導(dǎo)語：如何才能寫好一篇虛擬儀器技術(shù)論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

1．1傳感器

本設(shè)計(jì)采用的傳感器型號是Vaisala公司生產(chǎn)的氣象變送器WXT520，是一個輕巧的小型變送器，采用緊湊式包裝，可提供6種氣象參數(shù)。WXT520用于測量風(fēng)速、風(fēng)向、降水、氣壓、溫度和相對濕度。傳感器外殼的等級為IP65/IP66，適合于我國北方的惡劣天氣。WXT520采用32VDC，并使用可選擇的通信協(xié)議輸出串行數(shù)據(jù):SDI－12、ASCII自動和輪詢。有4個串行接口可供選擇:RS－232、RS－485、RS－422和SDI－12;并配備了一個安裝用8針M12接頭和一個維護(hù)用4針M8接頭。

1．2主控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集器與控制器，具體包括控制器、采集器、通訊模塊、供電電源和存儲模塊等部分。主控器通過嵌入式軟件與供電、采集、通訊、存儲等單元協(xié)調(diào)工作來完成。自動氣象站的核心是數(shù)據(jù)采集器，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集、傳輸、統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)據(jù)存儲［4］。采集器電路主板包括主板和底板。主板是嵌入式工控主板，具有良好的擴(kuò)展性，操作性、支持第三方控制器，包括時鐘管理、實(shí)時及周期間隔定時器、復(fù)位、關(guān)機(jī)、高級中斷及調(diào)試單元(DBGU)。通訊單元為西門子6GK7型工業(yè)以太網(wǎng)通訊單元，可以做到網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一，可與支持EtherNet/IP的設(shè)備連接，結(jié)合使用Ethernet功能使其具有傳感器監(jiān)控器及控制值備份等現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用功能，要想完成任務(wù)下達(dá)命令和數(shù)據(jù)上傳功能需要通過網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。通訊模塊起到關(guān)鍵作用，所以要求其具備以下功能:①支持國際標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，如TCP/IP(6．0)、UDP或者PPP，具有標(biāo)準(zhǔn)RS232串口;②可以自動監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，短線1min內(nèi)自動撥號重新連接，防止數(shù)據(jù)的丟失;③接口速率為可選的1200～9600kB/s范圍。存儲單元:因采集數(shù)據(jù)的頻率較短和跟蹤監(jiān)測的時間范圍較長，因此采用存儲容量為閃迪256G固態(tài)硬盤，用于保證存儲容量及數(shù)據(jù)的安全性、穩(wěn)定性和讀取速度，同時存儲單元可以記錄系統(tǒng)工作狀態(tài)。防雷單元:由于監(jiān)測系統(tǒng)需要全天候連續(xù)工作，所以需要面對復(fù)雜天氣狀況，因此加裝防雷設(shè)備對于整個系統(tǒng)的安全性尤為關(guān)鍵，本系統(tǒng)采用的是雷太LY1－B系列電涌保護(hù)器(一級防雷器)。供電單元:由于本系統(tǒng)需要在田間進(jìn)行監(jiān)測，不宜采用城市供電，因此選用了太陽能電池進(jìn)行供電，對電池的容量要求為在無光線的環(huán)境中可以連續(xù)供電10天。擴(kuò)展單元:新型傳感器需要有相應(yīng)的端口或接口與主控系統(tǒng)相連接，以滿足系統(tǒng)升級或新添設(shè)備需要。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

農(nóng)田氣象信息遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的主控器選用的是Atmel公司的ARM9系列的AT91SAM9260處理器。該處理器可以采用Linux操作系統(tǒng)，通過嵌入式應(yīng)用控制程序，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田環(huán)境多要素氣象數(shù)據(jù)的采集、處理及存儲的功能。被采集到的氣象要素基于TCP/IP協(xié)議的通訊網(wǎng)絡(luò)，采用無線GPRS方式，根據(jù)實(shí)際情況選擇最佳的組網(wǎng)方案，實(shí)現(xiàn)無線氣象數(shù)據(jù)傳輸，并基于LabVIEW開發(fā)農(nóng)業(yè)氣象信息管理軟件，使氣象信息能夠被讀取。

2．1采集控制設(shè)計(jì)

采集系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)采集并對采集到的氣象要素信號進(jìn)行處理。采集系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有存儲器，可以進(jìn)行信息清除并對采集到的各氣象要素的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，有接口USB實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的備份功能。系統(tǒng)設(shè)有通訊接口RS232/RS485，可以通過該接口與GPRS/CDMA等通訊設(shè)備連接。該系統(tǒng)有時鐘校準(zhǔn)功能，通過監(jiān)控中心下達(dá)指令，對氣象站的時間進(jìn)行校準(zhǔn)。數(shù)據(jù)處理的方法需要設(shè)計(jì)采集數(shù)據(jù)的時間間隔。氣象數(shù)據(jù)的監(jiān)測主要為定時掃描各傳感器的數(shù)據(jù)，通過通訊模塊將數(shù)據(jù)的電信號傳到主控系統(tǒng)中經(jīng)既定程序(LabVIEW)計(jì)算;通過屏幕可以直接讀取實(shí)時數(shù)據(jù)，針對特定時間段的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行有目的的分析，如平均值，不同時間點(diǎn)的變化趨勢數(shù)據(jù)以及不同周、月份、年份的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等［5］。收集數(shù)據(jù)默認(rèn)為溫度、相對濕度、降雨量、風(fēng)向、風(fēng)速及氣壓;當(dāng)增加傳感器時，在主控系統(tǒng)中重新設(shè)置就可以進(jìn)行增加項(xiàng)目數(shù)據(jù)的收集。各氣象數(shù)據(jù)中氣溫、相對濕度、雨量、氣壓的數(shù)據(jù)傳感器每10s測定一次，根據(jù)氣象學(xué)上常規(guī)的統(tǒng)計(jì)方法，通過程序收集到1min內(nèi)每10s的瞬時氣象數(shù)據(jù)。氣溫、相對濕度、雨量、氣壓在1min內(nèi)會收集到6個數(shù)據(jù)，舍棄一個最高值和一個最低值，使用其余的4個測定數(shù)據(jù)來計(jì)算算術(shù)平均值，此值為監(jiān)測系統(tǒng)最終在屏幕中實(shí)時顯示的瞬時數(shù)值。風(fēng)向、風(fēng)速的監(jiān)測頻率為1次/min，系統(tǒng)計(jì)算每5min內(nèi)5次測定值的算數(shù)平均值，此數(shù)據(jù)在LabVIEW程序界面中實(shí)時顯示。所有測定的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中均有保存，如統(tǒng)計(jì)部門需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行特殊分析，均可在數(shù)據(jù)庫中將數(shù)據(jù)導(dǎo)出。在數(shù)據(jù)庫中如有異常數(shù)據(jù)，一般以超過臨近時間點(diǎn)兩倍的數(shù)據(jù)值進(jìn)行特殊標(biāo)記，以便提醒管理員對相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)和異常情況的分析。

2．2通訊設(shè)計(jì)

前端采集部分與后端監(jiān)控中心系統(tǒng)通信采用無線GPRS通信方式，由于農(nóng)田氣象站放置在室外，因此不適宜采用光纖傳輸，而采用GPRS無線能夠解決此問題［6］。GPRS采用的組網(wǎng)方式是公網(wǎng)固定IP的方式。GPRS擁有傳遞及時、通信信號好等優(yōu)勢，在并組網(wǎng)時減少對原有網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)，節(jié)約了成本，并可以在室外復(fù)雜環(huán)境中實(shí)時進(jìn)行監(jiān)測，而且具有一定的安全性。室外自動氣象站與氣象信息管理系統(tǒng)需要建立點(diǎn)對點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)連接，在連接過程中需要以無線方式登陸到以太網(wǎng)絡(luò)來獲得網(wǎng)絡(luò)地址。要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器地址和端口映射在氣象管理系統(tǒng)中，需要?dú)庀笮畔⒐芾硐到y(tǒng)軟件采用其網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)地址，這樣在管理系統(tǒng)顯示軟件中就可以實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的雙向通訊，進(jìn)行有效的信息傳遞和收集［7－8］。圖2為基于GPRS無線通訊的氣象信息系統(tǒng)示意圖。

2．3軟件設(shè)計(jì)

氣象信息管理系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡(luò)來查看氣象信息。本研究天氣顯示采用的軟件是LabVIEW，此軟件是美國國家儀器公司推出的一門圖像化編程語言，同時也是著名的虛擬儀器開發(fā)平臺［9－10］。作為一門圖形化編程語言，LabVIEW秉承了其簡單易用的一貫作風(fēng)，使用戶能夠快速編寫出強(qiáng)大的應(yīng)用程序。本研究的LabVIEW編寫程序圖，如圖3所示。為了方便敘述，本文把風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、雨量和氣壓多種氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)稱為氣象信息值。氣象系統(tǒng)天氣前面板顯示圖，如圖4所示。通過該系統(tǒng)對哈爾濱市香坊區(qū)東北農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)氣象信息值進(jìn)行監(jiān)測，與氣象臺預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)作為參考進(jìn)行對比，氣象信息值監(jiān)測結(jié)果如表1所示。表1中實(shí)測的時間跨度是實(shí)驗(yàn)當(dāng)天早6:00至晚18:00。從數(shù)據(jù)中可以看出，實(shí)測日期當(dāng)天監(jiān)測到的溫度、濕度、雨量、風(fēng)速和氣壓與參考值相比，具有良好的線性關(guān)系，系統(tǒng)可以準(zhǔn)確計(jì)算出當(dāng)天所監(jiān)測氣象信息的平均值。此收集到的氣象數(shù)據(jù)只是一天中的部分?jǐn)?shù)據(jù)，所以經(jīng)過系統(tǒng)分析計(jì)算出來的數(shù)據(jù)只能代表所監(jiān)測時間范圍內(nèi)的氣象信息，與氣象臺的參考值有偏差。

3結(jié)論

篇2

關(guān)鍵詞：輔助教學(xué)；儀器分析；虛擬實(shí)驗(yàn)平臺；建設(shè)

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-5727（2012）07-0172-02

藥品檢驗(yàn)是藥學(xué)專業(yè)的核心課程，儀器分析則是測定藥物的物理常數(shù)、鑒定藥物真?zhèn)?、檢測藥物純度和雜質(zhì)限量、測定藥物含量及效價的主要方法，具有取樣量少、靈敏度高、自動化程度高、分析速度快、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，儀器分析的基本原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)成為藥學(xué)研究和應(yīng)用工作中必須掌握的基礎(chǔ)知識和基本技能，藥物研究、生產(chǎn)及檢驗(yàn)等各種行業(yè)機(jī)構(gòu)對高效液相色譜儀、氣相色譜儀、分光光度計(jì)、質(zhì)譜儀等設(shè)備的依賴已經(jīng)到了不可或缺的地步。培養(yǎng)熟練掌握儀器分析技術(shù)的專業(yè)人才，是藥學(xué)教育的主要任務(wù)之一。

當(dāng)前儀器分析教學(xué)面臨的主要問題

教學(xué)儀器嚴(yán)重不足，教學(xué)效果有限 實(shí)驗(yàn)教學(xué)所用儀器多數(shù)為貴重、精密物品，且數(shù)量極為有限，如質(zhì)譜儀、核磁共振波譜儀等大型分析儀器，一般學(xué)校只購置1臺。而近年來的擴(kuò)招使得學(xué)生數(shù)量成倍增加，教學(xué)儀器資源更顯缺乏。教學(xué)儀器的不足，使得很多學(xué)校的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程變成了觀摩課、試教課，學(xué)生得不到足夠時間和強(qiáng)度的實(shí)際操作鍛煉，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不理想。

儀器落后，與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié) 技術(shù)的快速發(fā)展使得分析儀器更新?lián)Q代的頻率加快。而在學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，往往由于經(jīng)費(fèi)原因，所使用的儀器得不到及時更新，從而與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)。學(xué)生在校期間學(xué)會的分析儀器操作技能，到了實(shí)際工作環(huán)境中用不上，仍然要學(xué)習(xí)新一代儀器的使用，這使得學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義大打折扣。

教學(xué)成本高，學(xué)生無法熟練掌握儀器 儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要用到大量的藥品、試劑，教學(xué)成本很高，所以往往以小組的形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，真正得到動手鍛煉的學(xué)生只占少數(shù)，而且也只能進(jìn)行有限次數(shù)的操作。在這種情況下，學(xué)生只能對儀器有一個基本的認(rèn)識，而無法熟練地掌握儀器使用技能。在一些高端儀器的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，這一問題尤為明顯。

實(shí)驗(yàn)操作層次較低，無法深入了解儀器功能 當(dāng)前，儀器分析教學(xué)安排的都是操作層次較低、步驟簡單的實(shí)驗(yàn)，立足于讓學(xué)生了解儀器、知道基本操作過程，而無法做到讓學(xué)生深入、全面地掌握儀器的用途。這導(dǎo)致了學(xué)生對儀器的認(rèn)識淺嘗輒止，難以了解除實(shí)驗(yàn)所用以外的儀器的使用方法，也沒有機(jī)會碰到使用儀器過程中的各類特殊情況，無法培養(yǎng)學(xué)生對各種問題的分析和處理能力。

存在操作安全、環(huán)境污染等隱患 儀器分析實(shí)驗(yàn)中部分試劑是危險(xiǎn)的化學(xué)物品，如果操作不當(dāng)會發(fā)生安全事故，同時，實(shí)驗(yàn)過程中排放的“三廢”也會對環(huán)境造成污染。但為了保證教學(xué)質(zhì)量，一定量的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程必不可少，這容易引發(fā)安全問題和環(huán)境污染問題。

虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)的研究及其應(yīng)用

虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)指的是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，引入現(xiàn)代信息技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，模擬各種分析儀器，使受訓(xùn)者可以像在真實(shí)環(huán)境中一樣運(yùn)用各種虛擬實(shí)驗(yàn)器械和設(shè)備，對建立起來的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行實(shí)時仿真操作，從而完成各種預(yù)定的實(shí)驗(yàn)。

筆者利用中國知網(wǎng)，對中國期刊全文數(shù)據(jù)庫、中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫、中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫進(jìn)行跨庫檢索，以模糊匹配方式查到2000年以來藥學(xué)相關(guān)學(xué)科內(nèi)關(guān)于“虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)”主題的期刊論文共253篇，學(xué)位論文共3篇。其中，2008年以來的論文共97篇，約占38%，表明虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)是近年來的研究熱點(diǎn)。所查論文的主題主要包括了“虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)的概念和應(yīng)用”、“虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)”、“虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”等。許多研究人員從不同角度對虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了探討，如楊雪等人研究了虛擬實(shí)驗(yàn)中情感、表現(xiàn)和行為三個層次的設(shè)計(jì)思路，傅增智、徐靜等對比研究了虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)，代曉青則探討了虛擬實(shí)驗(yàn)對受訓(xùn)者操作規(guī)范的培養(yǎng)作用。

國內(nèi)外多所大學(xué)，如霍普金斯大學(xué)、上海交通大學(xué)、大連理工大學(xué)等都對虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)進(jìn)行了研究，并建設(shè)了一些適合于藥學(xué)、化學(xué)專業(yè)的虛擬實(shí)驗(yàn)室。中國藥科大學(xué)建立了一套《氣相、液相分析實(shí)驗(yàn)》仿真系統(tǒng)并取得了一定的應(yīng)用效果。重慶醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校開發(fā)了一套實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)用于虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)。國內(nèi)外軟件市場上也出現(xiàn)了相關(guān)的虛擬實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品，例如Chem SW公司的GC-SOS氣相色譜模擬和優(yōu)化軟件，大連理工大學(xué)的儀器分析虛擬實(shí)驗(yàn)室。筆者通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)中國藥科大學(xué)、重慶醫(yī)科高等?？茖W(xué)校、大連理工大學(xué)、廣東藥學(xué)院等高校已經(jīng)應(yīng)用了虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

輔助教學(xué)的虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)思路和要點(diǎn)

建設(shè)思路 用于輔助教學(xué)的虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)平臺的建設(shè)，目前主要有以下三種建設(shè)思路：第一，引進(jìn)市場產(chǎn)品。購買成熟的虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)平臺，是最便捷的解決方案，具有流程簡單、部署方便、實(shí)現(xiàn)容易、后期維護(hù)有保障等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)在于需要一定的經(jīng)費(fèi)支持，尤其是一些國外的虛擬軟件，價格十分昂貴。此外，直接引進(jìn)的產(chǎn)品還存在不一定能完全滿足當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求、定制相對困難等問題。第二，引進(jìn)其他高校開發(fā)的系統(tǒng)。國內(nèi)許多高校都開展了虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究，并出現(xiàn)了不少優(yōu)秀成果。例如，中國藥科大學(xué)開發(fā)的儀器分析實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)實(shí)習(xí)系統(tǒng)，可以進(jìn)行試劑的仿真配置，完成氣相色譜系統(tǒng)和液相色譜系統(tǒng)的仿真操作，自動記錄學(xué)生的操作過程，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)考核等功能。引進(jìn)其他高校開發(fā)的系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)在于能夠在較大程度上滿足當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求，同時所需經(jīng)費(fèi)也不是很高，缺點(diǎn)是后續(xù)的服務(wù)可能會不到位、系統(tǒng)無法更新等。第三，自行開發(fā)或委托開發(fā)。自行開發(fā)或委托第三方公司開發(fā)虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，能完全根據(jù)自己的實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求進(jìn)行功能的規(guī)劃和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的靈活性和兼容性，前提是必須擁有具有系統(tǒng)分析能力的工作人員。自行開發(fā)可以結(jié)合學(xué)校信息化教學(xué)建設(shè)工作及相關(guān)科研項(xiàng)目展開，是當(dāng)前許多學(xué)校選擇的建設(shè)思路。

建設(shè)要點(diǎn) 在虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)平臺的建設(shè)中，有許多值得注意的地方。筆者認(rèn)為，一個先進(jìn)的虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)平臺必須具備以下三個特點(diǎn)。第一，用戶界面逼真。用戶界面逼真是虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)平臺必須具備的第一個特點(diǎn)。因?yàn)樘摂M儀器分析實(shí)驗(yàn)平臺是用于仿真實(shí)驗(yàn)的，要達(dá)到用戶在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺上學(xué)習(xí)、操作后，在真實(shí)儀器上能夠無需再次學(xué)習(xí)、非常熟練地使用。所以，用戶界面必須逼真，儀器的形狀、顏色，相關(guān)提示燈和提示信息的顯示、操作過程和操作結(jié)果的模擬，都要和真實(shí)儀器相差無幾，才能達(dá)到實(shí)驗(yàn)的效果。因此，最新的3D技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)必須在實(shí)驗(yàn)平臺中應(yīng)用。第二，富于交互。儀器分析實(shí)驗(yàn)過程本質(zhì)上就是人機(jī)交互過程。如果虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)平臺不具備較強(qiáng)的交互性，就只能算是一個儀器分析實(shí)驗(yàn)演示軟件，而無法起到實(shí)驗(yàn)的作用。一個先進(jìn)的虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)平臺，應(yīng)該是富于交互的，各類按鈕的功能和支持的動作，要和真實(shí)儀器一致，同時，各種交互操作應(yīng)該是簡潔明了的。多點(diǎn)觸控技術(shù)應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)平臺中得到應(yīng)用。第三，充分設(shè)定各種應(yīng)用情景。虛擬實(shí)驗(yàn)的最大好處在于可以模擬任意特殊的情況而不會產(chǎn)生任何危險(xiǎn)。因此，應(yīng)充分設(shè)定各種應(yīng)用情景，讓受訓(xùn)者在虛擬實(shí)驗(yàn)過程中可以任意操作，認(rèn)識各種特殊乃至危險(xiǎn)的后果，從而讓受訓(xùn)者更為徹底地掌握儀器的特性和使用方法，加深對儀器的認(rèn)識和對安全操作的理解。

虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)平臺的教學(xué)效果

虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)平臺具有運(yùn)轉(zhuǎn)快速、界面簡潔、覆蓋面廣、利用方便等特點(diǎn)，能比較真實(shí)地模擬相關(guān)實(shí)驗(yàn)的過程，讓學(xué)生提前熟悉儀器及掌握儀器的操作，認(rèn)識實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作步驟和要點(diǎn)，有利于學(xué)生對真實(shí)儀器的操作，節(jié)省真實(shí)實(shí)驗(yàn)的材料和時間。通過虛擬實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)而無時空限制、安全及污染等問題；可以讓學(xué)生規(guī)避真實(shí)實(shí)驗(yàn)的諸多忌諱，甚至違規(guī)操作，以進(jìn)一步掌握儀器的使用辦法；可以通過各種設(shè)定好的特殊情況，感受儀器操作過程中可能出現(xiàn)的問題，以全面地鍛煉學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

北京中醫(yī)藥大學(xué)在2006級中藥學(xué)、中藥分析、中藥制藥班應(yīng)用“高效液相色譜法定性和定量分析實(shí)驗(yàn)”虛擬教學(xué)后進(jìn)行教學(xué)效果問卷調(diào)查得知，有81.2%的學(xué)生愿意進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，有84.8%的學(xué)生通過虛擬學(xué)習(xí)清楚地知道了如何操作儀器。2007年底，清華大學(xué)在將儀器分析實(shí)驗(yàn)多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺應(yīng)用于化學(xué)系、化工系、環(huán)境系及核物理學(xué)院等院系的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，經(jīng)過連續(xù)5個學(xué)期的教學(xué)數(shù)據(jù)對比分析，發(fā)現(xiàn)接受了虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)生個人得分同比超過其他院系的學(xué)生，儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量得到了明顯提高。第二軍醫(yī)大學(xué)應(yīng)用了虛擬實(shí)驗(yàn)平臺后，82%的學(xué)生認(rèn)為虛擬教學(xué)系統(tǒng)的交互性有利于知識傳授，76%的學(xué)生認(rèn)為運(yùn)用虛擬教學(xué)系統(tǒng)有助于提高相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)效果和教學(xué)效率，73%的學(xué)生認(rèn)為虛擬教學(xué)系統(tǒng)更適合于輔助教學(xué)。

當(dāng)然，虛擬實(shí)驗(yàn)替代不了真實(shí)實(shí)驗(yàn)。由于其缺少實(shí)物感，操作正確的情況下結(jié)果唯一，無法反映現(xiàn)實(shí)中操作正確也有可能出現(xiàn)不良后果的情況，虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)主要用于輔助教學(xué)，結(jié)合真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以取得更好的教學(xué)效果。

綜上所述，在藥學(xué)教育工作中，虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)平臺具有廣泛的應(yīng)用前景?？茖W(xué)地運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)手段，拓展教學(xué)空間，能有效解決很多用常規(guī)方法無法解決的教學(xué)問題。建設(shè)一個界面逼真、富于交互、充分設(shè)定各種應(yīng)用情景的虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)平臺，用于輔助教學(xué)，將有效緩解當(dāng)前儀器分析教學(xué)中面臨的主要問題，可以成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有益補(bǔ)充，豐富和完善儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)形式，降低教學(xué)成本，增強(qiáng)教學(xué)效果，從而提高儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和水平。

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篇3

關(guān)鍵詞：LabVIEW SQL；Server2008；LabSQL心電數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：R318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1引言

傳統(tǒng)的心電圖診斷系統(tǒng)主要由三大功能模塊組成：心電信號的記錄、分析和診斷結(jié)果表述。在以往的臨床經(jīng)驗(yàn)中，這三大功能通常由手工完成，并完全依靠醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)[1]。隨著虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，人們可以通過虛擬儀器來實(shí)現(xiàn)心電圖的信號處理、結(jié)果表達(dá)，從而解決傳統(tǒng)心電圖診斷方法中數(shù)據(jù)處理、表達(dá)、傳輸、存儲等方面的問題。LabVIEW作為虛擬儀器技術(shù)常用的應(yīng)用開發(fā)軟件，能夠充分利用計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，具有編程簡單、結(jié)果直觀等特點(diǎn)，與數(shù)據(jù)采集卡結(jié)合可以建立良好的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[2，3]。隨著心電采集技術(shù)的發(fā)展，很多對采集系統(tǒng)的拓展工作已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)心電數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用，包括診斷系統(tǒng)的開發(fā)以及通過與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)等方面[4-6]。但是，這些拓展應(yīng)用中，主要側(cè)重于心電數(shù)據(jù)的采集、處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?，較少關(guān)注心電數(shù)據(jù)的存儲技術(shù)與管理。

數(shù)據(jù)的存儲與管理、維護(hù)是信號采集系統(tǒng)的重要組成部分，數(shù)據(jù)庫技術(shù)與LabVIEW虛擬儀器的結(jié)合，一方面可以利用數(shù)據(jù)庫強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理能力，另一方面可以發(fā)揮LabVIEW在信號采集上的優(yōu)勢，從而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模心電數(shù)據(jù)的有效管理和維護(hù)。目前，四大權(quán)威心電數(shù)據(jù)庫[7]均為歐美國家建立，國內(nèi)在基于大規(guī)模人群的心血管流行病學(xué)調(diào)查分析方面同樣開展了相關(guān)研究工作，致力于構(gòu)建國人自己的心電數(shù)據(jù)庫[8-10]。大規(guī)模心電數(shù)據(jù)庫的建立離不開工程實(shí)現(xiàn)技術(shù)，在虛擬儀器技術(shù)與心電信號采集系統(tǒng)結(jié)合的趨勢下，基于虛擬儀器技術(shù)平臺設(shè)計(jì)心電數(shù)據(jù)庫在工程實(shí)踐上有很重要的意義。

本文介紹基于LabVIEW心電信號采集平臺的心電數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。在LabVIEW環(huán)境下，搭建了基于LabSQL與SQL Server的心電數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，一方面利用LabSQL建立LabVIEW和SQL Server數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之間的連接，實(shí)現(xiàn)LabVIEW與SQL Server之間的心電數(shù)據(jù)傳輸，方便心電數(shù)據(jù)的存儲，另一方面設(shè)計(jì)了心電數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)表及數(shù)據(jù)表間關(guān)系，為心電數(shù)據(jù)的管理提供了便利。該系統(tǒng)已成功用在基于LabVIEW的心電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研發(fā)中。基于LabSQL和SQL Server的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法具有通用性，可方便地推廣到與LabVIEW結(jié)合的數(shù)據(jù)采集和管理系統(tǒng)中，具有良好的工程應(yīng)用價值。

2基于LabSQL的數(shù)據(jù)庫連接

2.1基于LabVIEW的心電采集系統(tǒng)簡介

速度快、性價比高等優(yōu)點(diǎn)[13]。SQL Server在電子商務(wù)、數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)庫解決方案等應(yīng)用中起著重要的作用，能針對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)提供有效的管理，并有效地保證數(shù)據(jù)的完整性和安全性。

3.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

臨床實(shí)踐中，心電圖可以作為診斷心臟類疾病檢測的主要手段。心臟類疾病的發(fā)生與病人的年齡、性別、個人史、其他疾病等有關(guān)[10]。因此，病人的基本情況是心電數(shù)據(jù)庫中重要的一部分。作為基于LabVIEW心電采集系統(tǒng)的一部分，心電數(shù)據(jù)庫主要數(shù)據(jù)表的設(shè)計(jì)需要滿足采集系統(tǒng)需求。同時，數(shù)據(jù)表的設(shè)計(jì)還需要參考標(biāo)準(zhǔn)心電數(shù)據(jù)庫PTB（PhysikalischTechnische Bundesanstalt）中病歷的臨床摘要。PTB數(shù)據(jù)庫是心電研究中常用的標(biāo)準(zhǔn)心電數(shù)據(jù)庫，具有十分重要的參考價值。

基于上述分析，心電數(shù)據(jù)庫可以劃分為三個表。

1）病人基本信息表（Patient）

病人基本信息表如表1，主要用于記錄病人的各項(xiàng)基本信息。其主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)項(xiàng)如下：病人的病歷號、性別、年齡、檢查原因等，其中病人病歷號碼具有唯一標(biāo)識性，被選作該表的主鍵。主鍵是指在數(shù)據(jù)表中能唯一標(biāo)識表中每個數(shù)據(jù)行的一列或者多列。一個數(shù)據(jù)表只能有一個主鍵，并且主鍵列不允許取空值。SQL Server 會自動為主鍵創(chuàng)建索引。在使用主鍵時，該索引可以加快訪問速度并有助于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的唯一性。

4結(jié)束語

在LabVIEW環(huán)境下，利用LabSQL工具包的相關(guān)子VI模塊，實(shí)現(xiàn)了與SQL Server 數(shù)據(jù)庫的連接，并將數(shù)據(jù)存儲在專門設(shè)計(jì)的心電數(shù)據(jù)庫中，搭建了完整的心電數(shù)據(jù)采集和管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含病人的基本信息和心電數(shù)據(jù)記錄，有效地實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模心電數(shù)據(jù)輸入和管理的自動化。該心電采集系統(tǒng)及心電數(shù)據(jù)庫的建立，為心電數(shù)據(jù)的臨床分析和集中研究提供便利。

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篇4

關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)；虛擬；儀器；檢測系統(tǒng)

Abstract: This paper mainly based on the virtual instrument monitoring system of step motor based on virtual instrument, instead of the traditional instrument, the test software instead of hardware circuit, multi-channel data acquisition, analysis, storage, achieved stepper motor system on-line detection and fault diagnosis.

Key words: stepping motor; virtual instrument; test system;

中圖分類號：TM3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）

一、虛擬儀器硬件的構(gòu)成

虛擬儀器的硬件采用基于PCI總線技術(shù)的DAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，選用的PCI-6071E數(shù)據(jù)采集卡可實(shí)現(xiàn)對32個步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動電路和脈沖控制器的多路并行檢測。

檢測系統(tǒng)主要由信號接口及虛擬儀器兩部分構(gòu)成(圖1)。待測信號由控制機(jī)柜上的接口引出，通過信號選擇、調(diào)理之后送入工控機(jī)，由數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并最終由數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行分析、顯示、存儲等。步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)由脈沖控制器、驅(qū)動電路和步進(jìn)電機(jī)等幾部分構(gòu)成，根據(jù)不同的檢測要求如常規(guī)檢測、實(shí)時監(jiān)控和故障診斷等，需要對脈沖控制器的輸出、驅(qū)動電路的輸出以及電機(jī)繞組的信號分別進(jìn)行檢測。為更有效的利用采集卡的硬件資源以及計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力，在接口部分設(shè)置了信號選擇電路，負(fù)責(zé)把需要檢測的信號送入后續(xù)系統(tǒng)。接口電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，通過兩個選擇開關(guān)的不同組合，分別實(shí)現(xiàn)從驅(qū)動板輸入級引出脈沖控制器信號、從驅(qū)動板輸出級引出驅(qū)動電路信號、從電機(jī)回路引出步進(jìn)電機(jī)繞組電流信號。

信號調(diào)理電路采用運(yùn)算放大器對取樣電阻兩端的信號進(jìn)行差分運(yùn)算，得到電壓、電流信號并以單端方式輸出至數(shù)據(jù)采集卡。步進(jìn)電機(jī)常采用方波電壓驅(qū)動，從其頻譜構(gòu)成來看包含一定的高頻成分，屬于有突變的大幅值信號，故選用LM318高速寬帶運(yùn)算放大器，其增益帶寬為15MHz，轉(zhuǎn)換速率為70V/μs。為進(jìn)一步提高待測信號的信噪比，減小軟件數(shù)據(jù)處理的難度以及減少運(yùn)算量，在LM318的電源部分加入了2個1000μF的電解電容退耦合，在其輸出端加入了0.2μF的瓷片電容以濾除高頻噪聲。

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2軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)模塊化的編程思想，檢測程序(圖3)的結(jié)構(gòu)自上而下分為主程序?qū)?、邏輯層、?qū)動層。主程序?qū)佑捎脩艚缑婧蜏y試執(zhí)行部分構(gòu)成，邏輯層負(fù)責(zé)邏輯關(guān)系的驗(yàn)證以及相關(guān)決策的制定，驅(qū)動層負(fù)責(zé)與儀器、被測設(shè)備以及其他應(yīng)用程序之間的通信。軟件的開發(fā)平臺為NI公司的LabVIEW。檢測程序的主要任務(wù)為多通道的數(shù)據(jù)采集、分析和存儲，因此程序的優(yōu)化及運(yùn)行效率問題都顯得較為重要，在軟件的開發(fā)中運(yùn)用了LabVIEW所支持的多項(xiàng)先進(jìn)編程技術(shù)，如數(shù)據(jù)流、多線程、定時循環(huán)、狀態(tài)機(jī)等。

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3信號處理

在線數(shù)據(jù)處理主要包括運(yùn)算量較小的電流、電壓以及脈沖的時域分析。對于系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)通過對對應(yīng)信號的計(jì)數(shù)得到電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)、驅(qū)動板提供的電壓周期數(shù)、脈沖控制器發(fā)出的脈沖數(shù)；對于電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)通過測量電流的頻率得到電機(jī)的速度曲線，對此進(jìn)行微分得到電機(jī)的加速度曲線，通過對電流進(jìn)行數(shù)值積分得到電機(jī)的功率曲線。

另一方面對電流信號進(jìn)行較為詳細(xì)的時域分析以提供系統(tǒng)分析的時域特征值。使用Peak Detector進(jìn)行信號的波峰檢測得到每個周期內(nèi)最高點(diǎn)的數(shù)值、位置等數(shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)作出電機(jī)的特征曲線。電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時特征曲線近似為一條水平直線，運(yùn)轉(zhuǎn)異常時則會產(chǎn)生平移和起伏，其均值和方差都有較為顯著的變化。使用Pulse Parameters進(jìn)行信號的參數(shù)檢測，得到信號的超調(diào)量、上升時間等參數(shù)，這些參數(shù)描述了電流波形的細(xì)節(jié)信息。因此選取了電流信號的超調(diào)量和幅值之比、上升時間和頻率之比以及特征曲線的均值和方差作為系統(tǒng)狀態(tài)分析的3組時域特征值。

事后數(shù)據(jù)處理主要包括電流、電壓的頻域分析。對于步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的檢測，一個較為重要的應(yīng)用是識別出正常信號中夾帶的短暫反?，F(xiàn)象并展示其成分，為了克服傅里葉變換沒有時間分辨率的缺陷，采用了對異常信號段進(jìn)行短時傅里葉變換的分析方法。電機(jī)系統(tǒng)發(fā)生異常時的電流、電壓信號除正常的基頻及倍頻成分外，出現(xiàn)了額外的低頻成分或直流分量，其倍頻和基頻的幅值之比也有明顯的變化，因此選取了信號的3倍頻和基頻的幅值比作為系統(tǒng)狀態(tài)分析的頻域特征值。算法實(shí)現(xiàn)短時傅里葉分析得到信號的幅值譜，表明了在短時間段上繞組電流、驅(qū)動電壓的能量分布。

對于在線檢測及故障診斷系統(tǒng)來說，除了選取適當(dāng)?shù)男盘柼幚硭惴ㄌ崛∮行У奶卣髦抵?，更為重要的一點(diǎn)是對被測系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)的歸納和分類，給出各特征值的典型值作為系統(tǒng)狀態(tài)的判別條件。以下是在瑞士ARSAPE公司的微型兩相永磁式步進(jìn)電機(jī)1020上測得的典型值，其驅(qū)動方式為采用A3966SLB驅(qū)動模塊的兩相單四拍驅(qū)動?；谔摂M儀器技術(shù)開發(fā)的步進(jìn)電機(jī)檢測系統(tǒng)，在發(fā)生故障時針對故障單元進(jìn)行的診斷提高了系統(tǒng)的維護(hù)效率，大大縮短了故障恢復(fù)時間。

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篇5

引言

紫外可見分光光度計(jì)是一種很重要的分析儀器，它經(jīng)過長期的研究和不斷改進(jìn)，在物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料學(xué)、環(huán)境科學(xué)等科學(xué)研究領(lǐng)域都有廣泛而重要的應(yīng)用。[1]在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，分光光度計(jì)占有重要地位。但是在實(shí)際的分光光度計(jì)的教學(xué)中，往往存在以下三個問題：第一，對于需要使用分光光度計(jì)這樣操作復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)儀器，學(xué)生僅看實(shí)驗(yàn)講義文字的內(nèi)容很難清晰地了解其操作過程。第二，在傳統(tǒng)的植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂上，往往都是一個教師輔導(dǎo)全班的幾十個學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，在課堂上演示分光光度計(jì)的使用受到空間的限制，教師可能需要重復(fù)講解多次，這樣大大增加了教師的勞動強(qiáng)度，也降低了課堂教學(xué)的效果以及學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。第三，實(shí)驗(yàn)教學(xué)所采用的方法比較單一，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課中面對著分光光度計(jì)，不知從何下手，往往很被動，教師怎么說就怎么做。操作儀器就停留在不動腦的機(jī)械勞動階段，達(dá)不到提高學(xué)生動手操作能力的目的。

這些問題嚴(yán)重制約了植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)正常進(jìn)行。而采用虛擬技術(shù)改進(jìn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)方法，　可以較好地解決這些問題，　提高教學(xué)質(zhì)量。因此，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)條件和手段，引入Flash對分光光度計(jì)虛擬開發(fā)，以重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，形成虛擬教學(xué)方式。利用虛擬技術(shù)創(chuàng)造虛擬儀器，教學(xué)的視野將拓寬，教學(xué)空間從某一特定的物理空間延伸到虛擬的賽伯空間，教學(xué)資源的界限從少量有限伸展到大量無限，最終可以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，豐富教學(xué)手段和教學(xué)表現(xiàn)力。[2]

一、虛擬分光光度計(jì)的構(gòu)成

虛擬分光光度計(jì)是利用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)將實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容及過程在計(jì)算機(jī)屏幕上模擬出來，學(xué)生或者教師可利用網(wǎng)絡(luò)平臺或個人計(jì)算機(jī)隨時隨地虛擬儀器操作的全過程。所以它的基本構(gòu)成包括計(jì)算機(jī)和虛擬儀器軟件，而多媒體計(jì)算機(jī)是基礎(chǔ)，虛擬軟件是核心。因此虛擬分光光度計(jì)主要用Flash軟件設(shè)計(jì)和制作，并利用Corledit、Photoshop等軟件進(jìn)行優(yōu)化。Flash強(qiáng)大的交互功能和虛擬軟件友好的人機(jī)界面，有利于發(fā)揮學(xué)生個人特長和培養(yǎng)學(xué)生共同解決問題的能力，增強(qiáng)學(xué)生對分光光度計(jì)的興趣，降低了實(shí)驗(yàn)成本。而將開發(fā)的分光光度計(jì)軟件放在學(xué)院網(wǎng)站上，學(xué)生憑學(xué)號登錄學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)資源的共享以及有利于學(xué)生的交流探索。

根據(jù)植物生理學(xué)的實(shí)際，儀器虛擬的是VIS-723N型分光光度計(jì)，例如虛擬波長掃描和光度測量可用于葉綠體色素含量測定，虛擬定量分析可用于植物組織中可溶性糖含量的測定，虛擬時間掃描可用于愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶活性等。

二、虛擬分光光度計(jì)的應(yīng)用

1.學(xué)生課前預(yù)習(xí)的應(yīng)用

對于植物生理學(xué)的實(shí)驗(yàn)課，實(shí)驗(yàn)課程比較緊湊，所以實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)對于提高課堂效率是十分必要的。通過預(yù)習(xí)，學(xué)生可以對所要學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)有一個整體的感知，能理解簡單的知識。但是分光光度計(jì)的操作要求高、功能多、儀器調(diào)試過程復(fù)雜，學(xué)生很難僅憑閱讀實(shí)驗(yàn)講義就能弄清儀器的操作方法和步驟。而讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室了解實(shí)驗(yàn)儀器又受到實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)、實(shí)驗(yàn)室開放時間的限制。所以在進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)前，讓學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行演練，可以增大預(yù)習(xí)效果。對實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、操作步驟、實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果有了一定的了解后，再進(jìn)行實(shí)際操作，學(xué)生可做到心中有數(shù)，實(shí)驗(yàn)的目的性更明確，對一些關(guān)鍵的細(xì)節(jié)和易出現(xiàn)的問題，已經(jīng)有所準(zhǔn)備，也有利于在實(shí)驗(yàn)課上騰出更多的時間進(jìn)行創(chuàng)新嘗試。例如在進(jìn)行波長掃描葉綠體時，學(xué)生可根據(jù)不同濃度的葉綠體進(jìn)行掃描，找出最合適的濃度。如果學(xué)生操作錯誤，虛擬儀器除了能像真實(shí)儀器發(fā)出錯誤警告外，還能列出相應(yīng)的提示反饋，方便學(xué)生的操作。

2.實(shí)驗(yàn)課演示的應(yīng)用

植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力，所以在每個實(shí)驗(yàn)前先由實(shí)驗(yàn)教師對實(shí)驗(yàn)原理和步驟進(jìn)行詳細(xì)的講解，然后學(xué)生按照教師講解的實(shí)驗(yàn)步驟完成一些驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)操作。而對于需要用到分光光度計(jì)的實(shí)驗(yàn)，教師講解清楚有一定的難度，這時可以利用虛擬分光光度計(jì)來進(jìn)行演示。演示示范具有直觀性和過程性的特點(diǎn)，通過動態(tài)的演示，學(xué)生能一目了然知道實(shí)驗(yàn)的操作步驟，掌握相應(yīng)的技能，并且得到理論結(jié)果。演示分光光度計(jì)的過程由教師進(jìn)行操作，教師按照一定的程序演示，有助于學(xué)生對儀器的使用原理、操作規(guī)則、操作步驟的記憶。教師還可以針對在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)中比較容易出錯的操作、操作儀器的注意事項(xiàng)或者對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有幫助的細(xì)節(jié)在演示的過程中給予說明。通過演示儀器，培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析和解決問題的能力。

3.個別指導(dǎo)的應(yīng)用

有些學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課上部分內(nèi)容還沒完全理解或者因?yàn)椴僮麇e誤而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，但由于分光光度計(jì)價格昂貴，很多學(xué)校都沒有給學(xué)生提供開放的實(shí)驗(yàn)室，這樣學(xué)生的學(xué)習(xí)就不能得到較好的反饋。因此在書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時往往就會抄襲他人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生就沒有真正掌握實(shí)驗(yàn)的操作要領(lǐng)。利用學(xué)院網(wǎng)站虛擬分光光度計(jì)軟件，學(xué)生可以觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、理解實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，熟記實(shí)驗(yàn)的操作步驟，甚至能在網(wǎng)站留言，方便同學(xué)之間交流和教師的指導(dǎo)，從而培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，也有利于教師對自己的教學(xué)進(jìn)行反思以及分析。虛擬儀器軟件配套相應(yīng)的練習(xí)，學(xué)生可以根據(jù)自己所掌握知識的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行操作鞏固。這樣針對不同的學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和情況，具體問題具體分析，實(shí)現(xiàn)因材施教，使其能達(dá)到最佳的學(xué)習(xí)效果。

4.綜合實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用

畢業(yè)論文、課外科研、設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程或結(jié)果的測定方面都有可能用到分光光度計(jì)。但學(xué)生如果沒有經(jīng)常使用，很快就忘了如何操作，使實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行。因此，學(xué)生可先利用虛擬儀器復(fù)習(xí)操作過程，再進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)。虛擬儀器是按照真實(shí)的操作步驟進(jìn)行設(shè)置的，操作簡便，不用擔(dān)心會損壞儀器，能幫助學(xué)生快速掌握正確的儀器操作程序。由于綜合實(shí)驗(yàn)大多是探究性實(shí)驗(yàn)，所以在虛擬實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以通過各種嘗試，了解各種錯誤的實(shí)驗(yàn)操作，分析錯誤的原因，在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)中避免錯誤操作的發(fā)生。并且能夠結(jié)合虛擬實(shí)驗(yàn)自主探究，在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)更好的探索。

三、虛擬分光光度計(jì)的應(yīng)用價值

1.豐富教學(xué)手段

虛擬分光光度計(jì)儀器改變了傳統(tǒng)單一的教學(xué)方法，通過虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師可以隨時進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示和分析，將有關(guān) 理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，改變了以往“紙上談兵”的教學(xué)模式。而學(xué)生也可以改變學(xué)習(xí)方式，學(xué)習(xí)不再受實(shí)驗(yàn)室的限制，自主地選擇自己所需的操作內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)方式。

2.節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本

分光光度計(jì)價格昂貴，維修成本大，學(xué)生的不規(guī)范操作容易導(dǎo)致機(jī)器的損壞。用虛擬技術(shù)，不用擔(dān)心會損壞機(jī)器，能對學(xué)生進(jìn)行規(guī)范操作訓(xùn)練，減少機(jī)器的損傷程度，也沒有原材料的消耗，大大節(jié)約了植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)的成本。

3.激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

高校實(shí)驗(yàn)室的開放程度還不夠，學(xué)生對分光光度計(jì)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等不是很清楚，因此興趣不是很大。利用虛擬分光光度計(jì)可以激發(fā)學(xué)習(xí)動機(jī)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣。多媒體技術(shù)將文本、圖形、圖像、動畫、音效等呈現(xiàn)在學(xué)生面前，　能激起學(xué)生更大的學(xué)習(xí)興趣。而學(xué)生在虛擬儀器上多次練習(xí)進(jìn)行操作訓(xùn)練，可大大提高實(shí)際操作效果。

結(jié)束語

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有效輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過虛擬訓(xùn)練，加強(qiáng)了學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，通過真實(shí)實(shí)驗(yàn)又進(jìn)一步培養(yǎng)了實(shí)際動手能力。一方面減輕了實(shí)驗(yàn)室管理的負(fù)擔(dān)以及教師上課的勞動強(qiáng)度；另一方面，也給學(xué)生提供了更廣闊的空間，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，取得了令人滿意的效果。雖然虛擬實(shí)驗(yàn)儀器在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中扮演著重要的角色，但是虛與實(shí)畢竟是兩種不同的形態(tài)。無論虛擬實(shí)驗(yàn)多么“真實(shí)”，它都不取代不了真實(shí)實(shí)驗(yàn)。對于生物科學(xué)的學(xué)生，實(shí)驗(yàn)技能也非常重要，因此實(shí)踐動手能力的培養(yǎng)是教師教學(xué)的重要任務(wù)之一，而動手能力單靠仿真模擬實(shí)驗(yàn)是練不出來的。[3]　模擬操作只是一個輔助的工具，認(rèn)知過程必須有一個從模擬到實(shí)物的過程，否則將永遠(yuǎn)停留在一個虛構(gòu)的過程中，不能真正地認(rèn)識事物的本質(zhì)。虛擬實(shí)驗(yàn)儀器的最終目標(biāo)不是讓學(xué)生掌握虛擬狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)技能，而是更好地掌握真實(shí)情境下的實(shí)驗(yàn)技能。所以掌握實(shí)際實(shí)驗(yàn)技能才是根本之所在。真實(shí)實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)都是實(shí)驗(yàn)中的重要組成部分，二者相互結(jié)合、相互促進(jìn)。利用并發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，才能更好地為實(shí)驗(yàn)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹揚(yáng)嵐.新型紫外可見分光光度計(jì)光源光學(xué)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].廈門：廈門大學(xué)，2008.

篇6

【關(guān)鍵詞】虛擬實(shí)驗(yàn)室、B/S體系、WEB

【中圖分類號】G420【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【論文編號】1009―8097(2010)05―0133―03

一 概述

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高校教學(xué)工作的重要組成部分,對培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、分析解決問題的能力、正確的思維方法及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)等起著不可替代的作用。然而,隨著高校學(xué)生人數(shù)的不斷增加,傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段由于受到教師資源、場地、儀器和設(shè)備的限制已經(jīng)不能完全滿足教學(xué)需要或者影響到了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。近年來國內(nèi)外許多高等院校及科研機(jī)構(gòu)紛紛提出了虛擬實(shí)驗(yàn)室的概念。虛擬實(shí)驗(yàn)就是利用鼠標(biāo)的點(diǎn)擊、拖動,將計(jì)算機(jī)上虛擬的各種儀器和設(shè)備,按照實(shí)驗(yàn)要求、過程組裝成一個完整的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),同時在這個系統(tǒng)上完成整個實(shí)驗(yàn),包括實(shí)驗(yàn)條件的改變、數(shù)據(jù)采集以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的模擬、分析。它突出了“軟件即儀器”的新概念[1]。虛擬實(shí)驗(yàn)室就是虛擬實(shí)驗(yàn)運(yùn)行的載體,使用虛擬實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行環(huán)境,將虛擬實(shí)驗(yàn)室推向網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,建立基于網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室可以大幅度降低實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和改造費(fèi)用,并且可以提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平。目前隨著虛擬儀器技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等信息技術(shù)的不斷發(fā)展,以及校園網(wǎng)絡(luò)化、信息化建設(shè)不斷深入。建立基于校園網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)驗(yàn)室是完全可行的,是測試技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展方向和國內(nèi)外虛擬儀器領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一[2]。越來越多的人意識到虛擬實(shí)驗(yàn)室在教育領(lǐng)域的重要性,它除了可以輔助高校的科研工作,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面也有顯著的作用。

二 網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的功能和特點(diǎn)

基于校園網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室是指在軟、硬件結(jié)合的前提下,用戶通過校園網(wǎng)絡(luò)訪問虛擬系統(tǒng),在各種虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境下,運(yùn)用各種虛擬實(shí)驗(yàn)儀器、儀表等設(shè)備,對建立起來的實(shí)驗(yàn)室模型進(jìn)行實(shí)時仿真,構(gòu)成十分逼真的虛擬教學(xué)環(huán)境[3]。基于校園網(wǎng)的虛擬實(shí)驗(yàn)室具有以下特點(diǎn):(l)系統(tǒng)具有全交互特性,對用戶的任何操作都能立即給出反饋。(2)系統(tǒng)具有資源共享特性,連接到Internet的每臺機(jī)器,只要獲得訪問權(quán)限,都可以使用虛擬實(shí)驗(yàn)室提供的各種資源,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作,用戶將不再受實(shí)際實(shí)驗(yàn)中的時空限制,可根據(jù)個人情況選擇具體實(shí)驗(yàn)類型。(3)系統(tǒng)具有安全性,安全性是開放的、透明的、資源共享的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境所必需的保障條件。這個安全性不僅指保證訪問虛擬實(shí)驗(yàn)室的用戶機(jī)器、數(shù)據(jù)的安全,也指虛擬實(shí)驗(yàn)室能夠禁止非法用戶的訪問。(4)用戶自主性:用戶可以制定自己使用的虛擬儀器的方式,允許用戶采取必要的措施保護(hù)自己的數(shù)據(jù)、資料,用戶具有充分的自主性。(5)擴(kuò)展性:在當(dāng)今的信息時代里,技術(shù)更新速度十分迅速,新型的、性能更優(yōu)的儀器設(shè)備和技術(shù)更新周期越來越短。因此,虛擬實(shí)驗(yàn)室的硬件必須隨時更新,軟件也要隨時升級,服務(wù)功能也要隨時增加,基于校園網(wǎng)的虛擬實(shí)驗(yàn)室必須具備性能升級服務(wù)功能增加的特性。

三 基于校園網(wǎng)的虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)

基于校園網(wǎng)的虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的總體目標(biāo)是設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個在校園網(wǎng)上的虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境,利用校園網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備,將所提供的虛擬儀器、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及內(nèi)容放入建立的網(wǎng)站上。遠(yuǎn)程用戶只需通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器,而不需要其它的特殊軟件,就可以登錄到虛擬實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)服務(wù)器上。事先在主頁上列出所有可提供的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,在相應(yīng)的項(xiàng)目中顯示該實(shí)驗(yàn)的有關(guān)內(nèi)容,并同時提供具體的儀器列表和儀器設(shè)置功能。當(dāng)用戶選擇了某個具體實(shí)驗(yàn)后,首先可利用所提供的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)并了解實(shí)驗(yàn)過程和此實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊约皩?shí)驗(yàn)需要使用的儀器和儀器使用說明,然后開始實(shí)驗(yàn)的具體操作,用戶可以根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)的要求來設(shè)置儀器。從涉及的對象來看,基于校園網(wǎng)的虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)要解決虛擬儀器實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告以及網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)室管理三大主要問題。學(xué)生是網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的最終用戶,每個用戶在系統(tǒng)中都有唯一的ID號,作為其出入虛擬實(shí)驗(yàn)室的通行證,學(xué)生可以為自己的ID號設(shè)置密碼,訪問系統(tǒng)的登陸頁面,輸入各自的ID號和密碼,即可成功登陸虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng),進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的相關(guān)操作。學(xué)生的每一步操作,都可以立即觀察到其實(shí)驗(yàn)結(jié)果,當(dāng)實(shí)驗(yàn)完成之后,學(xué)生可以保存其實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并通過網(wǎng)絡(luò)將實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交給教師。教師作為虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的特權(quán)用戶,其主要任務(wù)是管理學(xué)生、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、批改學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告、對實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行打分和綜合評價并指出其優(yōu)點(diǎn)或不足之處,使學(xué)生從評語中對實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)有更加深刻的認(rèn)識。虛擬實(shí)驗(yàn)室的管理是網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)得以實(shí)現(xiàn)的根本保證,網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與常規(guī)教學(xué)相比,具有分散性大、同步與非同步并存、交互與非交互都需要等特點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)中管理的信息,不僅包含常規(guī)教學(xué)系統(tǒng)中涉及到的教師、學(xué)生的各類管理信息,還包括各種實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的管理,因此在網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)中,為了完成教學(xué),需要研究和解決許多與管理相關(guān)的技術(shù)問題,例如:如何進(jìn)行用戶的身份驗(yàn)證;如何使學(xué)生通過瀏覽器訪問到虛擬實(shí)驗(yàn)室并保證學(xué)生上網(wǎng)機(jī)器的安全性;如何接收學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告;并將其轉(zhuǎn)換成靜態(tài)網(wǎng)進(jìn)行WEB。

基于WEB的瀏覽器/服務(wù)器(B/S)網(wǎng)絡(luò)模式是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的一種基本模式[5],虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在B/S模式下,客戶端用戶只需要安裝瀏覽器,其他的工作都在服務(wù)器端完成。采集系統(tǒng)仍是在主機(jī)上進(jìn)行,用戶可通過WEB瀏覽器與它相連,且能在本地看到與主機(jī)端一樣的前面板,并獲得完全的控制權(quán)。其他的使用者也能登錄相同的網(wǎng)址監(jiān)視整個實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場操作過程。為了減少沖突,保證客戶能在操作時間內(nèi)很好地進(jìn)行實(shí)驗(yàn),在一段時間內(nèi)物理實(shí)驗(yàn)平臺只能有一個用戶獲得控制權(quán)。B/S三層模式中,由客戶端通過HTTP向WEB服務(wù)器發(fā)送WEB請求,WEB服務(wù)器能夠自動地協(xié)調(diào)和處理來自多個客戶端的請求,應(yīng)用層的應(yīng)用服務(wù)器負(fù)責(zé)處理業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)庫訪問,應(yīng)用服務(wù)器定義并實(shí)現(xiàn)了和數(shù)據(jù)庫的交互以及系統(tǒng)中的應(yīng)用邏輯。

基于校園網(wǎng)的虛擬實(shí)驗(yàn)室需要軟、硬件結(jié)合,最終達(dá)到整個真實(shí)實(shí)驗(yàn)所有功能的實(shí)現(xiàn),而在硬件平臺的基礎(chǔ)上,軟件平臺是重要部分。而軟件設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)在于對虛擬實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)以及多媒體技術(shù)的使用。由于軟件技術(shù)的進(jìn)展,越來越多的軟件功能變得越來越強(qiáng)大,從而減輕對技術(shù)人員的負(fù)擔(dān)。虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件平臺是整個虛擬實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ),它是基于B/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的?；谛@網(wǎng)虛擬實(shí)驗(yàn)室有三種人員角色;實(shí)驗(yàn)室管理員、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師和學(xué)生。他們分別具有不同的權(quán)限。其中學(xué)生可以通過虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)、提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、提問及查看實(shí)驗(yàn)成績等功能。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師可以通過虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告、布置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等功能。實(shí)驗(yàn)超級管理員作為實(shí)驗(yàn)室管理人員,具有最高權(quán)限。其主要功能為準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)設(shè)備、安排實(shí)驗(yàn)時間和內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和報(bào)告等等。

四 結(jié)論

基于校園網(wǎng)的虛擬實(shí)驗(yàn)室增強(qiáng)并擴(kuò)展了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能,以前所未有的方式將學(xué)生和實(shí)驗(yàn)設(shè)備聯(lián)系起來,為學(xué)生提供了一種嶄新的實(shí)驗(yàn)方式。但是在此需要著重指出的是,虛擬實(shí)驗(yàn)只是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的輔助手段,并不能完全取代實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作過程。開展虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)一是起到管理者的作用,為靈活安排實(shí)驗(yàn)提供很好的支持;二是起到輔助教師的作用,通過校園網(wǎng)絡(luò)和多種媒體形式的交互式虛擬實(shí)驗(yàn)手段達(dá)到形象、生動的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的?；谛@網(wǎng)的虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究解決了很多實(shí)驗(yàn)條件限制的實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題,為實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入了新的活力,讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)延伸到了一個更廣泛的空間,對遠(yuǎn)程開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究具有指導(dǎo)和借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

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篇7

一、網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立

1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)VR(VirtualReality)是近幾年來信息技術(shù)迅速發(fā)展的產(chǎn)物,寫作畢業(yè)論文是一門在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)和傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的交叉學(xué)科。其基本方法和目標(biāo)是集成并利用高性能的計(jì)算機(jī)軟硬件及各類傳感器創(chuàng)建一個使參與者處于身臨其境的、具有完善的交互能力、能幫助和啟發(fā)構(gòu)思的信息環(huán)境,即讓用戶在人工合成的環(huán)境里獲得角色的體驗(yàn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)具有三個基本特征。沉浸性,是指觀察者對虛擬世界的情感反映,這種感覺能使用戶全方位地投入這個虛擬世界,這是虛擬現(xiàn)實(shí)的首要特征。交互性,是指虛擬現(xiàn)實(shí)是一個開放的環(huán)境,能對用戶的輸入作出響應(yīng),并能通過監(jiān)控裝置來影響用戶和被用戶影響。想象性,是指虛擬現(xiàn)實(shí)不僅是一個媒體、一個高級用戶界面,還是一個應(yīng)用系統(tǒng),它以生動形象的形式反映設(shè)計(jì)者的思想。虛擬現(xiàn)實(shí)的三個基本特征強(qiáng)調(diào)了人在這個系統(tǒng)中的主導(dǎo)作用。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)按其功能不同,可以分為三種類型:沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。其中,桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是運(yùn)用軟件編程方法在顯示器上顯示三維場景,用戶通過鍵盤、鼠標(biāo)等設(shè)備與虛擬場景交互,它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、成本較低,易于推廣。

2.網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室

所謂網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室,是指利用區(qū)域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng),由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的一類適于進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),包括相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、有關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)對象及實(shí)驗(yàn)信息資源等。虛擬實(shí)驗(yàn)室可以是某一現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)實(shí)現(xiàn),也可以是虛擬構(gòu)想的實(shí)驗(yàn)室,虛擬實(shí)驗(yàn)通過虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。在虛擬實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)者有逼真的感覺,有身臨其境的感受,好像是真正在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室里近距離進(jìn)行現(xiàn)場操作。在虛擬實(shí)驗(yàn)中,沒有一個有形的實(shí)驗(yàn)室,也沒有以實(shí)物形態(tài)存在的實(shí)驗(yàn)工具與實(shí)驗(yàn)對象,實(shí)驗(yàn)過程主要是對虛擬物的操作。

3.計(jì)算機(jī)專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)建

構(gòu)建專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室,其實(shí)就是搭建一個網(wǎng)絡(luò)平臺系統(tǒng),包括硬件、軟件及管理三個方面。在硬件上,

目前各校都建立了校園網(wǎng)絡(luò)并接入了互聯(lián)網(wǎng),這些基礎(chǔ)設(shè)施基本可以滿足需求,不需要太多的投入。在軟件方面,一個是實(shí)驗(yàn)室平臺軟件系統(tǒng)的開發(fā),它與網(wǎng)站建設(shè)相聯(lián)系;另一個是網(wǎng)站的內(nèi)容(實(shí)驗(yàn)內(nèi)容)建設(shè),這是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的關(guān)鍵。虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有可以做的實(shí)驗(yàn)來支撐,不然軟件平臺就是一個空架子,形同虛設(shè)。同時,該平臺上還應(yīng)有實(shí)驗(yàn)管理的支持,對實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)成績及網(wǎng)上答疑等進(jìn)行有效管理,并對虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行監(jiān)控,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)各模塊的主要功能如下。

(1)實(shí)驗(yàn)管理模塊,由學(xué)生管理、教師管理、儀器管理和學(xué)生成績管理等組成。寫作碩士論文在學(xué)生管理方面,學(xué)生通過瀏覽器進(jìn)行注冊登錄,登陸成功后可瀏覽實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,查看實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)資料,預(yù)約實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及做實(shí)驗(yàn)的時間,在線發(fā)送和接受消息,進(jìn)行問題討論,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)登記,實(shí)驗(yàn)完成后可通過網(wǎng)絡(luò)寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告并提交報(bào)告。教師管理方面,可對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容添加、修改、整理、刪除,對學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告列表,批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告,填寫評語和成績,提交批改結(jié)果,與學(xué)生進(jìn)行討論。儀器管理方面,對新設(shè)計(jì)開發(fā)的虛擬儀器上傳并進(jìn)行分類整理,以便實(shí)驗(yàn)使用。成績管理方面對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況(實(shí)驗(yàn)次數(shù)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及完成情況)給出成績,并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及提供查詢等。

(2)儀器展示模塊,對虛擬實(shí)驗(yàn)室可用虛擬元器件、虛擬儀器設(shè)備分門別類地進(jìn)行管理,以圖形的方式直觀呈現(xiàn)出來,供學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時進(jìn)行選擇。

(3)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)模塊,包括實(shí)驗(yàn)介紹、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的重點(diǎn)及難點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)任務(wù)、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求及實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意的事項(xiàng)等。

(4)實(shí)驗(yàn)報(bào)告模塊,主要對學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后,提供相關(guān)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板,供學(xué)生下載,由學(xué)生填寫相關(guān)內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,完成后上傳電子版實(shí)驗(yàn)報(bào)告,由教師進(jìn)行批閱,并進(jìn)行記載。

(5)實(shí)驗(yàn)答疑模塊,由專業(yè)教師對學(xué)生實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的疑難問題進(jìn)行及時解答,幫助學(xué)生順利通過實(shí)驗(yàn)。同時了解學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的掌握程度,并及時反饋、調(diào)整教學(xué)。

(6)論壇交流模塊,教師和學(xué)生可以通過論壇進(jìn)行充分的交流,學(xué)生可以將實(shí)驗(yàn)中的收獲、經(jīng)驗(yàn)和體會及問題到論壇上,教師可以將一些典型的問題提出來,供大家探討。學(xué)生在這樣寬松的環(huán)境下發(fā)表自己的見解,教師從中可以得到及時的實(shí)驗(yàn)教學(xué)反饋信息,以便整改7)虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K,是虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的重要部分。學(xué)生通過該模塊進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn),寫作醫(yī)學(xué)論文以達(dá)到鞏固強(qiáng)化知識的目的。該模塊內(nèi)容根據(jù)專業(yè)學(xué)習(xí)的具體情況及實(shí)驗(yàn)建設(shè)條件,可不斷增加。計(jì)算機(jī)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的建設(shè),可以引入其他學(xué)校的虛擬實(shí)驗(yàn)室中。這種方式比較簡單,容易實(shí)現(xiàn),見效較快。但需要投入較多的軟件購置費(fèi)用,同時也需要結(jié)合本校的實(shí)際情況進(jìn)行一些調(diào)整,有一個磨合期。另一種是因地制宜,自主開發(fā)。根據(jù)本校的實(shí)際教學(xué)和實(shí)驗(yàn)情況,結(jié)合學(xué)生的實(shí)際水平,由任課教師或聘請部分專家組成開發(fā)小組,進(jìn)行一系列的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)研究,并將研究的成果連接到虛擬實(shí)驗(yàn)室中,逐漸擴(kuò)充直至完善。這種方式比較靈活,能充分發(fā)揮教師的積極性,能有針對性地進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā),適合學(xué)生的實(shí)際情況,學(xué)生容易接受,并且經(jīng)費(fèi)投入較少。缺點(diǎn)是開發(fā)周期較長,系統(tǒng)性不夠,水平有限。也可以將上述兩種方式結(jié)合起來,一是引入、購置部分自己不宜開發(fā)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,二是結(jié)合自身的優(yōu)勢和長處開發(fā)一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,如非交互性的、演示性的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等。

二、加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的管理

1.加強(qiáng)用戶管理,為每個學(xué)生分配賬號。對學(xué)生進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室,使用實(shí)驗(yàn)室做虛擬實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行登記保存。鼓勵學(xué)生經(jīng)常訪問虛擬實(shí)驗(yàn)室,在上面提出問題、發(fā)表見解,做好實(shí)驗(yàn),努力提高虛擬實(shí)驗(yàn)室的人氣。

2.全天候開放虛擬實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生可以隨時進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)自己動手組織實(shí)驗(yàn),自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,動手完成實(shí)驗(yàn),整理和總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),寫作職稱論文提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告,培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和創(chuàng)新能力,逐步向以“學(xué)生為中心”的自主個性發(fā)展模式轉(zhuǎn)變。

3.組織專業(yè)教師網(wǎng)上指導(dǎo)與答疑,參與論壇討論交流,及時批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告,為學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)提供服務(wù)。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中,教師應(yīng)對學(xué)生提出的疑問盡快給出幫助和解答,并進(jìn)行必要的指導(dǎo)。在實(shí)驗(yàn)室論壇上發(fā)表觀點(diǎn),提出問題讓學(xué)生思考,使師生在虛擬實(shí)驗(yàn)室中有較強(qiáng)的互動性,教師應(yīng)充當(dāng)好學(xué)生實(shí)驗(yàn)的合作者和知識的建構(gòu)者的角色。

4.對學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)室的表現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行

評價。針對學(xué)生每一門課程的虛擬實(shí)驗(yàn)完成情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、網(wǎng)上提問、論壇發(fā)帖的情況,給學(xué)生一個成績和評價,反饋給學(xué)生,寫作英語論文并與該課程的正常實(shí)物實(shí)驗(yàn)一起記入實(shí)驗(yàn)總分。教師也要在對學(xué)生評價的同時,征求學(xué)生對虛擬實(shí)驗(yàn)室的意見,對學(xué)生反饋的信息進(jìn)行整改。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立,可以很好地解決目前硬件設(shè)備跟不上實(shí)驗(yàn)的要求、學(xué)生實(shí)驗(yàn)時間不夠用等問題,對于提高學(xué)生的動手能力、分析問題和解決實(shí)際問題的能力具有非常重要的意義。但在具體應(yīng)用中還要注意處理好“虛擬實(shí)驗(yàn)”和“實(shí)物實(shí)驗(yàn)”的關(guān)系,不能一味地強(qiáng)調(diào)虛擬實(shí)驗(yàn),要“虛實(shí)”結(jié)合,既相互補(bǔ)充,又各有側(cè)重,這樣才能取得很好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。同時,在虛擬實(shí)驗(yàn)中要注意培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、一絲不茍的科學(xué)實(shí)驗(yàn)作風(fēng)。

參考文獻(xiàn)

[1]王嗣源.虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的初步探討.西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào),2005(4).

[2]蔣光明.基于互聯(lián)網(wǎng)的開放式虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯?西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002(3).

篇8

關(guān)鍵詞：切削力；測量技術(shù)；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

1 切削力測量技術(shù)現(xiàn)狀分析

切削力測量系統(tǒng)一般由三部分構(gòu)成：由測力儀、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和PC機(jī)三部分組成，如圖1所示。測力儀（測力傳感器）通常安裝在刀架（車削）或機(jī)床工作臺上（銑削），負(fù)責(zé)拾取切削力信號，將力信號轉(zhuǎn)換為弱電信號；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對此弱電信號進(jìn)行調(diào)理和采集，使其變?yōu)榭捎玫臄?shù)字信號；PC機(jī)通過一定的軟件平臺，將切削力信號顯示出來，并對其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

1.1 切削測力儀

1.1.1 應(yīng)變式測力儀

應(yīng)變式測力儀由彈性元件、電阻應(yīng)變片及相應(yīng)的測量轉(zhuǎn)換電路組成，其工作原理如圖2所示。把電阻應(yīng)變片貼在彈性元件表面，并連接成某種形式的電橋電路，當(dāng)彈性元件受到力的作用而產(chǎn)生變形時，電阻應(yīng)變片便隨之產(chǎn)生變形，從而引起其電阻阻值的變化ΔR，即

應(yīng)變片電阻值的變化ΔR造成電橋不平衡，使電橋輸出發(fā)生變化ΔU，通過標(biāo)定建立輸出電壓與力之間的關(guān)系。使用時根據(jù)輸出電壓反算切削力的大小。

應(yīng)變式測力具有靈活性大、適應(yīng)性廣、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，而且配套儀表（如靜態(tài)應(yīng)變儀、動態(tài)應(yīng)變儀等已標(biāo)準(zhǔn)化，因而得到廣泛應(yīng)用。但是其測量原理決定了測量精度和動態(tài)特性主要取決于彈性元件的結(jié)構(gòu)，如何有效解決靈敏度和剛度之間的矛盾，是提高應(yīng)變式測力儀測量精度和動態(tài)特性的關(guān)鍵。

1.1.2 壓電式測力儀

壓電式測力儀是以壓電晶體為力傳感元件的切削測力儀，當(dāng)石英晶體在外力作用下發(fā)生變形時，在它的某些表面上出現(xiàn)異號極化電荷。這種沒有電場的作用、只是由于應(yīng)變或應(yīng)力在晶體內(nèi)產(chǎn)生電極化的現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。通過測量產(chǎn)生電荷量即可以達(dá)到測量切削力的目的。

從動態(tài)測力的觀點(diǎn)出發(fā)，壓電式測力儀是一種比較理想的測力傳感器，具有靈敏度高、受力變形小等優(yōu)點(diǎn)。然而壓電式測力傳感器仍然存在一系列缺點(diǎn)：如由于電荷泄漏而不能測試靜態(tài)力、固有頻率的提高受裝配接觸剛度的限制、維護(hù)極不方便、價格昂貴，因此在使用上受到很大的限制。

1.1.3 電流式測力儀

直接使用測力儀測量切削力有其局限性：①安裝測力儀時，工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)遭到破壞從而導(dǎo)致其剛度發(fā)生變化，采集不到精確的切削力力信號；②測力儀的安裝、調(diào)試技術(shù)復(fù)雜；③測試設(shè)備花費(fèi)較高；④測力儀測試系統(tǒng)可靠性較低。

文獻(xiàn)［4］提供了一種間接測量切削力的方法，即電流式測力儀，其測量原理是：切削力的變化會引起主軸電機(jī)電流的變化，通過測量主軸電機(jī)電流來估計(jì)切削力的大小。因機(jī)床主軸電機(jī)電流的測量比較容易和簡單，所以這是一種經(jīng)濟(jì)而又簡便的方法。

電流式測力儀的局限性體現(xiàn)在兩個方面：①把主傳動系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)模型看作是一個線性模型，所以加工過程中的非線性因素會在一定程度上降低測量精度；②當(dāng)切削力發(fā)生變化時，相應(yīng)的主軸電流信號有一定的滯后現(xiàn)象，無法滿足對切削力進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的較高要求。

1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

如圖3所示，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過一定的電子線路，對測力儀的輸出信號進(jìn)行放大、濾波等處理后，將其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，變?yōu)橛?jì)算機(jī)的可用信號，再通過接口電路與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

目前大多數(shù)切削力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由放大器、濾波器、數(shù)據(jù)采集卡等分立元器件組成，體積較大，系統(tǒng)穩(wěn)定性不高，測量精度和實(shí)時性也漸漸滿足不了現(xiàn)代測力系統(tǒng)的要求。

1.3 數(shù)據(jù)顯示和分析處理

早期的數(shù)據(jù)顯示和分析處理單元由指示儀表、示波器和記錄儀等組成，其數(shù)據(jù)顯示和分析處理功能都是很有限的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，目前數(shù)據(jù)顯示和分析處理單元基本上被計(jì)算機(jī)終端所代替，顯示功能更加豐富和強(qiáng)大，但軟件的功能僅局限于數(shù)據(jù)擬合、圖表顯示和輸出等，對測力儀各向力之間的耦合沒有進(jìn)行有效的處理，從一定程度上影響了測力精度。

2 切削力測量技術(shù)的發(fā)展趨勢

現(xiàn)代切削加工正在向高速強(qiáng)力切削、精密超精密加工方向發(fā)展，機(jī)床的振動頻率也會遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于系統(tǒng)的固有頻率，這對切削力測量系統(tǒng)提出了新的要求：①測量范圍大、高精度和高分辨率；②實(shí)時性好，能夠在線實(shí)時測量；③數(shù)據(jù)處理和分析能力強(qiáng)，能夠?qū)?fù)雜多變的切削力信號進(jìn)行各種處理和分析。

針對這些方面的要求，切削力測量技術(shù)將朝著以下幾方面發(fā)展：

（1）開發(fā)新型彈性元件，優(yōu)化彈性元件結(jié)構(gòu)及應(yīng)變片布片方案，提高應(yīng)變式測力儀固有頻率，有效解決應(yīng)變式測力儀剛度和靈敏度之間的矛盾問題，降低各向力之間的耦合程度；

（2）應(yīng)用集成電路和微電子技術(shù)，使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成化，提高數(shù)據(jù)采集的速度與精度；

（3）完善數(shù)據(jù)處理分析軟件的功能，例如通過解耦運(yùn)算進(jìn)一步減小測力儀各向力之間的耦合程度，以提高測量精度；將虛擬儀器技術(shù)引入切削力測試系統(tǒng)，以便對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行多種操作和數(shù)據(jù)庫管理；建立專家系統(tǒng)，通過對測試數(shù)據(jù)的分析處理，對刀具磨損、切削顫振等情況做出預(yù)報(bào)并提出相應(yīng)的治理措施。

參考文獻(xiàn)

［1］羅學(xué)科. 動態(tài)多維力傳感器的理論研究與實(shí)踐［D］.北京航空航天大學(xué)博士論文,1995.1.

［2］姜術(shù)君. 采用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建測力系統(tǒng)的研究［D］.北京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文,2004.3.

［3］楊兆建，王勤賢. 測力傳感器研究發(fā)展綜述［J］.山西機(jī)械，2003，（1）.

［4］周林，殷俠. 數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005.

篇9

論文摘要:實(shí)踐教學(xué)體現(xiàn)了高職教育的特色，以“教“為中心的傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模式在一定程度上影響了高職教育質(zhì)量，現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展為高職實(shí)踐教學(xué)提供了有益的啟示和幫助。通過分析現(xiàn)代教育技術(shù)的內(nèi)涵和優(yōu)勢，提出了高職實(shí)踐教學(xué)的改革策略，并對高職實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行了理性思考。研究結(jié)果表明，把現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)中是當(dāng)今高職教育改革的必經(jīng)之路，也是提高高職實(shí)踐教學(xué)質(zhì)童的重要保證。

1引言

    隨著全球一體化進(jìn)程的加劇和現(xiàn)代教育技術(shù)的進(jìn)步給教育領(lǐng)域帶來了沖擊，社會對教育特別是高職教育所培養(yǎng)的人才必須在創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力上提出了更新、更高的要求。高職教育承擔(dān)著為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的職責(zé)，實(shí)踐教學(xué)是高職院校實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)人才目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，在高職教學(xué)體系中占有重要地位。然而長期以來，人們對高職實(shí)踐教學(xué)的研究和探索相對薄弱，學(xué)生實(shí)踐能力不強(qiáng)制約了高職教育的發(fā)展。因此，怎樣突破這一瓶頸，將現(xiàn)代教育技術(shù)與高職實(shí)踐教學(xué)有機(jī)融合，充分發(fā)揮現(xiàn)代教育技術(shù)的優(yōu)勢，使實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量和效果上升到一個新的高度，已成為高職教育改革面臨的新課題。

2現(xiàn)代教育技術(shù)與高職實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)涵

    現(xiàn)代教育技術(shù)就是運(yùn)用現(xiàn)代教育理論和現(xiàn)代信息技術(shù)，通過對教與學(xué)過程和教與學(xué)資源的設(shè)計(jì)、開發(fā)、利用、評價和管理，以實(shí)現(xiàn)教學(xué)優(yōu)化的理論和實(shí)踐?，F(xiàn)代教育技術(shù)包括幾方面核心內(nèi)容:以現(xiàn)代教育、教學(xué)理念為指導(dǎo);以現(xiàn)代信息技術(shù)在教育、教學(xué)中的應(yīng)用研究為核心;以一切學(xué)習(xí)資源(包括傳統(tǒng)教育技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù))為研究對象;以追求和實(shí)現(xiàn)教育、教學(xué)效果的最優(yōu)化為宗旨。

    高職實(shí)踐教學(xué)是一種以培養(yǎng)學(xué)生綜合職業(yè)能力為主要目標(biāo)的教學(xué)方式，它在高職教育教學(xué)過程中是相對于理論教學(xué)而獨(dú)立存在的，但又與之相輔相成。它主要是有計(jì)劃地組織學(xué)生通過觀察、實(shí)驗(yàn)、操作、實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)等教學(xué)環(huán)節(jié)鞏固和深化與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)相關(guān)的理論知識和專業(yè)技能，掌握從事本專業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H工作的基本知識和基礎(chǔ)技能，一般由校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)中心的仿真和模擬訓(xùn)練、生產(chǎn)企業(yè)的現(xiàn)場實(shí)習(xí)、頂崗實(shí)踐和社會實(shí)踐、學(xué)生課外科技活動等環(huán)節(jié)組成，具有實(shí)踐性、開放性、多極互動性和產(chǎn)學(xué)結(jié)合等特點(diǎn)。

3現(xiàn)代教育技術(shù)的優(yōu)勢

3. 1改變教學(xué)模式

    傳統(tǒng)教學(xué)模式注重教師的“講”，忽視了學(xué)生主動的“學(xué)”，這對學(xué)生的個性發(fā)展、動手能力的培養(yǎng)，帶來不利的影響?，F(xiàn)代教育技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)”教學(xué)過程的根本性轉(zhuǎn)變，學(xué)生可以不受時間和空間限制進(jìn)行學(xué)習(xí)，對學(xué)習(xí)內(nèi)容、課程資源、學(xué)習(xí)方式進(jìn)行多樣化的選擇，自由施展才華，全方位、立體式提高專業(yè)技能水平。

3. 2豐富教學(xué)內(nèi)容

    從現(xiàn)代教育科學(xué)角度來看，現(xiàn)代教育系統(tǒng)針對生不再是一味灌輸大量的陳舊知識，而在于不斷傳授新鮮知識和構(gòu)建學(xué)生精選高質(zhì)量、高水平的知識系統(tǒng)，并有效地加工和組織，最后達(dá)到“授人以漁”的目的。學(xué)生想要學(xué)習(xí)的不僅僅是課本里面的知識，求知欲隨著時代的發(fā)展在不斷擴(kuò)大，聲音、圖像、視頻等多元化的信息將作為現(xiàn)代教育技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容被引人課堂，強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)更加會為教學(xué)豐富資源，這樣有利于學(xué)生知識視野的拓寬，使學(xué)生的知識具有整體性和連貫性。

3. 3創(chuàng)新教學(xué)手段

    傳統(tǒng)呆板的、枯燥的教學(xué)手段不利于實(shí)踐教學(xué)的開展和學(xué)生的學(xué)習(xí)，現(xiàn)代教育技術(shù)運(yùn)用形象生動、圖文并茂的教學(xué)手段，提供聲音、圖像、文字、動畫等立體化信息形成多種感官刺激，使學(xué)生身臨其境，親歷其中，實(shí)現(xiàn)了抽象概念具體化、微觀概念宏觀化的良好效果，激發(fā)學(xué)生對職業(yè)教育的“必需”“夠用”的理論知識的學(xué)習(xí)興趣與熱情，在完成實(shí)踐性環(huán)節(jié)的技能方面更能激發(fā)學(xué)生巨大的時間欲和創(chuàng)造欲。

4高職實(shí)踐教學(xué)的改革策略

4. 1轉(zhuǎn)變實(shí)踐教學(xué)理念

    不斷吸收和消化現(xiàn)代教學(xué)思想，如前蘇聯(lián)教育學(xué)家巴班斯基的教學(xué)最優(yōu)化思想，調(diào)動各方面的積極因素，達(dá)到實(shí)踐教學(xué)的最優(yōu)化;將現(xiàn)代教學(xué)理論移植到高職實(shí)踐教學(xué)中，如流行的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，主動建構(gòu)學(xué)習(xí)知識，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)者為中心的思想，激發(fā)學(xué)習(xí)者的主觀能動性;利用現(xiàn)代教學(xué)方法，如相應(yīng)的軟件、教學(xué)設(shè)計(jì)方法和評價方法對學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)資源進(jìn)行設(shè)計(jì)、開發(fā)、利用、管理和應(yīng)用，注重實(shí)踐過程的設(shè)計(jì)、組織、實(shí)施和評價。

4. 2加強(qiáng)多媒體演示教學(xué)

      通過多種教學(xué)媒體(如多媒體計(jì)算機(jī)、投影儀、幻燈、電視、音響、實(shí)物、模型、掛圖等)組合起來進(jìn)行教學(xué)，教師利用傳統(tǒng)與現(xiàn)代教學(xué)媒體可以形象直觀地呈現(xiàn)難以表述的教學(xué)內(nèi)容(如電氣控制設(shè)備、機(jī)械設(shè)備工作過程等)，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性，加深學(xué)生對知識的理解、掌握和記憶。這種模式是教師與學(xué)生面對面進(jìn)行知識傳遞，師生之間有情感溝通，教師可以即時獲得學(xué)生的反饋信息，從而及時地調(diào)整教學(xué)方法和教學(xué)進(jìn)度。

4. 3開展網(wǎng)絡(luò)交互式教學(xué)

    利用多媒體技術(shù)的交互性，教師與學(xué)生可以通過攝像頭、話筒等工具直接進(jìn)行雙向交流。教師只是充當(dāng)一個組織者和幫助者，主要進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)，組織和引導(dǎo)學(xué)生的實(shí)踐活動，如教師將信息傳遞給學(xué)生，向?qū)W生提出問題，對學(xué)生的疑難問題提供幫助;學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)向教師反饋信息，同時，學(xué)生之間可以進(jìn)行會話交流、協(xié)商討論，從而達(dá)到協(xié)作學(xué)習(xí)和掌握知識的目的。這種學(xué)習(xí)模式能促進(jìn)學(xué)生主動地進(jìn)行探索式的學(xué)習(xí)，通過自己思考或者在網(wǎng)上尋找信息和答案，徹底改變了學(xué)生被動接受的狀態(tài)，有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造性，提高他們的思維和創(chuàng)造能力。

4. 4進(jìn)行虛擬儀器技術(shù)教學(xué)

    在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中需要使用大量的測量分析儀器，但傳統(tǒng)的電子測量儀器功能單一、成本高、因此嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科研的質(zhì)量與效率。如果在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用虛擬儀器系統(tǒng)，可以由用戶自己定義、自己設(shè)計(jì)儀器，以滿足不同的要求，一臺虛擬儀器可以完成數(shù)臺甚至成套儀器所能完成的全部功能，加之通用性好、易于升級與擴(kuò)展、成本低，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理更加方便快捷，而且便于與其他數(shù)據(jù)分析、文字處理和報(bào)表制作等工具軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

4. 5虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建仿真實(shí)驗(yàn)情景

      環(huán)境對于學(xué)習(xí)的意義是至關(guān)重要的，由于客觀條件的限制，高職學(xué)生學(xué)習(xí)絕大多數(shù)不可能在現(xiàn)實(shí)情境中進(jìn)行，因此利用計(jì)算機(jī)化的情景模擬，可以克服時間和空間的限制，模擬現(xiàn)實(shí)情況下難以完成的任務(wù)，使學(xué)生如臨其境，更加符合高職教育的“現(xiàn)場感強(qiáng)”的要求。

      較低水平的仿真實(shí)驗(yàn)情景可以利用多媒體教學(xué)軟件來平面化實(shí)現(xiàn)，如電子電工虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，學(xué)生可以自主選擇做什么實(shí)驗(yàn)，利用計(jì)算機(jī)提供的實(shí)驗(yàn)器件等連接線路、檢查故障等，并能及時給予提示、糾錯，激勵學(xué)生向廣度、深度發(fā)展。較高水平的仿真試驗(yàn)情景則通過運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在計(jì)算機(jī)上建立虛擬實(shí)驗(yàn)室來模擬現(xiàn)實(shí)情境，利用二維、三維圖像模擬出實(shí)際教學(xué)內(nèi)容，將抽象、微觀、不可見或難以解釋的部分逐步深入講解，使之形象化和直觀化，如機(jī)械部件、模型等。很多代價高、危險(xiǎn)性大或難以實(shí)物操作的實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，如高壓操作過程，可以通過虛擬技術(shù)來模擬實(shí)現(xiàn)。

4. 6開發(fā)遠(yuǎn)程教育教學(xué)

    利用internet和通信衛(wèi)星等來傳送教育信息，學(xué)生通過上網(wǎng)調(diào)用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行學(xué)習(xí)。教師作為信息的提供者，參與編寫教學(xué)課件，并在網(wǎng)上學(xué)習(xí)信息，學(xué)生可以通過internet提供的遠(yuǎn)程登錄服務(wù)、文件傳送服務(wù)、e-mail, bbs以及’www等獲取遠(yuǎn)地教學(xué)資源進(jìn)行學(xué)習(xí)。教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間也可以通過internet提供的服務(wù)(電子郵件或者在線交談等)進(jìn)行問題交流與探討。

    遠(yuǎn)程教育模式可以使學(xué)生超越時空限制，通過瀏覽器以主動探索的方式學(xué)習(xí)，從而在與外界交互的活動中獲得新知識。人們在外地可以通過inter-net進(jìn)人先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)踐操作，這比虛擬實(shí)驗(yàn)更直觀，效果更好。

5關(guān)于高職實(shí)踐教學(xué)的思考

5. 1處理好現(xiàn)代與傳統(tǒng)的關(guān)系

    現(xiàn)代教育技術(shù)同傳統(tǒng)教學(xué)手段是相輔相成、拾遺補(bǔ)缺、協(xié)調(diào)發(fā)展的。在實(shí)踐教學(xué)中，應(yīng)立足高職學(xué)生能力培養(yǎng)的需要，選擇合適的教學(xué)媒體并將相關(guān)教學(xué)媒介進(jìn)行有機(jī)組合，實(shí)行以傳統(tǒng)教學(xué)手段為主、現(xiàn)代教育技術(shù)為輔的形式，使現(xiàn)代教育技術(shù)對傳統(tǒng)教學(xué)手段起補(bǔ)充和輔助作用，不要被多媒體豐富多彩的內(nèi)容、令人炫目的界面所迷惑。

5. 2建立有效的激勵機(jī)制

    運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)搶占當(dāng)代教育改革的制高點(diǎn)，關(guān)鍵因素是教師素質(zhì)。各級教育主管部門要重視專業(yè)師資隊(duì)伍的現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用培訓(xùn)，建立一種長效的培訓(xùn)體系。開展現(xiàn)代教育技術(shù)培訓(xùn)，形成一支具有現(xiàn)代教育意識，掌握現(xiàn)代教育技術(shù)的實(shí)踐教師隊(duì)伍;建立現(xiàn)代教育技術(shù)的使用制度，鼓勵教師運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)手段和教學(xué)方法開展實(shí)踐教學(xué)，通過教學(xué)考評、職稱評聘、獎先評優(yōu)等行之有效的激勵機(jī)制，促進(jìn)現(xiàn)代教育技術(shù)的應(yīng)用。

5. 3營造良好的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境

    大力營造良好的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境，以適應(yīng)實(shí)踐教學(xué)的需求。高校應(yīng)加大對硬件設(shè)備的投資力度，建設(shè)具備產(chǎn)學(xué)研一體化性質(zhì)、學(xué)生實(shí)踐技能培訓(xùn)中心式的校內(nèi)實(shí)踐基地;高校之間建立資源共享平臺，組建高校實(shí)驗(yàn)中心，緩解各自的經(jīng)費(fèi)壓力;和企業(yè)合作，共建校外實(shí)踐基地，讓學(xué)生頂崗實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)，提高學(xué)生就業(yè)競爭能力;同時注重軟件建設(shè)，如各種實(shí)踐課件的開發(fā)與利用、網(wǎng)頁的制作、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的維護(hù)與更新等。

5. 4優(yōu)化產(chǎn)學(xué)研合作教育模式

    校企結(jié)合與產(chǎn)學(xué)研協(xié)調(diào)發(fā)展是使高職教育教學(xué)更加貼近社會，更加適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，也是培養(yǎng)高技術(shù)應(yīng)用型人才目標(biāo)的重要途徑。學(xué)生在項(xiàng)目學(xué)習(xí)操作實(shí)踐中與企業(yè)結(jié)合，培養(yǎng)愛崗敬業(yè)、吃苦奉獻(xiàn)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神，以及質(zhì)量意識，效益意識和競爭意識。這樣，有利于社會的需要確定學(xué)生的培養(yǎng)模式，又有利于把高職院校各專業(yè)的優(yōu)勢和教師的科研實(shí)力推向社會，實(shí)現(xiàn)社會效益和經(jīng)濟(jì)效益共贏的目標(biāo)。

篇10

關(guān)鍵詞:LabVIEW;數(shù)據(jù)采集;可視化

中圖分類號:TP31文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:16723198(2010)01029802

1 可視化數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

本數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)是一個虛擬儀器系統(tǒng),它的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)在激光多光路混頻實(shí)驗(yàn)中對多路光強(qiáng)度、波長、相位信號的采集和處理。由于處理三種信號來自不同的傳感器或設(shè)備反饋,不僅需要進(jìn)行多種設(shè)備的控制,而且要對三種信號之間的時序進(jìn)行協(xié)調(diào),使其實(shí)現(xiàn)同步顯示。本系統(tǒng)的光源選用美國continuum公司生產(chǎn)的ND6000可調(diào)諧染料激光器,光的相位移動采用自制擁有專利技術(shù)的微位移爬行器實(shí)現(xiàn),數(shù)據(jù)采集卡選擇北京阿爾泰科技發(fā)展公司USB2815,軟件開發(fā)平臺用LabVIEW。

1.1 LabVIEW軟件開發(fā)平臺簡介

LabVIEW是一種實(shí)現(xiàn)虛擬儀器技術(shù)的圖形化語言,具有系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡單、構(gòu)建靈活、層次體系明晰等特點(diǎn)。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器,其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣。使用圖形化語言編程時,不用寫程序代碼,取而代之的是流程圖。采用LabVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的開發(fā),可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件,具有編程快速、可讀性強(qiáng),修改方便等功能,而且該軟件通過兩種方式可以實(shí)現(xiàn)外部程序調(diào)用。用“代碼接口節(jié)點(diǎn)”功能實(shí)現(xiàn)對LabVIEW程序的調(diào)用;用“調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點(diǎn)”節(jié)點(diǎn)功能,實(shí)現(xiàn)對動態(tài)鏈接庫函數(shù)“.DLL”后綴文件的調(diào)用。使用LabVIEW進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測試時,可以大大提高工作效率。

1.2 數(shù)據(jù)采集卡USB2815簡介

本文中應(yīng)用的數(shù)據(jù)采集卡為北京阿爾泰科技發(fā)展公司的USB2815。本卡基于USB總線,其主要性能參數(shù)如下:

250KS/s 16位16路 模擬量輸入;

帶DA、DIO等功能;

16位AD精度 250KS/s采樣頻率;

AD緩存:8K字FIFO存儲器;

數(shù)字量輸入/輸出各8路;

該數(shù)據(jù)采集卡提供了采用C、C++、LabVIEW等多種編程語言編寫的庫函數(shù),方便使用者編程時調(diào)用。

1.3 染料激光器和微位移爬行器簡介

1.3.1 染料激光器

ND6000染料激光器用來產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)需要的波長連續(xù)可調(diào)的激光。在實(shí)驗(yàn)過程中,通過計(jì)算機(jī)對激光器進(jìn)行控制,激光器反饋給計(jì)算機(jī)波長數(shù)據(jù)。染料激光器硬件部分主要分三部分:光學(xué)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和輸入輸出系統(tǒng)。

光學(xué)系統(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動系統(tǒng)、保護(hù)開關(guān)、正弦驅(qū)動絲桿及回位飛輪三部分組成。其中步進(jìn)電機(jī)負(fù)責(zé)精確改變光學(xué)腔的長度來改變激光器的波長,保護(hù)開關(guān)負(fù)責(zé)保證步進(jìn)電機(jī)不要移動超出界限,當(dāng)其超出時會觸動保護(hù)開關(guān)切斷步進(jìn)電機(jī)的電源,正弦驅(qū)動絲桿及回位飛輪負(fù)責(zé)配合步進(jìn)電機(jī)的移動并保證精確性。

在激光器中有自帶的控制模塊并支持串口通信,因此可以實(shí)現(xiàn)可編程操作,不僅可以用自帶的控制軟件控制激光器工作,也可自編程序?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的控制。

輸入輸出系統(tǒng)是指電腦鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器和染料激光器上的工作觸發(fā)口。

1.3.2 微位移爬行器

微位移器的運(yùn)動是由三個PZT模塊一系列順序的動作生成。如圖1所示為微位移爬行器移動一步的過程。最外面的兩個PZT模塊(圖1中1和3)扮演著夾具的角色。中間的PZT模塊(圖1中2)在電壓的作用下沿著電機(jī)的軸做伸縮運(yùn)動。盡管三個PZT模塊是獨(dú)立工作的,但是卻是連為一體的整體。

當(dāng)對PZT模塊1加電壓,它夾緊軸。然后對PZT模塊2加一變化速率一定的階梯狀電壓,引起其產(chǎn)生不連續(xù)的納米量級形變。模塊2完成形變后,對PZT模塊3加一電壓,使其夾緊軸。然后去掉PZT模塊1上的電壓,使其釋放軸。梯狀電壓開始向下直到達(dá)到它的最低值,使模塊2恢復(fù)形變前狀態(tài),完成一個循環(huán),即一步,如圖1顯示過程。

1.4 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

Labview可以將大程序分解為多個子程序,稱為子VI。每個子VI實(shí)現(xiàn)一個小功能,最后用一個主程序?qū)崿F(xiàn)對每個子VI的調(diào)用,形成最后的控制程序。

各控制部分如圖2所示,單獨(dú)進(jìn)行自控制程序編寫,通過主控制程序進(jìn)行調(diào)用,實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制。

1.4.1 激光器控制和反饋信號采集

激光器采用固定格式的命令進(jìn)行控制和參數(shù)設(shè)定,并對掃描開始和結(jié)束動作進(jìn)行反饋。對激光器寫入字母和數(shù)字混合的字符串,激光器的掃描開始和結(jié)束動作以脈沖的形式進(jìn)行反饋。為了實(shí)現(xiàn)對激光器的控制,我們采用了軟件自帶Basic Serial Write and read.VI子程序并對其進(jìn)行簡單修改,就可實(shí)現(xiàn)對激光器命令的寫入。

1.4.2 微位移爬行器控制的實(shí)現(xiàn)

我們通過在常溫(25°)下反復(fù)測量爬行器一萬步前進(jìn)和后退位移距離,精確計(jì)算出爬行器前進(jìn)和后退的步進(jìn)距離。通過將圖1所以得循環(huán)過程程序化,編寫微位移爬行器控制子VI,實(shí)現(xiàn)對微位移爬行器的控制。

1.4.3 數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)

我們通過Labview的調(diào)用動態(tài)鏈接庫方式(DLF),調(diào)用數(shù)據(jù)采集卡的動態(tài)鏈接庫,編寫數(shù)據(jù)采集卡初始化子VI,實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集卡采樣頻率、增益等參數(shù)的設(shè)置;編寫數(shù)據(jù)采集卡寫入命令子VI,實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集卡連接的激光器和信號采集傳感控制命令寫入和參數(shù)設(shè)定;編寫數(shù)據(jù)采集卡讀取數(shù)據(jù)子VI,實(shí)現(xiàn)對激光器和傳感器反饋信號的實(shí)時讀取和判斷。

利用激光器產(chǎn)生波長連續(xù)可調(diào)的特點(diǎn),用波長信號作為參照,將通過數(shù)據(jù)采集卡得到的波長、相位和光強(qiáng)三者信號進(jìn)行同步,得到波長―光強(qiáng)圖,或者相位―光強(qiáng)圖,方便實(shí)驗(yàn)分析。也可以建立矩陣數(shù)組,顯示為三維曲面圖。

2 結(jié)論

通過對Labview軟件在激光器控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)顯示方面的應(yīng)用研究可見, Labview是一款非常好的圖形編程軟件和虛擬實(shí)驗(yàn)平臺軟件,能夠快速實(shí)現(xiàn)可視化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的創(chuàng)建,相信隨著學(xué)習(xí)的深入,會對今后的研究工作帶來更大的幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]白煒.基于LabVIEW的激光器實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)開發(fā)以及實(shí)時顯示與3D顯示[D].西安交通大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文,2009.