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虚拟仪器的电子技术演示实验应用

摘要:随着经济与科技的不断发展,教育已经成为了当前社会最为重视的问题之一。近几年信息技术进步飞快,电子技术演示实验的应用率越来越高。本篇文章将阐述当前电子技术演示存在的不足,探讨基于虚拟仪器的电子技术演示实验,并列举具体案例进行详细分析。

关键词:虚拟仪器;演示实验;多媒体

引言

电子技术本身是一门具有较强实践性的课程,在实际教学的过程中往往有大量实验教学。这其中应用价值最强的便是演示实验,对于学生的学习兴趣和积极性的激发有着非常重要的影响。为此,教师理应针对这一方面进行深入研究,在了解其不足的基础上对其不断改进。

一、电子技术演示存在的不足

(一)实物演示的方式

实物演示方法是最为传统的一种方法,同时也是最具说服力的方法,学生们能够直接观察到最原始的实验结果。但是,由于电子技术实验需要使用大量实验仪器,且这些仪器非常笨重,不便于搬运,同时由于显示器过小,实验观察难度较大。

(二)视频演示的方式

视频演示主要依靠教师提前录制好的视频配合相应的解说以及字幕,之后通过多媒体设备在课堂中进行播放。这种实验方式本身观察效果较强,同时也具有较强的真实性。但是实验操作的灵活性较差,教师无法掌控全局。

(三)CAI课件演示的方式

CAI课件演示主要依靠多媒体工具将具体实验过程做成相关课件,并由教师在课堂中进行播放。这种方式的表现形式与视频演示的方式十分接近,知识实验本身过于抽象化和理想化,缺乏一定的可信度。

(四)计算机仿真演示的方式

模拟仿真主要依靠相关软件代替原编号实验的具体操作,能够对实验的各个环节进行模仿和确定,拓宽了原本实验教学的思路。但是尽管其已经具备了足够的仿真度,但是仍然无法达到具体实验的效果[1]。

二、基于虚拟仪器的电子技术演示实验

(一)虚拟仪器的概念

所谓虚拟仪器,主要是指在传统以电脑作为主要核心的硬件平台上,按照用户自身的设定所形成的全新仪器系统,里面包括虚拟仪器面板以及测试功能。这其中,“虚拟”的概念主要是指仪器面板本身以及依靠软件完成仪器的测量工作。在某种程度上可以说,虚拟仪器的技术中将电脑本身的软硬件资源全部发挥了出来,并将相关软件作为基础平台,在挡墙电脑屏幕中虚拟出与仪器本身十分类似的显示面板。使用者可以依靠键盘以及鼠标的方式对其进行操作,调整开关和旋钮,完成仪器虚拟运行的工作,同时还能了解仪器目前的使用状态,并对之前的实验结果进行读取。基本上虚拟仪器能够完成传统仪器中的所有功能,从某种意义上可以将其称之为传统仪器的模块化以及软件化表现[2]。

(二)基于虚拟仪器的演示实验系统

现如今最为常用的演示实验系统主要为NIELVIS,其主要将原本LabVIEW编程作为基础,将实验中常用的仪器功能进行集成。因此,NIELVIS可以算是一种多功能数据采集的设备,内部主要是一个完全自定义的工作台,在其上方有一个实验面板。一般而言,其主要功能为信号的分析、数字万用表、信号源、定时以及直流电源。从上述可以发现,虚拟仪器系统可以将传统实验中的大部分功能完全代替,并完成电子技术课程的绝大多数实验演示。不仅如此,还可以对原有功能进行拓展,从而满足更多不同实验的具体需求。在实际教学的过程中,当教师需要进行实验的时候,可以先将NIELVIS安装在电脑的PCI插槽位置,之后再进行线路的搭建工作,并完成具体实验的操作。如此一来,只需要将实验演示的内容投到教室的大屏幕上,学生们便能够清晰地观察整个实验的所有操作以及实验结果,促使实验的演示效果进一步提升。而且由于电路本身有实验元件直接搭建,使得实验的可信度也得到了相应的提升。

三、电子技术演示实验应用的具体案例

本次案例的课程选取的实验内容为反向放大电路实验,以此对利用虚拟仪器技术进行实验教学演示进行详细说明。在实验开始之前,教师可以先向学生们播放多媒体视频,促使学生们对于本次实验所需要使用的元器件有所了解。本次实验所需要用到的元器件为741运算放大器、10千欧的电阻R1、100千欧的电阻RF以及若干导线。当元器件全部展示完毕之后,教师可以安排一名学生在虚拟仪器面板上进行电路的搭建工作,具体过程可以利用视频的方式进行展现,促使学生们能够观察到搭建的所有操作内容。电路内部的输入信号往往由虚拟信号的发生器产生出来,所以可以用导线将其中一端与工作台的“FGENFUNC_OUT”的引脚位置进行连接,而另一端则需要与“GROUND”相连接。同时,输出端则需要与“ACH0”相连接,以此当做虚拟示波器的主要输入信号,并将另一端与“GROUND”相连接。在进行实验的过程中,首先需要打开工作面板,利用鼠标对信号发生器进行调整,将其调到1kHZ的正弦波,而实际幅度可以调整到200mV。之后可以将示波器的面板打开,并开启CHA以及CHB两条通道,将第一个的“Source”设置为“ACH0”,而第二个的“Source”需要设置为“FGENFUNC_OUT”。如此一来,CHA主要负责信号的具体输出工作,而CHB则主要负责信号的输入工作。此时可以对其输出的波形颜色进行调整,从而能够对其予以区别。此时具体输入电压的数值为200mV,实际输出的电压为2V,所以反相放大器的具体放大倍数可以达到10倍左右,同时波形的具体相位差距则达到了180度左右。这一结果与理论中提出的要求基本上相吻合。从该实验能够发现,依靠虚拟仪器替换传统的工作仪器,方便了课前准备操作,教师不再需要提前将种类繁多且非常笨重的仪器带入教室,减轻了工作量。另外,由于虚拟仪器的内部显示面板全部集中在显示器中,教师便可以利用多媒体将具体实验操作以及实验结果的数据资料传到大屏幕上,增加了实验效果的可见性。不仅如此,由于电脑本身具备较强的储存功能,可以将具体实验现象保存到电脑之中,当进行课堂复习以及知识巩固的时候,能够将其随时调出来进行观看。如此一来,学生们的学习积极性大幅度提高,课堂教学的质量也随之提升。

四、结束语

综上所述,虚拟仪器在当前电子技术课程中有着较强的应用价值,能够模拟绝大多数实验内容。因此教师们应该对其继续研究,并予以推广。

参考文献:

[1]李文联.虚拟仪器在电子技术演示实验中的应用[J].实验室研究与探索,2015,23(1):20-22.

[2]范蕴秋.电子技术演示实验中虚拟仪器的应用研究[J].电子技术与软件工程,2016(20):184-185.

作者:刘术平 李虹燃 单位:重庆市科能高级技工学校

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