基于LabVIEW 的“自动检测与转换技术” 课程实验教学分析

基金项目：本文系上海市民办高校骨干教师科研项目“基于虚拟仪器的自动检测与转换技术课程实验教学研究”课题研究成果。

【文章摘要】

本文在对我国高校“自动检测与转换技术”实验教学现状分析的基础上，综述了LabVIEW 在“自动检测与转换技术”实验教学中的必要性，提出了利用LabVIEW 实现“自动检测与转换技术”实验教学的可行性建议。

【关键词】

LabVIEW ；实验教学；自动检测与转换技术

0 引言

“自动检测与转换技术”是电气自动化技术、机电一体化技术等专业的专业必修课之一。由于该课程与工程实践结合紧密，学生普遍感到理解困难，学习吃力。通过将LabVIEW 软件引入到实验教学环节，构建实验教学软平台，将具体的工程问题呈现在实验教学中，使学生有直观的认识，从而激发学生的学习兴趣。这是“自动检测与转换技术”实验教学发展的新方向，也是实验教学的新尝试。

1 目前我国高校“自动检测与转换技术”课程实验教学的现状

1.1 实验设备与实验教学内容不能完全匹配

通过调查发现，目前多数高校“自动检测与转换技术”实验室均采用硬件设备，在实际操作时硬件设备损坏率高、老化现象严重，同时在实验教学过程中，常会出现某些仪器缺少而另一些仪器过剩的情况，或是实验过程中仅用到仪器设备的部分功能，而实验中需要的许多功能又是现有的仪器不具备的，需要重新购置，从而增加了学校实验经费的投入，同时还容易造成浪费现象。

1.2 实验教学方式单调枯燥，实验手段单一

传统的“自动检测与转换技术”课程实验教学方式单调枯燥，实验手段单一。学生实验时，按老师要求接、插线，手工记录数据，分析数据，绘图，最后写出实验报告。实验过程以老师为主导，学生毫无主动性，枯燥单一的模式无法调动学生的积极性和创造性。且随着学生人数的不断增加，实验设备台套数不足，导致2~3 人一组做实验，实验过程中往往出现一个学生做，同组人旁观的现象，教学效果很不理想。

1.3 实验教学内容与工程实践脱节严重

传统的“自动检测与转换技术”课程实验利用示波器、波形分析仪等器件观察、测试、分析传感器的各种特性，教学内容陈旧，多以验证性实验为主，例某高职院校所开设的“自动检测与转换技术” 课程实验为：金属箔式应变片半桥性能实验、金属箔式应变片全桥性能实验、铂电阻温度特性实验、热电偶测温实验、气敏传感器实验等，这些实验缺乏设计性、综合性要求，与工程实践脱节严重。而目前，新的智能化传感器不断出现，微处理器、物联网与传感器的融合技术快速发展。这些知识在课堂教学中有出现，但在实验课程中却甚少涉及。

1.4 有限的实验教学时数与学生实践动手能力提高相矛盾

根据调查，目前的“自动检测与转换技术”实验，均为教学计划内的实验，实验时数在6~8 学时不等。学生必须在任课老师的安排下完成实验，而不能根据自己的学习进度来安排实验时间，更不能像做课外作业一样利用课余时间进行实验，有限的实验教学时数与学生实践动手能力提高的矛盾突出。

综上所述，由传统的硬件构成的实验设备已不能完全满足“自动检测与转换技术”课程实验教学的需要，而虚拟仪器LabVIEW 的应用可以改变实验室难以解决的矛盾，灵活方便的进行实验教学。

2 基于LabVIEW 的“自动检测与转换技术”课程实验教学的必要性分析

L a b V I E W（ L a b o r a t o r y V i r t u a l instrument Engineering Workbench）是一款主要应用于计算机数据采集、数字信号处理和仪器控制的软件，采用图形化编程语言，具有形象、直观、数据处理能力强等特点，尤其是它脱离了具体的电路结构，能从外界采集信号并进行实时处理，运行效率高。另外，LabVIEW 还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX 等软件标准的库函数，利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的程序框图和逼真的前面板设置，能激发学生的兴趣，具有与硬件仪器完全相同的功能，符合实验教学的要求，特别适合“自动检测与转换技术”实验仿真。

2.1 是实现高职人才培养目标的需要

高职院校培养的是高技能的应用型人才，目前，虚拟仪器技术在工业、农业、通信、交通、生物医学等多个领域获得应用，因此，学生走上工作岗位时将面临各种虚拟仪器，为了使他们能更快地适应工作岗位，高职院校有必要将虚拟仪器技术引入实验教学。

2.2 能有效降低实验室建设与管理成本

利用虚拟仪器LabVIEW 技术，可以设计出与实际仪器在功能、操作方面完全一样的全软件虚拟仪器，利用这些虚拟仪器，每位学生均可以直接在计算机上学习和掌握仪器操作，并通过虚拟仪器，任意构建实验项目，完成实际测试过程，达到与实际仪器完全相同的教学目的。与传统实验教学方法相比，能有效降低实验室建设与管理成本。

2.3 能有效地呈现工程实践项目

利用虚拟仪器LabVIEW 技术，构建实验软平台，模拟真实实验中所使用的实验器材和设备，提供与真实实验相似的实验环境，将一些具体的工程问题转变成形象、生动、直观的图形和实例，激发学生的学习兴趣，从而加深对各种传感器应用的理解，增加学生动手实践机会，解决课程教学中的实际问题，提高教学质量。

2.4 有利于构建更合适的实验教学体系

利用虚拟仪器LabVIEW 技术，为“自动检测与转换技术”的实验教学改革打开了一个窗口。学生可以不受实验仪器和实验条件的制约，学用结合，自主的进行开放性和设计性实验，实验的安排更加灵活方便且不受时间空间限制，有利于完善现有实验教学体系。同时教师可以用它来帮助备课，通过虚拟实验教学管理系统，搭建典型实验或调取实验案例，取代部分硬件电路实验，可取得事半功倍的效果。

3 实现基于LabVIEW 的“自动检测与转换技术”课程实验教学的可行性建议

3.1 利用LabVIEW，实现学生的自主学习

LabVIEW 具有图形化的仪器编程环境，学生可以在计算机上直接完成“自动检测与转换技术”中应用电路的设计、模拟仿真，对实际参数进行测量等。充分利用虚拟仪器的优势，对培养学生设计电路系统和实际操作的能力都有很大地提高。同时LabVIEW 中嵌入了丰富的工程应用函数，可提供了多种仿真信号产生、测试信号分析和处理、数据采集函数。在该环境中，可构建虚拟示波器、虚拟频谱分析仪、虚拟温度、流量测量仪、虚拟电量测量仪等，无需给每个实验组配备相应的硬件设备，学生即可根据自己的设想，设计富有个性的实验测量面板，教学效果将十分理想。

3.2 利用LabVIEW，实现“自动检测与转换技术”课程开放性实验

“自动检测与转换技术”课程远程教育中的实验一直是远程教育实施过程中的难点问题，利用基于网络的LabVIEW 技术可以弥补这方面的不足。学生可在任何时间，从任何地点仅靠1 台计算机通过internet 页面上选择相关的实验来操纵网络化虚拟仪器，进行实验操作，实现检测信号的数据采集、传送、存储、调用、分析和显示，获得与真实实验一样的体会，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解，使有限的资源发挥更大的作用，实现真正意义上的开放实验。国内一些高校已有这方面的考虑，如清华大学、上海交通大学、北京大学等高校已经开始提供类似的虚拟实验服务。

3.3 利用LabVIEW，实现“自动检测与转换技术”课程大型工程项目的实训

“自动检测与转换技术”课程实验教学中工程项目的实训一直是实践教学环节中的难点问题，大型的工程实训项目所需仪器设备很多, 这些仪器设备不仅价格昂贵，体积大，而且相互连接十分麻烦，在硬件实验室中很难实现，而LabVIEW 软件中几乎包含了所有型号的设备, 具有很强的可扩展性，能够满足教学的需要。

4 结束语

通过以上分析可以看出，基于LabVIEW 的“自动检测与转换技术”实验教学，可以使整个实验设计与实际工程应用密切相关。将虚拟仪器技术引入“自动检测与转换技术”实验教学，既大大节约了学校更新实验设备所需的投资，又为学生全面运用所学知识进行综合性实验创造了良好的实验条件。可以说开发和利用虚拟仪器LabVIEW 技术，是学校进行“自动检测与转换技术”实验教学改革的一个新方向。

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【作者简介】

袁冬琴（1975—）女，上海东海职业技术学院机电学院，讲师；研究方向： 机械电子工程