虚拟仪器在中学教学中应用

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1、虚拟仪器在中学教学中应用【摘要】虚拟仪器是计算机自动化测控技术发展的产物,它不仅在工业过程中有广泛的应用，在中学教学尤其是实验课堂中也具有良好的应用前景。学校教育的宗旨是为培养有创新能力的优秀人才。但在目前教育形式下，由于教学实验设备周期及资金投入有限，中学教育还未实现最终目的。虚拟仪器在教学中的应用，改善了传统的实验教学方法，有效地强化了实验教学的效果。在阐述虚拟仪器与传统仪器比较的明显优势的基础上，结合虚拟仪器实验教学的应用实例，对虚拟仪器在中学教学实验中应用的优越性进行了探讨。【关键字】虚拟仪器；实验教学；应用实例；中学教学引言学校教育是为不断进步的社会培

2、育人力资源的重要模式。教育宗旨是为现代企业输送具备“信息素养”、能以信息技术改造传统工业、进行技术创新和高新技术引入的综合性人才。创新精神与创造性实践能力是教育的关键。实践教学是能力培养的重要环节，是人才培养质量的重要保证。现实中，基于教学仪器设备使用周期及资金投入所限，校园实验室配置大多滞后于当前先进科技。实验条件的改善是人才培养所面临的主要问题。计算机科学与微电子技术的发展，为现代化实验室建设提供了可行性。虚拟仪器技术的引入从根本上解决了实验室建设巨额投资与仪器设备使用周期所带来的滞后效应，对改善中学实验教学条件及效果会起到事半功倍的作用。一、虚拟仪器的产生

3、与内容在对集成化、数字化、智能化电子仪器需求越来越迫切的形势下，计算机技术、仪器技术和通讯技术相结合，产生了具有里程碑意义的新一代仪器一一虚拟仪器。虚拟仪器其基本思想是利用计算机管理仪器，组织仪器系统，将传统仪器中某些硬件电路由软件实现，进而逐步代替仪器完成某些功能，如数据采集、分析、显示和储存等。即实现软件代替硬件。回顾电子仪器的发展大约经历了4代：模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。模拟仪器基本结构为电磁机械式；数字化仪器以数字形式显示输出结果；智能仪器内嵌微处理器，既能自动测试又有一定的数据处理功能；虚拟仪器是现代计算机技术、通信技术和测量技术相结合

4、的产物。虚拟仪器利用计算机的图形能力和数值处理功能，建立图形化的虚拟仪器面板，在屏幕上虚拟出与传统仪器相似的显示面板，用户通过操作这台计算机，就像操作一台自己专门设计的传统电子仪器一样。它打破了仪器功能只能由生产厂家定义、用户无法改变的模式，虚拟仪器还可跟计算机同步发展，不断升级自身功能，特别适合教学、科研与生产制造部门，是仪器产业发展的重要方向。虚拟仪器归纳起来包括硬件系统（如图1）和应用软件系统两大部分。图1虚拟仪器硬件系统虚拟仪器核心思想是把本来需要硬件或电路实现的技术软件化、虚拟化，最大限度地降低系统成本，增强系统功能与灵活性。虚拟仪器软件包括从低层到高

5、层的三部分，如图2所示。图2虚拟仪器的软件结构虚拟仪器是计算机自动测控技术发展的产物，它不仅在工业过程中有广泛的应用，在普教中也具有良好的应用前景。重点是对中学物理实验的开发与应用。中学教师可以在NILabVIEW中学版的帮助下，通过指导学生进行实际操作，向学生生动地展示科学、技术、工程以及教学方面的概念和理论。LabVIEW可以轻松快速的搭建起数据录入、机器人驱动或者分析信息的程序。最新推出的LabVIEW中学版由NI公司与塔夫茨大学工程教育与实践中心联合开发。二、虚拟仪器与传统仪器的比较由于虚拟仪器建立在有限的硬件基础上，通过软件实现仪器的各种功能，在某些方

6、面与传统仪器有明显的区别，详见表1O表1虚拟仪器与传统仪器区别序号比较项目传统仪器虚拟仪器1开发维护费用高低2性能价格比低高3技术更新周期长短4灵活性低强5人机界面一般友好（用户自定）6与其它设备互联性受限制强7网络通讯能力差强8仪器功能单一多样与传统仪器比较，虚拟仪器所具有的优势主要表现在以下几个方面：1、智能化程度高，处理能力强。高性能处理器、高分辨率显示器、大容量硬盘存储器和丰富的软件资源，这些配置突破了传统仪器在数据处理、显示和存储方面的限制，极大增强了仪器的功能，特别是数据分析、图形显示等更受到使用者的青睐。2、重复使用性强应用虚拟仪器，相同的基本硬件

7、可构造多种不同功能的测量仪器。与计算机网络连接，还可使多个用户同时利用一台仪器进行数据测量。3、具有很高的灵活性虚拟仪器用户能够按照自己的需要来选用传感器、仪器的接口方式，开发自己的应用软件。三、虚拟仪器在教学中的应用虚拟仪器技术应用于中学物理实验，不是我们熟知的多媒体课件，而是计算机自动测量控制技术与传统中学物理实验的整合，它继承了传统实验最可贵的真实性，并具备了传统实验无法企及的可视性、兼容性、可扩展性、交互性等特点。当前，虚拟仪器技术应用于中学物理实验崭露头角，已显示出强大的生命力。虚拟仪器在中学教学中的应用广泛，现举例如下：1、初中物理声现象教学中，对于

8、声音的产生，尤其是乐音的