論高職虛擬儀器實驗室的建設(shè)與管理
摘 要：本文分析了虛擬儀器在實驗室中的優(yōu)點，論述了高職院校虛擬實驗室的建設(shè)、虛擬實驗室該如何進(jìn)行管理，并給出了應(yīng)用示例，運(yùn)用虛擬儀器構(gòu)建的實驗室為高職院校實驗室建設(shè)與發(fā)展提供了一種新的模式。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器;實驗室;建設(shè);管理
在信息時代，計算機(jī)技術(shù)與儀器技術(shù)相結(jié)合，形成了一種新概念儀器——虛擬儀器，它從根本上更新了儀器的概念，具有傳統(tǒng)儀器無法比擬的優(yōu)勢。實驗室反映時代的特征，時代的發(fā)展又推動實驗室的發(fā)展，數(shù)字時代的到來使實驗室走形變得虛擬化，促使其全方位的發(fā)生變化，呈現(xiàn)出虛擬儀器實驗室�；谔摂M儀器的實驗室，學(xué)生既可以在虛擬儀器上動手操作，又可自主設(shè)計實驗，且不擔(dān)心儀器的損壞，有利于培養(yǎng)學(xué)生的操作能力、分析診斷能力、設(shè)計能力和創(chuàng)新意識。在采用虛擬儀器構(gòu)建的實驗室中，學(xué)生更易獲得相關(guān)的知識，科學(xué)的指導(dǎo)和敏捷的反饋。虛擬儀器實驗室的到來將改變傳統(tǒng)的實踐教學(xué)模式，虛擬實驗室是未來實驗室建設(shè)的發(fā)展方向，也帶來前所未有的發(fā)展空間。人們開始認(rèn)識到虛擬實驗室在教育領(lǐng)域的應(yīng)用價值，它除了可以輔助高校的科研工作，在實驗教學(xué)方面也具有如利用率高、易維護(hù)等等優(yōu)點。
1、基于虛擬儀器實驗室的相關(guān)概念及優(yōu)點
在配有虛擬儀器的實驗室可謂虛擬儀器實驗室。而虛擬儀器是指具有虛擬儀器面板的PC機(jī)儀器。它由通用個人計算機(jī)、模塊化功能硬件和相關(guān)控制軟件組成。借助于數(shù)據(jù)采集卡，將實驗數(shù)據(jù)采集到計算機(jī)內(nèi)，利用虛擬儀器進(jìn)行分析、測量，操作者通過友好的圖形用戶界面和圖形化編程語言來對儀器的運(yùn)行進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)對被測量信息的采集、分析、判斷、顯示、存儲以及最后數(shù)據(jù)生成。
優(yōu)點：虛擬儀器是根據(jù)測量原理采用適當(dāng)?shù)男盘柗治龊吞幚砑夹g(shù)編制某種測量功能的軟件來實現(xiàn)測試的儀器，與傳統(tǒng)的實驗教學(xué)相比，利用虛擬儀器教學(xué)更好地融合了理論與實踐相結(jié)合，使學(xué)生的軟硬件技能同步提高;虛擬儀器軟硬件上模塊化的設(shè)計使學(xué)生在學(xué)習(xí)的方式上更加靈活，也較容易掌握。
2、虛擬儀器實驗室的建設(shè)
2.1 虛擬儀器實驗室的組成
虛擬儀器實驗室由硬件和軟件部件組成。從使用上講：操作者可十分精準(zhǔn)且快速的完成對被測量數(shù)據(jù)信息的采集、分析、判斷、顯示、存儲及數(shù)據(jù)生成，而不需耗費(fèi)大量時間去手動調(diào)整和計算。從構(gòu)成上講：虛擬儀器是計算機(jī)，加上相應(yīng)硬件和相關(guān)專用軟件，實現(xiàn)既有普通儀器所具備的基本功能，又有普通儀器做不到的更多特殊功能的高檔低價現(xiàn)代化儀器，其功能多樣，測量準(zhǔn)確且易于實現(xiàn)。
2.2 虛擬儀器實驗室的配置
以電子技術(shù)實驗教學(xué)中的應(yīng)用為例來配置電子類虛擬儀器實驗室。該實驗室不僅能實現(xiàn)普通儀器的全部功能且能實現(xiàn)在普通儀器上無法實現(xiàn)的一些特殊功能。
(1)普通計算機(jī)。
(2)虛擬儀器應(yīng)用中的開發(fā)平臺。該平臺能提供圖形化界面，使用圖形化編程方式，提供大量的控件和儀器驅(qū)動程序，可直接使用。
(3)五合一虛擬儀器，虛擬電子儀器及其配套應(yīng)用軟件。該儀器可實現(xiàn)任意波形發(fā)生器、示波器、電壓表、瞬態(tài)波形記錄儀、頻譜分析儀等五種儀器的功能。
(4)電子類實驗室常用的萬用表和直流穩(wěn)壓電源等等常用設(shè)備。
通過上面這些基本配置，教師可以將先進(jìn)技術(shù)帶入課堂，能對學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)性的實驗教學(xué)，也可進(jìn)行設(shè)計性、綜合性和開發(fā)性實驗教學(xué)。老師和學(xué)生通過對各虛擬面板的操作即可完成所有的電子技術(shù)類實驗。學(xué)生在動手操作過程中，也不會因一時誤操作而損壞儀器，從而使學(xué)生大膽實驗，大膽創(chuàng)新，也增強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，促進(jìn)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新意識，還可減少實驗數(shù)據(jù)測量中的造成人為誤差，提高實際測量的精準(zhǔn)度，增加單位時間內(nèi)完成的實驗項目，不但實驗效率高且實驗教學(xué)質(zhì)量好。目前虛擬儀器的出現(xiàn)不但給儀器儀表和測試領(lǐng)域帶來了深刻的變革，也給高職院校的工科類實驗室建設(shè)注入了新活力。通過實踐證明，進(jìn)入虛擬儀器實驗室教學(xué)比普通實驗室教學(xué)效果要好很多。
2.3 建設(shè)虛擬儀器實驗室的優(yōu)勢
與傳統(tǒng)的實驗室相比，虛擬儀器實驗室優(yōu)勢很多，現(xiàn)從教學(xué)方面來考慮只說以下兩大優(yōu)勢：
(1)大量減少建設(shè)實驗室的資金投入。
計算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，數(shù)字信號處理技術(shù)進(jìn)步很快，實現(xiàn)各種信號處理功能的軟件算法精度變得越來越高，速度也是越來越快，而采用虛擬儀器建設(shè)的實驗室能在一臺計算機(jī)上就可以實現(xiàn)諸如示波器、函數(shù)發(fā)生器、電壓表、頻譜分析儀等儀器的功能，在實際操作中用軟件算法替代傳統(tǒng)的電子線路、實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的各種信號處理功能乃至更多的特殊功能，而傳統(tǒng)儀器購置費(fèi)用高，維護(hù)費(fèi)用也高，還需要耗費(fèi)大量的人力物力，建設(shè)虛擬儀器實驗室可大大節(jié)約購買各種設(shè)備的費(fèi)用，故減少了建設(shè)實驗室的資金投入。
(2)良好的人機(jī)界面，可操作性強(qiáng)，教學(xué)效果好。
對于利用計算機(jī)來管理儀器的虛擬儀器，根據(jù)實踐項目的需要能重新定義各種常用設(shè)備，如需進(jìn)行測量溫度時虛擬儀器就是溫度計，如需進(jìn)行測量萬用表實現(xiàn)的功能時，它可轉(zhuǎn)變成萬用表。在實際使用中不僅具有良好的人機(jī)界面，且操作性很強(qiáng)。學(xué)生在實驗過程中可以隨時對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、觀察和分析實驗結(jié)果，對操作不當(dāng)之處能立馬改正，同學(xué)們也愿意去動手動腦操作，從而提高了學(xué)生的實驗興趣，達(dá)到了實驗教學(xué)的效果。
虛擬儀器實驗室的開發(fā)具有眾多優(yōu)勢，作為走在時代最前沿的教育工作者，應(yīng)積極地把虛擬化技術(shù)運(yùn)用到實驗室開發(fā)中，把握時代脈搏，發(fā)揮虛擬儀器實驗室在新時代教學(xué)和科研中的巨大作用。
3、虛擬儀器實驗室的管理
3.1 定期對實驗室進(jìn)行維護(hù)和升級。
虛擬儀器是采用應(yīng)用程序?qū)C機(jī)與相關(guān)硬件模塊結(jié)合起來的一種新型的儀器系統(tǒng)，通過軟、硬件的配合實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的各種功能。它充分利用具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力計算機(jī)系統(tǒng)，以特定的軟件算法代替相應(yīng)的電子線路。若市場出現(xiàn)新的教學(xué)儀器，而虛擬儀器當(dāng)前不能實現(xiàn)其功能，則需操作者對現(xiàn)有儀器進(jìn)行維護(hù)、擴(kuò)展和升級，從而達(dá)到不需購置新設(shè)備卻能滿足教學(xué)所需。
3.2 開放式管理，擴(kuò)大教學(xué)規(guī)模。
虛擬儀器實驗室完全能實行開放式的管理，學(xué)生通過業(yè)余可進(jìn)虛擬儀器實驗室進(jìn)行實驗操作，指導(dǎo)老師通過計算機(jī)監(jiān)控學(xué)生的實驗過程。這種開放室管理方式既能使實驗室資源充分利用，也能滿足學(xué)生求知欲望;既大量節(jié)省了的購置設(shè)備費(fèi)，也緩解了實驗室的不足問題，無形中提高了實驗室的利用率，也擴(kuò)大了實踐教學(xué)規(guī)模。從學(xué)校資財投入方面、教師管理方面、實驗室的利用方面和學(xué)生學(xué)習(xí)方面來說都是完全有利的。
3.3 網(wǎng)絡(luò)化的管理，用技術(shù)提升管理服務(wù)。
隨著科技的發(fā)展，虛擬儀器可以通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成分布式測試系統(tǒng)，也能構(gòu)建比較復(fù)雜的測試系統(tǒng)，還能進(jìn)行過程監(jiān)控及故障診斷。將虛擬儀器技術(shù)與Internet技術(shù)結(jié)合在遠(yuǎn)程教育中的運(yùn)用，這種管理方式深受管理者和師生滿意。
虛擬儀器技術(shù)結(jié)合多媒體、數(shù)字化校園網(wǎng)等計算機(jī)技術(shù)，實現(xiàn)現(xiàn)代化的教學(xué)手段。使用虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行實驗教學(xué)能提高同學(xué)們實踐動手的興趣、勇于大膽創(chuàng)新能力、降低建設(shè)實驗室成本且能達(dá)到很好的教學(xué)效果等頗多益處。伴著虛擬儀器的產(chǎn)生和發(fā)展，虛擬儀器實驗室的使用價值不可估量。
參考文獻(xiàn)：
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