高职院校如何开设《虚拟仪器设计与应用》课程

摘 要：本文分析了高职院校设置《虚拟仪器设计与应用》课程的必要性，介绍了该课程的课程内容、课程的实践教学平台及课程配套的实训项目，课程可以完成电子测量与信号监控、自动化领域仪器的应用开发，全面提升学生的综合素质及创新能力。

关键词：高职；虚拟仪器设计与应用；课程设计

1 引言

虚拟仪器（virtual instrumention，简称VI）是基于计算机的仪器，虚拟仪器允许测试人员根据不同的测试要求，通过软件重新定制硬件，创建自定义的解决方案，实现计算机和仪器的密切结合，是仪器发展的一个重要方向。随着电子技术的高速发展，掌握虚拟仪器技术已成为毕业生应具有的、不可缺少的关键技术。高职院校培养高技能实用型人才，教学中需要大量的实训设备，虚拟仪器技术以最少的硬件投资即可改进整个系统，非常适合高职教育体制的实训基地建设。《虚拟仪器设计与应用》课程的设置，能够满足轨道交通等多个行业电子测绘领域高职毕业生培养的需求。

2 《虚拟仪器设计与应用》课程设计

《虚拟仪器设计与应用》课程是我院电子测量与信号监控专业方向的核心课程，课程依托教师自主设计的虚拟综合实训平台，结合校企联合开发的课程项目和实训项目，培养学生在电子测绘、轨道交通等方面职业能力，为电子技术等多门课程提供很好的技术支撑。

2.1 课程内容设计

本课程内容选取前期以Labview基础知识学习为主，后期以项目教学为主，项目以信号发生器等常见仪器设备的开发为主。课程项目根据企业当前所需技术，用传统仪器与虚拟仪器相结合的方法，以地铁轨道信号设备的信号分析、处理及基于声卡的虚拟仪器信号发生器设计等为案例开发。课程教学内容安排顺序，通过简单游戏开发，学习Labview基础知识；设计以声音采集卡为媒介的简易信号发生器；完成多通道数据采集装置的综合项目，从简到难，使学生逐渐掌握虚拟仪器开发流程和设计方法。表1是单元教学的主要内容。

2.2 课程的实践教学平台

2.2.1 虚拟仪器系统构成

以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。图1是常用的虚拟仪器系统方案。虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。

2.2.2 虚拟综合实训平台的硬件系统

本课程的实践平台按照图1的虚拟仪器系统而设计，以“NI6221数据采集卡”为核心，以传感器模块，数据处理单元，组成高性能的模块化硬件系统。再结合软件来完成各种测试、测量和自动化系统集成。平台开发以来，在企业项目开发中起到重要的作用，尤其是在数据采集和数字信号处理方面应用较多。平台可以实现通用台式仪器的全部功能以及一些在传统仪器上无法实现的功能。经过多年的教学和总结，该平台目前包括虚拟仪器教学实验箱、USB高精度采集卡和图形化软件开发工具、仿真工具等，此外基于Labview图形化系统的设计，能够辅助完成大部分课程的课堂教学，学生竞赛及科研项目，非常适合高职院校学生的自主学习和技能训练。虚拟综合实训平台的硬件总体框架如下图2，利用模块化硬件，结合软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。软件能帮你创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，灵活的可编程软硬件平台满足对同步和定时应用的需求。只有同时拥有软件、模块化IO硬件和用于集成软硬件的平台，才能充分发挥虚拟仪器的优势。

由Labview软件构建虚拟仪器实训系统，将计算机技术应用于物理量的测量中，在实际应用中，平台可以完成多个实训内容，可供电子、通信类专业学生作为设计性、创新性综合实验和毕业设计使用。

2.3 实训内容

课程开发了一系列实践项目，包括：示波器、频谱分析仪、数字电压表、温度测量系统、光强检测与控制系统、红绿灯控制系统、红外传输系统、电机调速与测速开环系统、电子秤设计、步进电机控制与霍尔元件检测、电机调速与测速闭环系统、模拟电梯超重报警系统等。学生可以在实训中完成测试、测量和数字信号分析，从而为嵌入式设计、工业控制以及测试和测量项目开发中提供了一种独特的解决方案。

2.4 课程在高职电子类专业中的定位

在电子测量与信号监控专业方向的培养方案中，本课程是核心课程，该课程在培养目标中起重要的作用，对培养其他岗位能力起着支撑作用，在课程体系中起着呈上启下的核心作用。

3 课程对学生的培养

课程可以提高学生创新能力培养。学生可以完成仪器电路的设计、参数分析与计算，调试与测量，嵌入式技术的学习，掌握并熟练使用各种电子设备及仪器、测量技术等，利用现有计算机资源，Labview图形化软件、数据采集等，完成测试、控制、自动化或者其他创新性的应用开发，全面提升学生的综合素质，学生能够配置、创建、、维护和修改已有的解决方案，掌握仪器定制或自制步骤，面对简单的测试任务，能很快的组建测试系统。

4 总结

高职《虚拟仪器设计与应用》课程设置，适应当前虚拟仪器技术岗位的发展需要，课程就业方向明确，具有很强的可持续发展优势。通过课程，学生掌握了电子测量的新技术和新方法，大大提升学生电路设计和应用能力；课程采用先进的教学手段，使学生初步掌握新技术的数字化仪器仪表的开发流程；借助虚拟综合测试仪平台，学生体验具有先进技术、开放性和高集成可扩展的工作环境，参与企业实际的项目设计；将理论知识学习、实践能力培养和综合素质培养三者紧密结合起来；形成校企联合培养体系，帮助学生获得高质量的动手能力训练，同时平台在实训设备的功能和设计方法、水平方面产生了质的飞跃。

参考文献：

[1] 陈栋，崔秀华.虚拟仪器应用设计[M].西安电子科技大学出版社，2009.

[2] 贾佳，高职《虚拟仪器技术》课程教学实践探索[J].职业教育研究，2012（5）.

[3] 赵展.高职院校电子类实验室引入虚拟仪器教学的研究[J].计算机与信息技术，2011（12）.