，也可以通过软件和部分硬件来完成相关的测试平台的搭建，不但能够节约科研资金，而且也减小了由于不同设备之间实验所带来的实验误差。

2.在课堂教学中的应用

传统仪器在高校教学中的应用较为普遍，但随着科技的进步也体现了自身的不足。仪器的更新速度使得传统仪器的更新相对落后；同时仪器自身的不足和误差会对实验或演示结果造成偏差。随着多媒体教学的普及，虚拟仪器也由幕后走到台前，从单纯的实验教学走到课堂教学。其在教学中的优势具有以下几点：

（1）所需设备少。单凭1台计算机和相关的程序就可以演示多种实验，结合少量的测量终端可以演示绝大多数的实验过程。可以节省大量的设备资金。

（2）物理空间不受限制。由于虚拟仪器技术是基于计算机的，因此其不受空间的限制，学生除了可以在课堂上接触到相关内容，在课后也同样可以利用计算机和网络进行更多的资源共享。

（3）虚拟仪器的演示效果逼真，相关维护简单。基于计算机的软件可以建立逼真美观的演示实验，使课堂教学更加丰富，互动性强。同时对于虚拟仪器的维护也仅限于对计算机和程序的维护，不需要大量的资金和人员。

（4）利用虚拟仪器进行讲解能使课堂教学内容更加生动，形式更加灵活，使学生更易于理解，更易于接受，并牢固掌握最基本的概念。

虽然虚拟仪器具有很多的优点，但其完全摆脱传统实验教学设备并不现实，在教学中应该做到取长补短，将传统教学方法和先进教学方法进行融合，共同促进教学的多样化和教学效果的最大化。

三、结束语

虚拟仪器技术在高校教学中已经得到了应用，正在逐步由单纯的科研设备向实验教学设备和课堂教学的方向发展。实践证明，虚拟仪器在教学中的应用对提高教育技术水平、改革教学模式、强化课堂效果和提高创新能力均有不同程度的提高。

[1]赵展.虚拟仪器在高职院校实验教学中的应用[J].中国电子商务，2009,9：150～151

[2]丁士心，虚拟仪器技术[M].北京：科学出版社，2005

[3]魏宏波，基于虚拟仪器技术的实验教学改革探讨[J].中国现代教育装备，2009,81(11)：92～94

[4]荣雅君，刘琳，高广峰，等.虚拟仪器在实验教学中的应用[J].电力系统及其自动化学报,2009，21（1）：78～82

[5]张跃勤，雷敏，郭民利.基于虚拟仪器技术的实验教学平台及其应用[J].仪表技术，2006，3：2～5

[6]马晓阳.虚拟仪器技术在教学中的应用[J].中国职业技术教育，2006，13：51～52

[7]田丹丹.虚拟仪器在教学中的应用研究[J].辽宁教育行政学院学报，2008，11：166～168

Virtual instrument technology used in the college teaching

Jiang Haibo
Xuzhou normal university, Xuzhou, 221116, China

In this paper, application of the virtual instrument in the experimental teaching, especially in the classroom teaching is analyzed. The virtual instrument technology into classroom teaching can improve teaching vivid and perceptual knowledge, while students in hands-on labs can increase the capacity and programming capability.

college teaching；virtual instruments；programming；practice

2010-04-09

姜海波，博士，讲师。