基于虚拟仪器实验教学模式的学生创新能力的培养

摘要： 实验是教学过程中非常重要的一个环节。本文分析了传统实验模式在资源共享、发挥学生主观能动性等方面存在的弊端，提出了基于虚拟仪器的实验教学模式，阐述了该实验教学模式能够缓解实验场地紧张、节约实验经费、激发学生的创新意识等优点，是将来实验教学重要的发展趋势。

Abstract： Experiment is a very important node in the process of the teaching. This paper analysed the disadvantages of the traditional experimental model in the aspect of sharing resources and exerting students' subjective initiative. The paper also expatiated the advantages of the experimental teaching model based on Virtual Instrument in relieving the deficiency of experimental room， saving the experiment outlay and arousing students' innovation awareness， it is the very important development tendency in the experimental teaching mode in the future.

关键词： 虚拟仪器；实验教学模式；创新能力；动手能力

Key words： Virtual Instrument；experimental teaching mode；innovation abilities；practical abilities

中图分类号：G647 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）29-0260-02

0 引言

课堂教学是全面实施以培养创新精神和实践能力为核心的素质教育的主阵地。充分发挥第一课堂主渠道作用，把创新教育的有关内容和思想渗透到专业课堂的教学过程中去，特别是在实验等实践教学环节中，培养学生的创新能力和创新意识，锻炼他们“爱问、善问、会问”的思考习惯和解疑的动手能力[2]，对提高学生学习的主动性、挖掘学生的创新潜能等有着非常重要的意义。

虚拟仪器（Virtual Instruments，简称VI）是目前国内外测试技术界和仪器制造界十分关注的热门话题。它是在计算机科学和微电子技术迅速发展和普及的今天，出现的一种基于计算机的自动化检测仪器系统，是现代计算机技术和仪器技术完美结合的一种概念性仪器，充分利用了计算机强大的图形界面（软面板）和数据处理功能[1]，能对被测对象进行真实的测量与测试，代表了一种创新的设计思想。“虚拟”一词应该是针对传统的以硬件为主的仪器而言。

在学生的实验教学环节中，利用虚拟仪器实验平台开展基于虚拟仪器的实验教学内容，能够在一定程度上激发工科学生的创新意识、提高学生的动手操作能力、节省实验经费、节约实验时间，虚拟仪器实验教学模式是将来工科专业实验发展的重要趋势。

1 传统实验教学模式存在的主要问题

传统的实验教学模式，学生利用具体的实验设备和实验箱进行实验，在一定程度上可以锻炼学生实际动手操作能力，有利于学生的感官认识[2]，培养学生的现场发现问题、解决问题的能力。但是，传统实验教学模式也有一些不足之处。

1.1 不利于发挥学生的主观创造性 传统的实验教学模式，实验室给学生提供有专用的实验箱和实验仪器。实验箱上的器件、芯片、元件等都已经焊接在特制的电路板上，学生只需用插针线按照实验步骤和实验内容进行简单的连线即可完成实验。

这种借助于实验箱进行的实验，因为学生不清楚实验的具体接线，不理解实验的工作原理，学生往往非常被动、按步照班地进行接线，无法激发他们的创新意识和主动性。

1.2 不利于实验资源的共享 一般来说，传统的实验教学，一种实验仪器和实验箱只能开展一门课程的实验教学，如果别的课程也需要做实验，那就需要更换实验箱或实验室。这种专用的实验箱和实验仪器非常不利于实现实验资源的共享，从而导致资源浪费、经费增长、场地紧张等。

1.3 不利于统一管理，维护困难 工科学生的实验教学环节在整个教学过程中所占的比例较重，往往一个专业需要开展实验的课程也较多。采用传统的实验教学模式，每门课程都需要购买专用的实验设备或实验箱进行实验，这样就需要设立若干实验室进行保管并实施实验教学，如此便形成了实验室较为分散的局面，无法统一管理实验设施，开放程度也较差，维护非常困难。

2 基于虚拟仪器的实验教学模式相关软件

利用相关的虚拟仪器软件实现实验教学，能够充分发挥学生的思维想象力、挖掘学生的潜能、巩固理论教学知识，理论联系实际、激发学生的创造欲望和创新意识。

对于电子类工科专业学生来说，能够操作的虚拟仪器相关软件主要有以下两种。

2.1 LabVIEW软件 LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，它采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了各虚拟仪器及函数的执行顺序。LabVIEW提供了很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可方便地创建各种用户界面，该用户界面在LabVIEW中被称为前面板。使用各图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。LabVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。图1是LabVIEW中的虚拟示波器。