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摘要 介绍虚拟仪器的特点及教学内容之后，重点分析虚拟仪器技术在参与式教学和教学实践创新方面的新颖性和有效性，将它引入电子信息工程专业的理论教学与实验教学，可以很好地改善教学效果。
关键词 虚拟仪器；LabVIEW；参与式教学；创新
中图分类号：TP391.9文献标识码：B文章编号：1671-489X(2010)36-0146-02
Application of Virtual Instrument in Teaching of Electronics//Yang Min, Ye Hong, Ni Jifeng, Zhang Xiangfen
Abstract After introduction of the characters of virtual instrument and teaching content, novelty and validity is analyzed as emphases for virtual instrument using in participatory teaching and innovation of teaching method. It should be introduced into theoretical teaching and experimental teaching in Electronic Information Engineering to implement effective teaching.
Key words virtual instrument；LabVIEW；participatory teaching；innovation
Author’s address College of Information, Mechanical and Electrical Engineering, Shanghai Normal University, Shanghai, China 201418
虚拟仪器就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义具有虚拟面板和测试功能，由测试软件实现的一种计算机仪器系统[1]。使用者用鼠标点击虚拟面板，就如同使用一台专用电测量仪器。虚拟仪器克服传统仪器设备繁多、体积庞大、管理和维护麻烦的缺点，能更大程度地实现智能化和集成化，软件的二次开发还将带动科学研究和教学创新，有着广阔的应用前景，有必要将它引入电子专业的教学体系。
1 虚拟仪器的课程内容
目前主流的虚拟仪器技术是美国NI公司的开发的图形化编程语言LabVIEW，以及不同接口和用途的硬件模块。因此，高校的虚拟仪器课程主要围绕软件的使用和软硬件结合的程序开发而展开。
虚拟仪器课程的教学内容包括LabVIEW的软件使用、NI硬件模块和NI ELVIS II平台的使用。LabVIEW编写的VI（Virtual Instrument）由前面板和程序框图构成，前面板虚拟了仪器面板，程序框图使用简单易懂的图形化符号代替文字编程，用于实现仪器功能。因此，LabVIEW软件部分需要学习的有：基础知识、VI程序结构、数组和簇、图形控件和波形显示、字符串和文件I/O、信号分析与处理[3]。
NI公司的硬件模块涉及数据采集、实时测量、机器视觉和嵌入式方案等，种类繁多，接口也有PCI、PXI、GPIB等多种，适用于教学、实验和工业应用的体系。高校往往购买少量模块用于教学实验研究和学生的创新设计。NI ELVIS集成12款最常用的仪器组合，来进行电路设计、仪器、控制、电信和嵌入式/单片机课程的理论中的教学，可以以面包板的形式使用，根据电路图在平台上连接分立元件，也可以制作面向特定实验内容的电路板，让学生学习到从理论、设计、原型到实现这一整套的工业流程，尤其适合于电子电路这类专业基础课的实验和课程设计。
实践表明，虚拟仪器课程强调的是硬件仪器的功能软件化，教学时应注重培养学生的软件设计能力，编写的虚拟仪器便于使用。
2 虚拟仪器促进参与式教学
虚拟仪器和电子专业的多门基础课、专业课都有紧密联系，如数字信号处理、电子测量等，都可以充分利用虚拟仪器的VI程序改善教学效果。高校可以组织教师开发一些适合于本专业教学层次、教学方法的系列实验，配备一定数量的计算机、LabVIEW软件和一些仪器模块，建立起自己的虚拟实验室，虚拟仪器VI能使实验的内容不再局限于验证和模仿，学生通过修改程序框图来更改或增加虚拟仪器的功能，根据他们的想法和能力对实验内容做一些修改，容易激发学生的创新意识，提高动手能力。
虚拟仪器同样可用于理论教学。专业课中有大量抽象的公式、理论，学生因为没有直观的印象，理解起来往往非常困难。教师在PPT课件中插入有关实验的图片和视频进行演示，但只能做静态的展示。如果根据教学内容将虚拟仪器程序制作打包，放在课堂上运行，就像把实验室放到教室一样，学生能清楚地看到程序的运行过程及结果，也可以比较不同的参数、不同的公式对实验结果的影响。比如在讲解滤波器时，可以在前面板上并排放置多个图形显示控件，同时显示各个滤波器的滤波结果，把抽象的内容变得简单而具体。
综上所述，无论是理论教学还是实验教学，虚拟仪器都能够应用灵活多样、直观形象的教学手段，给学生积极参与教学过程创造条件，使他们能深刻地领会和掌握所学的知识。
3 虚拟仪器带动教学实践创新
虚拟仪器是高校进行教学实践创新的有利工具，主要可用于以下几个方面。
3.1 学生的课程设计
教师提供设计性的实验，要求学生利用虚拟仪器对数据采集、存储、分析、处理、传输及控制的强大功能，编制出满足题目要求的VI。并通过自主实验和小组讨论来强化对LabVIEW函数的运用。
3.2 学生的毕业设计
教师鼓励学生走进实验研究或企业生产第一线，发掘现有仪器设备在检测、运算、分析或控制方面存在的具体问题，由此确定设计主题并编写VI。这样的设计内容与生产实际紧密联系，有助于培养学生发现问题和解决问题的能力。
3.3 学生的创新项目和竞赛
选题往往源自教师的科研项目或学生的研究兴趣，标准比其他设计更为严格，除了实现基本功能之外，还要保证实时性、可靠性等多方面工程要求，因此更能培养出具有创新意识和科研能力的学生。
4 结语
将虚拟仪器技术引入电子专业的理论教学与实验教学，可以促进教学的互动性、参与性，对于培养学生的创新思维和动手能力都有极大的帮助。教师应该根据本专业的特点和现状，加强教师队伍的培训建设，探索一些切实可行的方法，使用虚拟仪器技术改善教师的教学方法和学生的学习效果。
参考文献
[1]刘君华,等.虚拟仪器图形化编程语言LabVIEW教程[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001
[2]唐东炜,等.开发虚拟仪器系统，改革测试实验教学[J].佛山科学技术学院学报:自然科学版,1999(2):80-84
[3]周建民.“虚拟仪器设计”课程建设实践与探索[J].华东交通大学学报,2005(12):252-264
关键词 虚拟仪器；LabVIEW；参与式教学；创新
中图分类号：TP391.9文献标识码：B文章编号：1671-489X(2010)36-0146-02
Application of Virtual Instrument in Teaching of Electronics//Yang Min, Ye Hong, Ni Jifeng, Zhang Xiangfen
Abstract After introduction of the characters of virtual instrument and teaching content, novelty and validity is analyzed as emphases for virtual instrument using in participatory teaching and innovation of teaching method. It should be introduced into theoretical teaching and experimental teaching in Electronic Information Engineering to implement effective teaching.
Key words virtual instrument；LabVIEW；participatory teaching；innovation
Author’s address College of Information, Mechanical and Electrical Engineering, Shanghai Normal University, Shanghai, China 201418
虚拟仪器就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义具有虚拟面板和测试功能，由测试软件实现的一种计算机仪器系统[1]。使用者用鼠标点击虚拟面板，就如同使用一台专用电测量仪器。虚拟仪器克服传统仪器设备繁多、体积庞大、管理和维护麻烦的缺点，能更大程度地实现智能化和集成化，软件的二次开发还将带动科学研究和教学创新，有着广阔的应用前景，有必要将它引入电子专业的教学体系。
1 虚拟仪器的课程内容
目前主流的虚拟仪器技术是美国NI公司的开发的图形化编程语言LabVIEW，以及不同接口和用途的硬件模块。因此，高校的虚拟仪器课程主要围绕软件的使用和软硬件结合的程序开发而展开。
虚拟仪器课程的教学内容包括LabVIEW的软件使用、NI硬件模块和NI ELVIS II平台的使用。LabVIEW编写的VI（Virtual Instrument）由前面板和程序框图构成，前面板虚拟了仪器面板，程序框图使用简单易懂的图形化符号代替文字编程，用于实现仪器功能。因此，LabVIEW软件部分需要学习的有：基础知识、VI程序结构、数组和簇、图形控件和波形显示、字符串和文件I/O、信号分析与处理[3]。
NI公司的硬件模块涉及数据采集、实时测量、机器视觉和嵌入式方案等，种类繁多，接口也有PCI、PXI、GPIB等多种，适用于教学、实验和工业应用的体系。高校往往购买少量模块用于教学实验研究和学生的创新设计。NI ELVIS集成12款最常用的仪器组合，来进行电路设计、仪器、控制、电信和嵌入式/单片机课程的理论中的教学，可以以面包板的形式使用，根据电路图在平台上连接分立元件，也可以制作面向特定实验内容的电路板，让学生学习到从理论、设计、原型到实现这一整套的工业流程，尤其适合于电子电路这类专业基础课的实验和课程设计。
实践表明，虚拟仪器课程强调的是硬件仪器的功能软件化，教学时应注重培养学生的软件设计能力，编写的虚拟仪器便于使用。
2 虚拟仪器促进参与式教学
虚拟仪器和电子专业的多门基础课、专业课都有紧密联系，如数字信号处理、电子测量等，都可以充分利用虚拟仪器的VI程序改善教学效果。高校可以组织教师开发一些适合于本专业教学层次、教学方法的系列实验，配备一定数量的计算机、LabVIEW软件和一些仪器模块，建立起自己的虚拟实验室，虚拟仪器VI能使实验的内容不再局限于验证和模仿，学生通过修改程序框图来更改或增加虚拟仪器的功能，根据他们的想法和能力对实验内容做一些修改，容易激发学生的创新意识，提高动手能力。
虚拟仪器同样可用于理论教学。专业课中有大量抽象的公式、理论，学生因为没有直观的印象，理解起来往往非常困难。教师在PPT课件中插入有关实验的图片和视频进行演示，但只能做静态的展示。如果根据教学内容将虚拟仪器程序制作打包，放在课堂上运行，就像把实验室放到教室一样，学生能清楚地看到程序的运行过程及结果，也可以比较不同的参数、不同的公式对实验结果的影响。比如在讲解滤波器时，可以在前面板上并排放置多个图形显示控件，同时显示各个滤波器的滤波结果，把抽象的内容变得简单而具体。
综上所述，无论是理论教学还是实验教学，虚拟仪器都能够应用灵活多样、直观形象的教学手段，给学生积极参与教学过程创造条件，使他们能深刻地领会和掌握所学的知识。
3 虚拟仪器带动教学实践创新
虚拟仪器是高校进行教学实践创新的有利工具，主要可用于以下几个方面。
3.1 学生的课程设计
教师提供设计性的实验，要求学生利用虚拟仪器对数据采集、存储、分析、处理、传输及控制的强大功能，编制出满足题目要求的VI。并通过自主实验和小组讨论来强化对LabVIEW函数的运用。
3.2 学生的毕业设计
教师鼓励学生走进实验研究或企业生产第一线，发掘现有仪器设备在检测、运算、分析或控制方面存在的具体问题，由此确定设计主题并编写VI。这样的设计内容与生产实际紧密联系，有助于培养学生发现问题和解决问题的能力。
3.3 学生的创新项目和竞赛
选题往往源自教师的科研项目或学生的研究兴趣，标准比其他设计更为严格，除了实现基本功能之外，还要保证实时性、可靠性等多方面工程要求，因此更能培养出具有创新意识和科研能力的学生。
4 结语
将虚拟仪器技术引入电子专业的理论教学与实验教学，可以促进教学的互动性、参与性，对于培养学生的创新思维和动手能力都有极大的帮助。教师应该根据本专业的特点和现状，加强教师队伍的培训建设，探索一些切实可行的方法，使用虚拟仪器技术改善教师的教学方法和学生的学习效果。
参考文献
[1]刘君华,等.虚拟仪器图形化编程语言LabVIEW教程[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001
[2]唐东炜,等.开发虚拟仪器系统，改革测试实验教学[J].佛山科学技术学院学报:自然科学版,1999(2):80-84
[3]周建民.“虚拟仪器设计”课程建设实践与探索[J].华东交通大学学报,2005(12):252-264