虛擬儀器的電子技術演示實驗應用論文

摘要：隨着經濟與科技的不斷髮展，教育已經成爲了當前社會最爲重視的問題之一。近幾年信息技術進步飛快，電子技術演示實驗的應用率越來越高。本篇文章將闡述當前電子技術演示存在的不足，探討基於虛擬儀器的電子技術演示實驗，並列舉具體案例進行詳細分析。

關鍵詞：虛擬儀器；演示實驗；多媒體

引言

電子技術本身是一門具有較強實踐性的課程，在實際教學的過程中往往有大量實驗教學。這其中應用價值最強的便是演示實驗，對於學生的學習興趣和積極性的激發有着非常重要的影響。爲此，教師理應針對這一方面進行深入研究，在瞭解其不足的基礎上對其不斷改進。

一、電子技術演示存在的不足

（一）實物演示的方式

實物演示方法是最爲傳統的一種方法，同時也是最具說服力的方法，學生們能夠直接觀察到最原始的實驗結果。但是，由於電子技術實驗需要使用大量實驗儀器，且這些儀器非常笨重，不便於搬運，同時由於顯示器過小，實驗觀察難度較大。

（二）視頻演示的方式

視頻演示主要依靠教師提前錄製好的視頻配合相應的解說以及字幕，之後通過多媒體設備在課堂中進行播放。這種實驗方式本身觀察效果較強，同時也具有較強的真實性。但是實驗操作的靈活性較差，教師無法掌控全局。

（三）CAI課件演示的方式

CAI課件演示主要依靠多媒體工具將具體實驗過程做成相關課件，並由教師在課堂中進行播放。這種方式的表現形式與視頻演示的方式十分接近，知識實驗本身過於抽象化和理想化，缺乏一定的可信度。

（四）計算機仿真演示的方式

模擬仿真主要依靠相關軟件代替原編號實驗的具體操作，能夠對實驗的各個環節進行模仿和確定，拓寬了原本實驗教學的思路。但是儘管其已經具備了足夠的'仿真度，但是仍然無法達到具體實驗的效果[1]。

二、基於虛擬儀器的電子技術演示實驗

（一）虛擬儀器的概念

所謂虛擬儀器，主要是指在傳統以電腦作爲主要核心的硬件平臺上，按照用戶自身的設定所形成的全新儀器系統，裏面包括虛擬儀器面板以及測試功能。這其中，“虛擬”的概念主要是指儀器面板本身以及依靠軟件完成儀器的測量工作。在某種程度上可以說，虛擬儀器的技術中將電腦本身的軟硬件資源全部發揮了出來，並將相關軟件作爲基礎平臺，在擋牆電腦屏幕中虛擬出與儀器本身十分類似的顯示面板。使用者可以依靠鍵盤以及鼠標的方式對其進行操作，調整開關和旋鈕，完成儀器虛擬運行的工作，同時還能瞭解儀器目前的使用狀態，並對之前的實驗結果進行讀取。基本上虛擬儀器能夠完成傳統儀器中的所有功能，從某種意義上可以將其稱之爲傳統儀器的模塊化以及軟件化表現[2]。

（二）基於虛擬儀器的演示實驗系統

現如今最爲常用的演示實驗系統主要爲NIELVIS，其主要將原本LabVIEW編程作爲基礎，將實驗中常用的儀器功能進行集成。因此，NIELVIS可以算是一種多功能數據採集的設備，內部主要是一個完全自定義的工作臺，在其上方有一個實驗面板。一般而言，其主要功能爲信號的分析、數字萬用表、信號源、定時以及直流電源。從上述可以發現，虛擬儀器系統可以將傳統實驗中的大部分功能完全代替，並完成電子技術課程的絕大多數實驗演示。不僅如此，還可以對原有功能進行拓展，從而滿足更多不同實驗的具體需求。在實際教學的過程中，當教師需要進行實驗的時候，可以先將NIELVIS安裝在電腦的PCI插槽位置，之後再進行線路的搭建工作，並完成具體實驗的操作。如此一來，只需要將實驗演示的內容投到教室的大屏幕上，學生們便能夠清晰地觀察整個實驗的所有操作以及實驗結果，促使實驗的演示效果進一步提升。而且由於電路本身有實驗元件直接搭建，使得實驗的可信度也得到了相應的提升。

三、電子技術演示實驗應用的具體案例

本次案例的課程選取的實驗內容爲反向放大電路實驗，以此對利用虛擬儀器技術進行實驗教學演示進行詳細說明。在實驗開始之前，教師可以先向學生們播放多媒體視頻，促使學生們對於本次實驗所需要使用的元器件有所瞭解。本次實驗所需要用到的元器件爲741運算放大器、10千歐的電阻R1、100千歐的電阻RF以及若干導線。當元器件全部展示完畢之後，教師可以安排一名學生在虛擬儀器面板上進行電路的搭建工作，具體過程可以利用視頻的方式進行展現，促使學生們能夠觀察到搭建的所有操作內容。電路內部的輸入信號往往由虛擬信號的發生器產生出來，所以可以用導線將其中一端與工作臺的“FGENFUNC_OUT”的引腳位置進行連接，而另一端則需要與“GROUND”相連接。同時，輸出端則需要與“ACH0”相連接，以此當做虛擬示波器的主要輸入信號，並將另一端與“GROUND”相連接。在進行實驗的過程中，首先需要打開工作面板，利用鼠標對信號發生器進行調整，將其調到1kHZ的正弦波，而實際幅度可以調整到200mV。之後可以將示波器的面板打開，並開啓CHA以及CHB兩條通道，將第一個的“Source”設置爲“ACH0”，而第二個的“Source”需要設置爲“FGENFUNC_OUT”。如此一來，CHA主要負責信號的具體輸出工作，而CHB則主要負責信號的輸入工作。此時可以對其輸出的波形顏色進行調整，從而能夠對其予以區別。此時具體輸入電壓的數值爲200mV，實際輸出的電壓爲2V，所以反相放大器的具體放大倍數可以達到10倍左右，同時波形的具體相位差距則達到了180度左右。這一結果與理論中提出的要求基本上相吻合。從該實驗能夠發現，依靠虛擬儀器替換傳統的工作儀器，方便了課前準備操作，教師不再需要提前將種類繁多且非常笨重的儀器帶入教室，減輕了工作量。另外，由於虛擬儀器的內部顯示面板全部集中在顯示器中，教師便可以利用多媒體將具體實驗操作以及實驗結果的數據資料傳到大屏幕上，增加了實驗效果的可見性。不僅如此，由於電腦本身具備較強的儲存功能，可以將具體實驗現象保存到電腦之中，當進行課堂複習以及知識鞏固的時候，能夠將其隨時調出來進行觀看。如此一來，學生們的學習積極性大幅度提高，課堂教學的質量也隨之提升。

四、結束語

綜上所述，虛擬儀器在當前電子技術課程中有着較強的應用價值，能夠模擬絕大多數實驗內容。因此教師們應該對其繼續研究，並予以推廣。

參考文獻：

[1]李文聯.虛擬儀器在電子技術演示實驗中的應用[J].實驗室研究與探索，2015，23（1）：20-22.

[2]範蘊秋.電子技術演示實驗中虛擬儀器的應用研究[J].電子技術與軟件工程，2016（20）：184-185.