虛擬儀器的電子技術演示實驗應用

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摘要：隨著經(jīng)濟與科技的不斷發(fā)展，教育已經(jīng)成為了當前社會最為重視的問題之一。近幾年信息技術進步飛快，電子技術演示實驗的應用率越來越高。本篇文章將闡述當前電子技術演示存在的不足，探討基于虛擬儀器的電子技術演示實驗，并列舉具體案例進行詳細分析。

關鍵詞：虛擬儀器；演示實驗；多媒體

引言

電子技術本身是一門具有較強實踐性的課程，在實際教學的過程中往往有大量實驗教學。這其中應用價值最強的便是演示實驗，對于學生的學習興趣和積極性的激發(fā)有著非常重要的影響。為此，教師理應針對這一方面進行深入研究，在了解其不足的基礎上對其不斷改進。

一、電子技術演示存在的不足

（一）實物演示的方式

實物演示方法是最為傳統(tǒng)的一種方法，同時也是最具說服力的方法，學生們能夠直接觀察到最原始的實驗結果。但是，由于電子技術實驗需要使用大量實驗儀器，且這些儀器非常笨重，不便于搬運，同時由于顯示器過小，實驗觀察難度較大。

（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的解說以及字幕，之后通過多媒體設備在課堂中進行播放。這種實驗方式本身觀察效果較強，同時也具有較強的真實性。但是實驗操作的靈活性較差，教師無法掌控全局。

（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驗過程做成相關課件，并由教師在課堂中進行播放。這種方式的表現(xiàn)形式與視頻演示的方式十分接近，知識實驗本身過于抽象化和理想化，缺乏一定的可信度。

（四）計算機仿真演示的方式

模擬仿真主要依靠相關軟件代替原編號實驗的具體操作，能夠?qū)嶒灥母鱾€環(huán)節(jié)進行模仿和確定，拓寬了原本實驗教學的思路。但是盡管其已經(jīng)具備了足夠的仿真度，但是仍然無法達到具體實驗的效果[1]。

二、基于虛擬儀器的電子技術演示實驗

（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上，按照用戶自身的設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量工作。在某種程度上可以說，虛擬儀器的技術中將電腦本身的軟硬件資源全部發(fā)揮了出來，并將相關軟件作為基礎平臺，在擋墻電腦屏幕中虛擬出與儀器本身十分類似的顯示面板。使用者可以依靠鍵盤以及鼠標的方式對其進行操作，調(diào)整開關和旋鈕，完成儀器虛擬運行的工作，同時還能了解儀器目前的使用狀態(tài)，并對之前的實驗結果進行讀取。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驗系統(tǒng)

現(xiàn)如今最為常用的演示實驗系統(tǒng)主要為NIELVIS，其主要將原本LabVIEW編程作為基礎，將實驗中常用的儀器功能進行集成。因此，NIELVIS可以算是一種多功能數(shù)據(jù)采集的設備，內(nèi)部主要是一個完全自定義的工作臺，在其上方有一個實驗面板。一般而言，其主要功能為信號的分析、數(shù)字萬用表、信號源、定時以及直流電源。從上述可以發(fā)現(xiàn)，虛擬儀器系統(tǒng)可以將傳統(tǒng)實驗中的大部分功能完全代替，并完成電子技術課程的絕大多數(shù)實驗演示。不僅如此，還可以對原有功能進行拓展，從而滿足更多不同實驗的具體需求。在實際教學的過程中，當教師需要進行實驗的時候，可以先將NIELVIS安裝在電腦的PCI插槽位置，之后再進行線路的搭建工作，并完成具體實驗的操作。如此一來，只需要將實驗演示的內(nèi)容投到教室的大屏幕上，學生們便能夠清晰地觀察整個實驗的所有操作以及實驗結果，促使實驗的演示效果進一步提升。而且由于電路本身有實驗元件直接搭建，使得實驗的可信度也得到了相應的提升。

三、電子技術演示實驗應用的具體案例

本次案例的課程選取的實驗內(nèi)容為反向放大電路實驗，以此對利用虛擬儀器技術進行實驗教學演示進行詳細說明。在實驗開始之前，教師可以先向?qū)W生們播放多媒體視頻，促使學生們對于本次實驗所需要使用的元器件有所了解。本次實驗所需要用到的元器件為741運算放大器、10千歐的電阻R1、100千歐的電阻RF以及若干導線。當元器件全部展示完畢之后，教師可以安排一名學生在虛擬儀器面板上進行電路的搭建工作，具體過程可以利用視頻的方式進行展現(xiàn)，促使學生們能夠觀察到搭建的所有操作內(nèi)容。電路內(nèi)部的輸入信號往往由虛擬信號的發(fā)生器產(chǎn)生出來，所以可以用導線將其中一端與工作臺的“FGENFUNC_OUT”的引腳位置進行連接，而另一端則需要與“GROUND”相連接。同時，輸出端則需要與“ACH0”相連接，以此當做虛擬示波器的主要輸入信號，并將另一端與“GROUND”相連接。在進行實驗的過程中，首先需要打開工作面板，利用鼠標對信號發(fā)生器進行調(diào)整，將其調(diào)到1kHZ的正弦波，而實際幅度可以調(diào)整到200mV。之后可以將示波器的面板打開，并開啟CHA以及CHB兩條通道，將第一個的“Source”設置為“ACH0”，而第二個的“Source”需要設置為“FGENFUNC_OUT”。如此一來，CHA主要負責信號的具體輸出工作，而CHB則主要負責信號的輸入工作。此時可以對其輸出的波形顏色進行調(diào)整，從而能夠?qū)ζ溆枰詤^(qū)別。此時具體輸入電壓的數(shù)值為200mV，實際輸出的電壓為2V，所以反相放大器的具體放大倍數(shù)可以達到10倍左右，同時波形的具體相位差距則達到了180度左右。這一結果與理論中提出的要求基本上相吻合。從該實驗能夠發(fā)現(xiàn)，依靠虛擬儀器替換傳統(tǒng)的工作儀器，方便了課前準備操作，教師不再需要提前將種類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驗操作以及實驗結果的數(shù)據(jù)資料傳到大屏幕上，增加了實驗效果的可見性。不僅如此，由于電腦本身具備較強的儲存功能，可以將具體實驗現(xiàn)象保存到電腦之中，當進行課堂復習以及知識鞏固的時候，能夠?qū)⑵潆S時調(diào)出來進行觀看。如此一來，學生們的學習積極性大幅度提高，課堂教學的質(zhì)量也隨之提升。

四、結束語

綜上所述，虛擬儀器在當前電子技術課程中有著較強的應用價值，能夠模擬絕大多數(shù)實驗內(nèi)容。因此教師們應該對其繼續(xù)研究，并予以推廣。

參考文獻：

[1]李文聯(lián).虛擬儀器在電子技術演示實驗中的應用[J].實驗室研究與探索，2015，23（1）：20-22.

[2]范蘊秋.電子技術演示實驗中虛擬儀器的應用研究[J].電子技術與軟件工程，2016（20）：184-185.

作者:劉術平 李虹燃 單位:重慶市科能高級技工學校