LabVIEW在高职院校实验教学中的优势

张 磊 李明军

北京交通运输职业学院 北京 102218

20世纪80年代，美国国家仪器公司(NI)提出了“软件就是仪器”的口号，开辟了“虚拟仪器”的新时代，它开发的LabVIEW是最著名的虚拟仪器编程系统，在国内外多种行业得到了广泛应用，如机械设计[1,2]、数字通信[3]、故障诊断[4,5]、数据采集[6,7]和自动控制[8]等。国内许多大中型机械生产企业已经把LabVIEW应用到实际生产之中，许多科研机构及高校也针对LabVIEW在实际中的应用进行了研究拓展。

1 传统实验教学存在的问题

随着企业对技术技能型人才需求的增加，各高职院校实验教学环节更加强调学生的动手能力培养，理实一体化课程大大提高了实践教学的比重，这对实训室的设备配置和校企实习合作提出了更高的要求。然而，高职传统实验教学中存在的问题，影响了实验教学的正常开展和学生实践能力的培养。

1.1 设备陈旧，更新成本高

多数高职院校由中职院校升格而来，实验器材过于陈旧，更新实验仪器设备需要投入大量资金。购买仪器设备后，与之配套的实验室建设以及设备运维也需要耗费大量的资金和人力，成本较高。

1.2 设备使用率低

传统的实验仪器有着严格的使用要求，错误或不规范的操作很容易损坏或损毁设备，造成高职院校实训设备不良率高、使用率低。

1.3 教学效率低

传统实验教学采用一对多的指导方式，先由教师演示，然后学生进行模仿。在这种教学方式下，教师工作量极大，学生很难得到针对性的指导，教学质量难以保证，长此以往，实验教学就会流于形式，教学效率很低。另外，实验内容侧重于理论验证，实验步骤僵化，学生被限定在一个狭窄的思维范围内，创新意识得不到培养。

1.4 设备可用性差

高职院校购买的教学设备主要有两个来源：一是专门为教学开发的实验设备，这类设备往往过于简单，一般仅能展示最基本的原理；二是采用工业级的产品作为教学实验设备，这类设备功能过于复杂，可用性较差。以示波器为例，由于面板上的按键较多，其标识多为英文，学生很难掌握它的使用方法，出现一点儿小故障就会出现束手无策的局面。

1.5 其他问题

实验设备重复建设，浪费较大；设备更新慢，落后于课程建设的需要等。

2 LabVIEW在实验教学中的应用

2.1 LabVIEW的特点

LabVIEW软件的特点非常明显，使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图形式，用户无需编写任何文本格式的代码，易于理解和操作。它采用工程技术人员熟悉的术语、图标等图形化符号代替常规的基于文本的语言程序，把复杂、烦琐、费时的语言编程，简化成用菜单或图标提示方法完成具体功能的选择功能图标，可用线条把各种功能图标连接起来，方便迅速地创建虚拟仪器，提高了实验的效率和效果[9]。

LabVIEW编程以框图的形式呈现，易学易用，特别适合初学编程的学生学习和使用。学生不会产生像对传统文本型编程语言那样的畏惧情绪和排斥感，可以在短时间内掌握其编程技巧，并应用到实践中，提高学习兴趣。

2.2 LabVIEW有强大的虚拟仪器功能

LabVIEW在实验教学中最基本的应用是取代传统的实验仪器。用户使用LabVIEW及相关软件可以开发设计出与传统仪器类似的虚拟仪器，如万用表、示波器、信号发生器、频谱分析仪等。实验者可以通过计算机和LabVIEW平台开发数据测量系统、自动化控制系统和数据分析系统等。例如：学生在实验中，可以用LabVIEW模拟信号的发生以及记录信号的波形，其信号的各种参数可用于常规实验。LabVIEW构建的虚拟仪器可以进行实验数据的收集和存储，便于学生处理和分析结果，也便于多人同时进行实验操作，可以节省教学时间和费用。

2.3 LabVIEW在实验教学中的优势

2.3.1 投入费用低，降低成本

传统实验室需要配置大量的实验仪器，需要的资金投入很大，而随着科学技术的发展，实验仪器需要不断更新换代，需要持续的资金投入，因此实验室的建设和维护费用较高。购买LabVIEW软件及相关产品，相对于购置类别繁多的传统仪器来说成本低，而在需要增加教学实验内容时，只需要进行软件更新即可完成虚拟仪器的升级换代，可以节约大量的教育资金投入。

2.3.2 实验效率高，效果好

基于LabVIEW平台的虚拟仪器简单易用，操作界面接近真实的仪器外观。实验人员通过自定义编辑，可以模拟出类别不同的仪器仪表，各个仪器仪表可以进行自如切换。学生在虚拟仪器上做实验，实验条件、步骤、场景以及得出的实验结果与使用真实仪器做实验是一样的。在虚拟仪器上的学习和操作，可以为学生使用传统仪器设备打下良好的基础，增强他们的实际操作能力，提高实际工作效率，降低损坏传统仪器设备的概率。

2.3.3 搭建网络教学实验室

利用计算机网络，可以将LabVIEW构建的虚拟仪器互相联合，搭建虚拟仿真实验室。在仿真环境下，学生可以模拟综合性实验，完成复杂的实验过程。实验过程中，学生可以通过网络一边实验一边与教师或其他同学进行探讨和研究，教师也可以通过网络对学生的实验进程进行观察和指导，大大提高了教学质量和效果[10]。

2.3.4 拓宽学生视野，提升职业能力

学生在使用LabVIEW做实验的过程中，不仅能够掌握对应理论(如信号调制理论)的原理和应用，也掌握了LabVIEW软件本身的使用技巧，对以后的工作大有裨益，大大提升了职业能力。

3 LabVIEW在德累斯顿工业大学的应用

德国德累斯顿工业大学与美国国家仪器公司合作，使用LabVIEW平台设计软件对5G无线系统的新技术进行探索，获得较好的效果。我院与德累斯顿工业大学联合办学，建设有特色的职业本科院校。2014年年初，我院选派教师远赴德累斯顿工业大学进修培训，其中一个模块就是对LabVIEW软件的学习。德国教师治学严谨，重实践和学生的掌握情况，尤其突出为学生服务的思想。

在培训过程中，德国教师利用自行编制的一套英文版教材和习题集进行授课和实训。其中，习题集中的练习都配有详细的步骤。在课堂上，教师讲解知识点，进行演示，学生做习题并进行演示，师生开展互动交流，教学效果非常好。编好程序后，学生应用美国国家仪器公司自行设计研发的NI myRIO完成功能性的真实项目测试，如测量电池的电量等。myRIO可以直接使用LabVIEW面板上的专用I/O Express VI快速编写程序，是工业级标准可重配置I/O技术产品，它使学生和教师能在较短时间内完成完整的嵌入式工程项目。通过这样一系列配套完备的教学环节设计，学生能够很好地掌握LabVIEW软件的精髓和操作。

4 结束语

实验是教学科研活动中必不可少的一个环节，尤其是对高职院校来说，在理实一体化课程改革推进的大环境下，实践教学环节的比重必然越来越大，如何更好地激发学生做实验的积极性，提高实验教学的效率和效果，是我们每一个高职院校教师必须要思考和面对的问题。LabVIEW作为一种先进高效的技术平台，为实验教学开辟了一条新的道路，将LabVIEW引入高职实验教学是非常必要的。

[1]冯江涛,郭晓松.基于虚拟仪器的液压检测系统设计[J].机床与液压,2013,41(10):133-136.

[2]李锋,王凯,马长林.基于虚拟仪器的轴线对中测量系统设计[J].化工自动化及仪表,2013,40(9):1114-1118.

[3]Wei Zhan,Porter J.R.,Morgan J.A.Experiential Learning of Digital Communication Using LabVIEW[J].IEEE Transactions on Education,2014,57(1):34-41.

[4]Jung-Chuan Chou,Chin-Yi Lin,Yi-Hung Liao.Data Fusion and Fault Diagnosis for Flexible Arrayed pH Sensor Measurement System Based on LabVIEW[J].IEEE Sensors Journal,2014,14(5):1405-1411.

[5]周海洋,余剑.无线传感器网络中基于RSSI的测距研究[J].电子测量技术,2014,37(1):89-91.

[6]Murugappan M.,ThirumaniReena,Omar Mohd Iqbal.Development of cost effective ECG data acquisition system for clinical applications using LabVIEW[C].2014 IEEE 10th International Colloquium on Signal Processing &its Applications(CSPA):100-105.

[7]武晨,符为榕.基于LabVIEW的声卡数据采集与分析系统设计[J].机械工程与自动化,2014(1):57-59.

[8]Gadzhanov S.D.,Nafalski A.,Nedic Z.LabVIEW based remote laboratory for advanced motion control[C].2014 11th International Conference on Remote Engineering and Virtual Instrumentation:129-136.

[9]梅加化.基于LabVIEW的虚拟实验教学系统的研究[D].合肥:合肥工业大学,2012.

[10]田硕.浅谈在实验教学中引入虚拟仪器技术的重要性[J].新课程学习,2014(1):15,17.