基于LabVIEW的自动控制原理实验教学改革的思考

熊姗霞　苏韬

摘 要：基于LabVIEW平台的实验教学改革，有助于提高电气自动化专业学生的工程实践能力，更好地理解和掌握自动控制原理课程的主要知识点，不断强化其独立思考能力和创新意识，因而值得各高校在自动控制原理课程教学中普遍推广。

关键词：LabVIEW；自动控制原理；实验教学改革

自动控制原理是一门面向技术应用型大学电气自动化专业的支撑课程，实践性教学则是该课程教学不可或缺的重要环节，是培养学生独立思考和创新能力的重要途径。随着该专业本科毕业生数量的增多，没有实践经验和创新意识的毕业生在就业竞争中往往处于不利地位。因此，加强自动控制原理课程实验教学，不断推进实验教学的改革创新，努力培养学生的工程实践能力，是提高学生专业竞争力的必然之举。而基于LabVIEW的自动控制原理实验教学，体现了本专业学科的基础性、前沿性和时代性，积极推进基于LabVIEW的自动控制原理实验教学改革，不仅能增强学生对本课程知识点的理解，还有助于培养学生的独立思考及动手能力，能充分调动学生的学习积极性，变被动学习为主动学习。

1 基于LabVIEW的自动控制原理实验教学改革的意义

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台）是美国国家仪器公司所开发的图形化程序编译平台，其发明者为杰夫·考度斯基（Jeff Kodosky）。早期的LabVIEW是为了实现仪器自动控制所设计，而今它转变成为一种比较成熟的高级编程语言。LabVIEW的图形化程序有别于传统编程语言，它采用“数据流”概念，打破了传统思维模式，使程序设计者能在流程图构思完毕同时也完成程序的撰写。《基于LabVIEW的自动控制原理实验教程》则将现有实验模式及体系进行充实和更新，把虚拟仪器概念引入实验教学改革之中，利用LabVIEW软件实现对创新性实验的设计，以便培养学生的综合实践能力、创新能力和工程能力。基于LabVIEW平台的实验教学改革意义主要体现在：

（1）改革后的实验教程内容安排上遵循由简到难、循序渐进的原则；实验环节设计上分为验证性、设计性和综合性三种类型；实验单元设计成多种类、多类型。除了完成必要的基础性实验之外，学生可以根据自身兴趣和需要选择创新和设计性实验，从而为以后从事研发类工作打下坚实基础。

（2）将LabVIEW引入教学与实验中，为提高课程教学质量提供了新思路。将LabVIEW平台运用于电气自动化教学实践，开设创新性实验，不仅有利于增强学生对专业知识点的理解，更有利于培养学生独立思考习惯，增强其创新意识和动手能力。

（3）针对自动控制原理课程中知识点多、理论性强、概念抽象等特点，利用仿真软件等进行实验教学，可以锻炼学生的工程实践能力，提高学生分析问题和解决问题的能力，大大提高学生学习的积极性。

2 基于LabVIEW的自动控制原理实验教学改革的基本思路

自动控制原理课程的难点在于其理论性强、概念抽象、分析工具复杂，且与数学联系紧密，与实践联系密切，专业发展速度快。学生对新知识的理解，仅通过课堂讲解很难完全掌握，因此必须通过实践教学这一环节，增强学生对相关知识的感性认识。采用LabVIEW平台来加强自动控制原理的实验教学改革，有利于把握本课程经典体系与现代内容，融基础性与先进性于一体，适应现代控制理论快速发展的时代要求。那么，在教学改革中，我们可按照这样的方式进行：

一是在理论教学上围绕“系统分析和设计”这条主线进行，使学生能对本课程基本概念有完整清晰的理解。同时依据培养目标和专业特点，对自动控制课程的内容进行重新整合，适时把一些新的教学内容和应用实例融合到教学内容中，体现教学内容基础性、科学性和前沿性。

二是紧密结合“自动控制原理”课程基本内容，将LabVIEW作为实验教学基本平台，设计多样化的實验单元，兼顾“自动控制原理实验”作为一门独立实验课在知识上的独立性和完整性，以提高学生的创新能力、分析问题和解决问题的能力为目的。

三是注重实验教学与“自动控制原理”课程配套，使实验基本涵盖自动控制原理的主要知识单元。实验内容由简到难，按验证性、设计性和综合性三个环节设计多类型实验单元，供不同层次的学生根据自身条件进行选择。

四是尝试在教学内容、课堂教学方法、作业、实验、网络资源、考核评价等方面进行多路改进，把好教材关，精选教学内容；注重结论应用，推广简单方法；将仿真软件引入教学与实验中，在教学手段上大胆创新。

3 基于LabVIEW的自动控制原理实验教学改革的推广价值

自动控制原理对学生的定性分析能力、定量估算能力、综合运用能力、数形结合能力都有一定的要求，需具有扎实的数学基础，学生在学习过程中经常产生畏难情绪，从而影响学习效果。而LabVIEW是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，它所提供的很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。用图标和连线可以通过编程对用户界面上的对象进行控制，这种程序框图代码简洁直观，但它有强大的数据处理功能，可以方便地定义和制造各种虚拟仪器，而且其图形化的界面使得编程及使用过程比传统汇编语言更生动有趣，更易于为学生所接受。将LabVIEW引入实验教学中，为我们提高教学质量提供新的思路。

由于LabVIEW具有多种数学运算函数，在从事机电设备设计之前，我们可以用利用LabVIEW平台搭建仿真模型，以虚拟现实方法验证设计的合理性，同时发现存在的不足，寻找可能出现的问题。这种软件模拟方法可以达到真实实验的效果，能节省大量资源，避免可能发生的危险，且可以反复进行模拟、仿真和原型设计等工作。这对于学生将来从事相关研发工作，能积累很坚实的实践经验。

目前很多高校开设有自动控制原理实验课程，但大多都是对基本理论的验证和复现，无法体现不同专业、不同工程背景的需要，很难培养学生的工程实践能力。采用基于LabVIEW的自动控制原理实验教学改革方案，将现有的实验模式及体系进行研究、充实和更新，将虚拟仪器的概念引入教程的改革当中，利用LabVIEW软件实现对创新性实验的设计，注重对学生综合实践能力、创新能力和工程能力的培养，可以加强学生工程综合应用能力的培养，拓宽学生的知识面，为他们适应时代发展奠定良好专业基础。因而，基于LabVIEW的实验教学改革思路具有很高的推广价值，值得开设自动控制原理课程的高校在实践教学中广泛应用。

参考文献

[1]证 元.精通LabVIEW虚拟仪器程序设计[M].清华大学出版社，2012.

[2]林静，林振宇，郑福仁.LabVIEW虚拟仪器程序设计从入门到精通[M].人民邮电出版社，2010.

[3]阮奇桢.我和LabVIEW——一个NI工程师的十年编程经验[M].北京航空航天大学出版社，2009.

作者简介：熊姗霞（1988-），女，湖北荆门人，硕士学历，研究方向：自控设备与精密检测技术。