虛擬儀器的電子技術(shù)演示實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

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摘要：隨著經(jīng)濟(jì)與科技的不斷發(fā)展，教育已經(jīng)成為了當(dāng)前社會(huì)最為重視的問(wèn)題之一。近幾年信息技術(shù)進(jìn)步飛快，電子技術(shù)演示實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用率越來(lái)越高。本篇文章將闡述當(dāng)前電子技術(shù)演示存在的不足，探討基于虛擬儀器的電子技術(shù)演示實(shí)驗(yàn)，并列舉具體案例進(jìn)行詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；演示實(shí)驗(yàn)；多媒體

引言

電子技術(shù)本身是一門(mén)具有較強(qiáng)實(shí)踐性的課程，在實(shí)際教學(xué)的過(guò)程中往往有大量實(shí)驗(yàn)教學(xué)。這其中應(yīng)用價(jià)值最強(qiáng)的便是演示實(shí)驗(yàn)，對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性的激發(fā)有著非常重要的影響。為此，教師理應(yīng)針對(duì)這一方面進(jìn)行深入研究，在了解其不足的基礎(chǔ)上對(duì)其不斷改進(jìn)。

一、電子技術(shù)演示存在的不足

（一）實(shí)物演示的方式

實(shí)物演示方法是最為傳統(tǒng)的一種方法，同時(shí)也是最具說(shuō)服力的方法，學(xué)生們能夠直接觀察到最原始的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但是，由于電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)需要使用大量實(shí)驗(yàn)儀器，且這些儀器非常笨重，不便于搬運(yùn)，同時(shí)由于顯示器過(guò)小，實(shí)驗(yàn)觀察難度較大。

（二）視頻演示的方式

視頻演示主要依靠教師提前錄制好的視頻配合相應(yīng)的解說(shuō)以及字幕，之后通過(guò)多媒體設(shè)備在課堂中進(jìn)行播放。這種實(shí)驗(yàn)方式本身觀察效果較強(qiáng)，同時(shí)也具有較強(qiáng)的真實(shí)性。但是實(shí)驗(yàn)操作的靈活性較差，教師無(wú)法掌控全局。

（三）CAI課件演示的方式

CAI課件演示主要依靠多媒體工具將具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程做成相關(guān)課件，并由教師在課堂中進(jìn)行播放。這種方式的表現(xiàn)形式與視頻演示的方式十分接近，知識(shí)實(shí)驗(yàn)本身過(guò)于抽象化和理想化，缺乏一定的可信度。

（四）計(jì)算機(jī)仿真演示的方式

模擬仿真主要依靠相關(guān)軟件代替原編號(hào)實(shí)驗(yàn)的具體操作，能夠?qū)?shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行模仿和確定，拓寬了原本實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思路。但是盡管其已經(jīng)具備了足夠的仿真度，但是仍然無(wú)法達(dá)到具體實(shí)驗(yàn)的效果[1]。

二、基于虛擬儀器的電子技術(shù)演示實(shí)驗(yàn)

（一）虛擬儀器的概念

所謂虛擬儀器，主要是指在傳統(tǒng)以電腦作為主要核心的硬件平臺(tái)上，按照用戶自身的設(shè)定所形成的全新儀器系統(tǒng)，里面包括虛擬儀器面板以及測(cè)試功能。這其中，“虛擬”的概念主要是指儀器面板本身以及依靠軟件完成儀器的測(cè)量工作。在某種程度上可以說(shuō)，虛擬儀器的技術(shù)中將電腦本身的軟硬件資源全部發(fā)揮了出來(lái)，并將相關(guān)軟件作為基礎(chǔ)平臺(tái)，在擋墻電腦屏幕中虛擬出與儀器本身十分類(lèi)似的顯示面板。使用者可以依靠鍵盤(pán)以及鼠標(biāo)的方式對(duì)其進(jìn)行操作，調(diào)整開(kāi)關(guān)和旋鈕，完成儀器虛擬運(yùn)行的工作，同時(shí)還能了解儀器目前的使用狀態(tài)，并對(duì)之前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行讀取。基本上虛擬儀器能夠完成傳統(tǒng)儀器中的所有功能，從某種意義上可以將其稱之為傳統(tǒng)儀器的模塊化以及軟件化表現(xiàn)[2]。

（二）基于虛擬儀器的演示實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

現(xiàn)如今最為常用的演示實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要為NIELVIS，其主要將原本LabVIEW編程作為基礎(chǔ)，將實(shí)驗(yàn)中常用的儀器功能進(jìn)行集成。因此，NIELVIS可以算是一種多功能數(shù)據(jù)采集的設(shè)備，內(nèi)部主要是一個(gè)完全自定義的工作臺(tái)，在其上方有一個(gè)實(shí)驗(yàn)面板。一般而言，其主要功能為信號(hào)的分析、數(shù)字萬(wàn)用表、信號(hào)源、定時(shí)以及直流電源。從上述可以發(fā)現(xiàn)，虛擬儀器系統(tǒng)可以將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的大部分功能完全代替，并完成電子技術(shù)課程的絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)演示。不僅如此，還可以對(duì)原有功能進(jìn)行拓展，從而滿足更多不同實(shí)驗(yàn)的具體需求。在實(shí)際教學(xué)的過(guò)程中，當(dāng)教師需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，可以先將NIELVIS安裝在電腦的PCI插槽位置，之后再進(jìn)行線路的搭建工作，并完成具體實(shí)驗(yàn)的操作。如此一來(lái)，只需要將實(shí)驗(yàn)演示的內(nèi)容投到教室的大屏幕上，學(xué)生們便能夠清晰地觀察整個(gè)實(shí)驗(yàn)的所有操作以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，促使實(shí)驗(yàn)的演示效果進(jìn)一步提升。而且由于電路本身有實(shí)驗(yàn)元件直接搭建，使得實(shí)驗(yàn)的可信度也得到了相應(yīng)的提升。

三、電子技術(shù)演示實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的具體案例

本次案例的課程選取的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為反向放大電路實(shí)驗(yàn)，以此對(duì)利用虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前，教師可以先向?qū)W生們播放多媒體視頻，促使學(xué)生們對(duì)于本次實(shí)驗(yàn)所需要使用的元器件有所了解。本次實(shí)驗(yàn)所需要用到的元器件為741運(yùn)算放大器、10千歐的電阻R1、100千歐的電阻RF以及若干導(dǎo)線。當(dāng)元器件全部展示完畢之后，教師可以安排一名學(xué)生在虛擬儀器面板上進(jìn)行電路的搭建工作，具體過(guò)程可以利用視頻的方式進(jìn)行展現(xiàn)，促使學(xué)生們能夠觀察到搭建的所有操作內(nèi)容。電路內(nèi)部的輸入信號(hào)往往由虛擬信號(hào)的發(fā)生器產(chǎn)生出來(lái)，所以可以用導(dǎo)線將其中一端與工作臺(tái)的“FGENFUNC_OUT”的引腳位置進(jìn)行連接，而另一端則需要與“GROUND”相連接。同時(shí)，輸出端則需要與“ACH0”相連接，以此當(dāng)做虛擬示波器的主要輸入信號(hào)，并將另一端與“GROUND”相連接。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，首先需要打開(kāi)工作面板，利用鼠標(biāo)對(duì)信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行調(diào)整，將其調(diào)到1kHZ的正弦波，而實(shí)際幅度可以調(diào)整到200mV。之后可以將示波器的面板打開(kāi)，并開(kāi)啟CHA以及CHB兩條通道，將第一個(gè)的“Source”設(shè)置為“ACH0”，而第二個(gè)的“Source”需要設(shè)置為“FGENFUNC_OUT”。如此一來(lái)，CHA主要負(fù)責(zé)信號(hào)的具體輸出工作，而CHB則主要負(fù)責(zé)信號(hào)的輸入工作。此時(shí)可以對(duì)其輸出的波形顏色進(jìn)行調(diào)整，從而能夠?qū)ζ溆枰詤^(qū)別。此時(shí)具體輸入電壓的數(shù)值為200mV，實(shí)際輸出的電壓為2V，所以反相放大器的具體放大倍數(shù)可以達(dá)到10倍左右，同時(shí)波形的具體相位差距則達(dá)到了180度左右。這一結(jié)果與理論中提出的要求基本上相吻合。從該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)，依靠虛擬儀器替換傳統(tǒng)的工作儀器，方便了課前準(zhǔn)備操作，教師不再需要提前將種類(lèi)繁多且非常笨重的儀器帶入教室，減輕了工作量。另外，由于虛擬儀器的內(nèi)部顯示面板全部集中在顯示器中，教師便可以利用多媒體將具體實(shí)驗(yàn)操作以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)資料傳到大屏幕上，增加了實(shí)驗(yàn)效果的可見(jiàn)性。不僅如此，由于電腦本身具備較強(qiáng)的儲(chǔ)存功能，可以將具體實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象保存到電腦之中，當(dāng)進(jìn)行課堂復(fù)習(xí)以及知識(shí)鞏固的時(shí)候，能夠?qū)⑵潆S時(shí)調(diào)出來(lái)進(jìn)行觀看。如此一來(lái)，學(xué)生們的學(xué)習(xí)積極性大幅度提高，課堂教學(xué)的質(zhì)量也隨之提升。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，虛擬儀器在當(dāng)前電子技術(shù)課程中有著較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，能夠模擬絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。因此教師們應(yīng)該對(duì)其繼續(xù)研究，并予以推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]李文聯(lián).虛擬儀器在電子技術(shù)演示實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015，23（1）：20-22.

[2]范蘊(yùn)秋.電子技術(shù)演示實(shí)驗(yàn)中虛擬儀器的應(yīng)用研究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（20）：184-185.

作者:劉術(shù)平 李虹燃 單位:重慶市科能高級(jí)技工學(xué)校