LabVIEW平台在教育技术学科实验教学中应用分析

论文导读：化源代码类似于流程图，因此又被称作程序框图代码或G代码。程序框图是图形化源代码的集合，决定了Ⅵ的运行方式，利用图形化表示的函数来控制前面板对象。前面板对象在程序框图上显示为图标接线端，连线将输入控件和显示控件的接线端与ExpressⅥ、Ⅵ和函数相互连接，数据从输入控件沿着连线流向Ⅵ和函数，最终流向显示控件。Ⅵ即虚
【摘要】实验教学是高校教学活动的重要方式，文章从教育技术学科的课程设置和专业特点出发，首次提出了以LabVIEW平台为依托，与专业课程进行融合的思想，可有效解决课程实验教学改革与创新的问题与困难，为学科实验教学的建设与发展预示出广阔前景。
【关键词】实验；LabVIEW；课程：融合
【】A　【论文编号】1009-8097(2012)08-0113-04
引言
实验教学是在教师指导下学生运用相源于：论文的基本格式www.7ctime.com
应的仪器设备进行独立作业，观察事物和过程的发生变化，探求事物的规律，以获得知识和技能的一种教学方式。实验教学的仪器设备水平常被作为学校教学、科研水平的重要标志。因此实验室建设应立足于高起点，跟踪国际先进水平，运用新技术、新知识，创造优良的实验环境，才能培养出高素质、具有创新能力的人才。
教育技术学科的有关课程实验，作为重要的教学方式贯穿在整个教育技术学科的教学体系中，推动着知识深化、实践应用与创新发展。但因学科课程的实验教学大多依附于理论课程体系，课时较少，实验教学内容相对陈旧，削弱了学生对实验教学的兴趣，难以调动学生学习的积极性和主动性。在信息时代知识经济和创新教育的大环境下，社会要求教育技术学科培养出理论功底扎实，具有较强实践科研能力和创新精神的人才。这就必须改革学科课程的实验教学模式，培养学生创新意识，提高实验教学效果。而学习和掌握LabVIEW开发平台，对于学生全面掌握理论知识并融入实践，提高动手能力，培养科学思维方式及创新能力有着深远影响。本文首先对LabVIEW开发平台作简要的介绍，然后深入探讨与教育技术学科的部分课程进行融合的重要意义与实现的可行性。
一　LabVIEW开发平台
1　LabVIEW(Laboratory Virtual InstrumentEngineering Workbench)
LabVIEW是由美国国家仪器公司(NationalInstruments，简称M)开发，采用数据流编程方式，由图标替代文本命令创建应用程序的图形化编程语言，目前最新版本为2011。与传统程序根据语句和指令的先后顺序决定执行顺序的方式不同，如图l的程序框图中，节点或图标之间的数据流向决定了Ⅵ及函数的执行顺序。LabVIEW的图形化源代码类似于流程图，因此又被称作程序框图代码或G代码。程序框图是图形化源代码的集合，决定了Ⅵ的运行方式，利用图形化表示的函数来控制前面板对象。前面板对象在程序框图上显示为图标接线端，连线将输入控件和显示控件的接线端与Express Ⅵ、Ⅵ和函数相互连接，数据从输入控件沿着连线流向Ⅵ和函数，最终流向显示控件。Ⅵ即虚拟仪器，是LabVIEW的程序模块。有着类似于实物仪器的外观和操作，通过对其属性的设置可对数据进行采集、显示、分析及存储，帮助用户减少编程中的差错。Ⅵ的前面板由用户创建的各种输入控件和显示控件界面构成，输入控件对应实物仪器的按键、旋钮和开关等部件，显示控件对应实物仪器显示屏中的波形、刻度和发光二极管、数码管等部件。用户创建自定义界面时，通过添加各种图标而生成代码，达到控制前面板对象。由于LabVIEW的接口遵循国际标准，因而可与大多数硬件设备进行通信。
2　模块组成
LabVIEW主要包含六大类近50种的模块及工具包，涵盖了多种行业，如电子电气工程、计算机工程、机械工程、生物工程、物理、化学工程等工程领域中的测试测量和自动化等领域的应用，见表1，全球财富500强中85％的生产制造企业都采用Ⅻ的虚拟仪器技术，其中包括IBM、Intel、SIEMENS、HP、MicrosoR等知名企业。
3 LabVIEW的优势
与许多价值昂贵的传统仪器设备相比，LabVIEW软件及与其相关的硬件优点在于：
(1)开发平台易学易用、资源丰富，能缩短开发虚拟仪器的周期。
(2)由用户使用软件平台自主开发更有针对性的虚拟仪器，灵活性强，性价比高。
(3)通用的数据接口使数据更易处理与交换。
(4)软件平台的性能随着计算机硬件配置的提升而提升，是虚拟仪器运行速度的保障，不受测量设备硬件生产厂商的限制。
其高性价比为其广泛应用奠定了良好的基础。
二　教育技术学科的实验课程设置
1　教育技术学科课程的总体状况
根据学科的专业性质和教学计划，教育技术学科毕业生的培养目标应是教育信息化的实践者、管理者和研究者。在专业实践方面，能够承担教学与培训设计、资源开发、环境建设与管理等具体工作，并通过不断学习能把握教育信息化发展的趋势，胜任新的要求。在促进学科发展方面，能够与教育界同行进行有效交流，共同推动现代科技条件下教育事业的发展。还应根据各校培养规格的实际情况，去进行教学设计。研究型培养计划的学时分配，应适当向基础课、专业基础课倾斜，实践教学环节要注重学生创新能力的培养；应用型培养计划的学时分配，应适当向传授专门应用技术的专业课倾斜，实践教学环节注重培养学生应用所学专业知识的能力。
2　具有实验的课程介绍
以教育技术学科师范类本科专业为例，学生四年内最低修读16

4.5学分(含教育实习、毕业论文的25学分)。其中课程中具有实验的统计见表2。

在进行统计的41门课程中与计算机相关的课程占绝大多数。可有目的有重点的在教学计划中挑选一些课程作为与LabVIEW软件融合的例子，并将它们分成电子类和计算机相关课程类，其中电子类的课程包括电视原理与系统、电子线路、数字电路、数字电视，计算机相关课程类包括c程序设计、计算机网络、人工智能概论、数据库原理、网络工程、微机原理、网络教学资源与应用。这些课程的理论学时数与实验学时数堆积图如图。
三　LabVIEW与教育技术学科课程融合
1　融合的必要与可能
教育信息技术学科的相关教师，有能力在较短的时间内利用LabVIEW图形编程环境结合专业开设课程，灵活生动地将授课内容展现出来，可极大增强学生的学习积极性和主动性。经调查分析，一些开设了教育技术学科专业的高校，大多只是在个别或小部分课论文导读：
程中用到了LabVIEW其中的仿真模块Multisim，还有许多模块和工具包可以进行应用开发与利用，课程融合潜力很大。目前国内高校已有一些大学开设了LabVIEW及虚拟仪器技术的课程，少数学校创建了以M公司及其他软硬件为基础的虚拟仪器实验室，其中包括与部分学校的联合实验室。除了上述NI虚拟仪器技术优势外，在院校的教学和实验应用中还具有如下的特性：
(1)易于开发教学课件，可以很灵活地为教学中的原理设计实验并进行直观的演示，教学效果非常明显。
(2)应用网络技术为远程教学和远程实验提供强大的功能，进一步提高实验室和实验设备的利用率，并为异地实验数据及学术交流提供了高效的平台。
(3)LabVIEW及相关其他软件的编程能力已逐步成为学生技能的一部分，并为许多单位与新型企业招收员工的条件之一。
(4)由于学科专业属非计算机专业，对计算机编程的要求不高，而LabVIEW的图形化编程较适合学生的专业层次，通过与课程的融合与嵌入使学生更易理解授课内容。
(5)能加强学生的工程素质与水平，为中小学培养从事工程教育的师资。
通过加强LabVIEW与教育技术学科课程的积极融合或课程整合，提高了毕业生的专业竞争力和创新意识，从培养高素质的专业人才考虑，实现LabVIEW与学科课程的融合应成为本学科教学改革与发展的重要课题。
2　在电子类课程的应用
(1)电子技术仿真设计应用
参考文献为LabVIEW的Multisim模块在电子源于：论文格式要求www.7ctime.com
线路教学实验中的应用，其中为广州大学提出了在其教学中采用Multisim实现电子电路设计与分析的思路，其灵活性和高效率克服了传统实验与实验室开放的局限。是浙江工业大学针对课程的具体教学特点，采用Mulfisim软件进行电路分析仿真实验教学，通过教学实例说明了Mulfisim软件在电路实验中的应用方法。为东北大学在非正弦周期电流电路的谐波分析、滤波器设计、张弛振荡器电路实验教学中具体应用实例。实践表明，采用Multisim软件的电路仿真教学效果良好，有效地解决了电路分析实验教学中的一些问题，实现各种电路的设计可快速、准确地对电路性能进行仿真分析，提升了电路实验设计质量，节省了实验仪器设备，使实验内容更加完备。
(2)虚拟仪器仿真设计
数字波形编辑器(Digital Weform Editor)是一款图形化软件工具，用以实现数字信号的可视化，并轻松地创建、编辑和修改数字波形，从而获得自定义的连接和测试应用。参考文献是吉林大学采用LabVIEW软件平台构建虚拟频谱分析仪。该仪器能同时进行时域与频域分析，对复杂信号进行加窗和滤波处理，得到信号的频率、频率响应等参数，并具有数字显示、图形绘制、数据存储和查看存储数据等功能。实验结果表明，该仪器解决了传统测试仪器的成本高、开发周期长、数据人工记录等问题。参考文献分别介绍了西北工业大学、青海民族学院及国防科技大学对示波器进行仿真设计。参考文献为构建信号发生器，其中为太原理工大学组建的多功能虚拟信号发生器。该发生器不仅能产生正弦波、方波、三角波和锯齿波这4种基本波形，还可以输出其他任意波形。介绍了河南科技大学基于嵌入式软核处理器Niosll的DDS任意波形发生器的设计和实现。
(3)电视技术测试应用
参考文献介绍了LabVIEW在电视技术方面的应用，其绍了国家基于LabVIEW的卫星数字电视接收机视频指标的自动测试系统，该系统是通过GPIB总线将PC和视频分析仪连接，利用图形化的编程方法，实现了仪器的自动测量，同时将测量结果传入电脑，最后通过数据读取程序，自动生成所需的测试报告。为南京师范大学设计的彩电白平衡自动测试系统，这种在线自动测试仪器，适合东芝TB系列、三洋LA系列等机芯的12C总线彩电的白平衡自动测试与调整，在满足质量要求的前提下，具有快速和高通过率的特点。
3　在计算机相关课程中的应用
(1)在数据库中的应用
通过数据库连接工具包使用户能快速连接本地或远程数据库，并且无需进行结构化查询语言编程就可以执行诸多常用的数据库操作。可以更方便地连接各种常用数据库，如Microsoft Access、SQL Server和Oracle。如需其他高级数据库功能，数据库连接工具包也可以实现所有SQL功能。参考文献是在LabVIEW数据库中的应用，其绍了一种利用ADO技术访问远程SQL Server库的方法，从而方便地实现对数据库的访问。介绍LabSQL与access数据库的连接，并成功地应用于矿井提升机制动装置在线动态监测系统中，对采集到的提升机闸瓦的各个位置的间隙量大小以及贴闸油压的大小实现了实时记录存储。
(2)在单片机方面的应用
参考文献介绍了LabVIEW在单片机方面的应用。为河南工业大学以内置USB2.0控制器的单片机AT89C5131作为主控芯片设计了单片机USB数据采集系统。针对传统方法开发USB设备驱动程序难度较大的特点，基于NI-VISA技术开发了USB接口驱动程序，并通过LabVIEW编程实现了PC机与单片机之间的数据通信。为天津科技大学利用单片机采集数据，通过串口实现数据通信的数据采集系统，利用LabVIEW的图形环境进行频谱分析。通过对MATLAB的功能调用，对信号进行了滤噪处理。
(3)在机器人领域的应用
参考文献是在机器人方面的应用。介绍NI与乐高教育继续其在机器人教学方面的合作，最新推出了新型的乐高教育WeDo课堂机器人平台。借助LabVIEW图形化设计软件的强大支持，乐高教育WeDo软件采用拖放式、基于图标的软件操作环境，年龄在7至11岁的学生可以利用它方便地编程，实现自主的机器人发明。为首都医科大学应用LabVIEW开发了一种轮腿式移动机器人的人机交互系统。是北京科技大学针对舵机驱动爬壁机器人的机构特点，提出一种用LabVIEW实现舵机驱动爬壁机器人CPG神经网络运动控制的方法。
(4)在混合编程中的应用
参考文献介绍了论文导读：用LabVIEWT具库3次样条插值函数，实现数值微分运算的算法设计。此外参考文献是在计算机网络中的应用。通过网络进行远程仪器控制和数据测量是进行网络远程监控的关键技术。四　结束语我国教育技术学科经过近30年的建设与发展，已经成为师范类院校颇具特色的重要学科，培养了大批教育技术领域的专门人才。国家高等学
混合编程应用。其中是东华大学介绍了LabVIEW与C语言接口的方法，由实例证明，该方法高效、易行，是增强LabVIEW整体功能的一条有效的途径。为四川大学通过LabVIEW、LabWindows／CVI与MATLAB之间的接口进行相互融合，证明了接口技术的有效性和可行性。介绍了应用MATLAB Script Node、AcfiveX自动化、COM组件、DDE、DLL等接口技术实现LabVIEW与MATLAB／Si咖1ink混合编程的方法。
(5)在数学领域的应用
参考文献是利用LabVIEW数学接口工具包在数学方面的应用。分析了Mallat正交小波变换算法的原理，介绍了一种利用LabVIEW的数学运算函数实现Mallat算法的方法。利用LabVIEWT具库3次样条插值函数，实现数值微分运算的算法设计。
此外参考文献是在计算机网络中的应用。通过网络进行远程仪器控制和数据测量是进行网络远程监控的关键技术。
四　结束语
我国教育技术学科经过近30年的建设与发展，已经成为师范类院校颇具特色的重要学科，培养了大批教育技术领域的专门人才。国家高等学校中长期科学和技术发展规划中指出，2006-2020年要在高校系统建设高端仪器设备的网络化共享系统。根据这一要求，在教育技术学科教学中尽可能多的利用LabVIEW功能，通过与学科课程进行融合或整合，从而弥补传统教学的不足，使教学更为生动，实验设计更加灵活，更能培养学生的创新精神，提高学生的专业素质，为高等教育实验教学注入新鲜内容，并在科研、教学实验的创新进程中，显著降低实验设备投资，实现创新方式的转变，有效解决实验教学创新中所面临的问题和困难，为学科的建设与发展预示出广阔前景。