虛擬儀器技術及其在遠程教學中的應用

虛擬儀器技術及其在遠程教學中的應用
 摘  要：虛擬儀器是多媒體計算機的一個重要應用領域，是多學科交叉、滲透的產物，其中濃縮了許多高、精、尖的科學技術。如何利用虛擬儀器技術構建遠程虛擬實驗室系統並有效應用於教學中，是現代遠距離教育一個新興的研究方向。
 關鍵詞：虛擬儀器技術、遠程教學、遠程虛擬實驗室
 
 隨着科學技術的迅猛發展，新的教學媒體不斷涌現，繼多媒體技術、虛擬現實技術之後，教學技術領域又出現了一個新型媒體，它就是虛擬儀器技術(Virtual Instrument——VI)。虛擬儀器技術是虛擬現實在儀器儀表領域中的一個重要應用，它是以多媒體計算機爲基礎，使用圖形界面編程技術，模擬實際儀器的面板、功能和操作，從而生成完成各種任務的專用儀器。
 近年來隨着網絡的普及，遠程教學以一種全新的教學方式越來越受歡迎。由於課程實驗是學習課程的基礎，因此如何在遠程教學中實現實驗教學成爲近年來的研究熱點，遠程虛擬實驗室較好地解決了這個問題，它能夠使學生在互聯網上通過實驗室平臺更加深入地學習相關專業課程。
 一、虛擬儀器技術概述
 虛似儀器及其系統是測控技術與計算機技術相結合的產物，它從根本上更新了儀器的概念，並且在實際應用中表現出許多傳統儀器無法比擬的優勢，例如：具有資源共享性，造價低廉，易實現，易擴展升級，並且儀器功能可由用戶自定義等優點。
 在實驗教學中，採用遠程虛擬實驗室不但可以節約大量的經費投入，能夠提高教學科研的質量與效率，而且，虛擬儀器可由用戶自己定義功能，又不怕損壞，這在很大程度上調動了教師和學生的實驗積極性，可以實現更大範圍的資源共享，學生隨時隨地都能進行實驗操作。
 二、虛擬儀器技術在遠程教學中的應用
 虛擬儀器技術能夠爲學生提供生動、逼真的實驗學習環境，使他們能夠成爲遠程虛擬實驗室的一名參與者，在虛擬實驗中扮演一個角色，這對調動學生的學習積極性，突破教學的重點、難點，培養學生的技能都將起到積極的作用。
 1.基於日益發展的`計算機技術，使實驗具備先進性和精確性
 要使得學生能夠接觸到前沿的科學知識，就必須提供先進的實驗儀器幫助學生學習和理解。如何在現有基礎上提升實驗儀器性能，在不增加或增加少量開支的基礎上使實驗儀器在精確性、靈敏度、可測範圍等方面有一個大的飛躍，讓先進的實驗內容走進實驗教學課堂是擺在從事實驗課程教學的教育者面前的一個難題。遠程虛擬實驗室充分利用了最先進的計算機技術來提升和完善實驗儀器的性能，具備精確性和科學性， 同時使用成本又相對低廉，這爲前沿科學知識走進實驗教學課堂提供了基本卻是非常重要的條件。
 2.軟硬件結合，功能模塊重組配置，具備靈活性和開放性
 遠程虛擬實驗室包括兩大部分: 硬件和軟件，硬件是儀器的基礎，軟件是儀器的靈魂，軟硬件結合的方式使得儀器功能易於增減和修改，改變了以前儀器功能固化在硬件上無法升級的缺點。
 在實驗課程教學中，引入先進的教學內容、開發新的實驗項目、開設學生自學基地等都需要完備的實驗平臺作爲基礎。目前的實驗教學設備一直存在着易損壞、功能單一、重複利用率低等問題，遠程虛擬實驗室採用軟硬件結合、功能模塊重組配置的方法，大大提升了實驗儀器設備的功能和重複利用率，增強了實驗課程教學平臺的可擴展性。
 3.網絡傳輸和遠程控制，具備時間和空間可擴展性
 運用虛擬儀器軟件，如LabVIEW 自帶的網絡發佈功能，可將 Internet 與虛擬儀器結合起來，通過網絡來傳輸數據和控制儀器，從而實現異地實時操作，使得實驗項目的進行具備了時間和空間的擴展性。
 在遠程虛擬實驗室裏，學生可以在個人電腦上安裝虛擬儀器軟件，即可以基於網絡的遠程操作和實驗儀器控制，以及實時真實的數據傳輸，如同實地操作實驗儀器一樣方便靈活，同時由於教師或設計者事先定義了虛擬儀器的功能和實驗步驟，可以有效地幫助學生完成預定的教學目標。從這個意義上說，虛擬儀器技術在實驗教學上的應用是實驗課程遠程教育發展的突破點和轉折點。
 三、結語
 目前，儘管虛擬儀器系統的硬件設備還比較昂貴，虛擬儀器技術尚未能普及。但是，隨着技術的不斷髮展和完善，以及硬件價格的不斷降低，虛擬儀器作爲一個新型的遠教媒體，以其自身強大的教學優勢和潛力，將會逐漸受到遠教工作者的重視和青睞，最終得到廣泛應用併發揮其重要作用, 並以其獨特的優勢成爲今後遠程虛擬實驗室建設的重要方向。

參考文獻：
[1]彭暉,王宇棟,遠程虛擬教學實驗室設計[J].湘潭師範學院學報(自然科學版),2003,(12).
[2]羅貴娥,楊欣榮等,虛擬儀器技術在教學上的應用[J].電氣電子教學學報,2002,(12).
[3]鄧英,李琨,呂遊,基於www的網絡遠程教學環境的研究與設計[J].四川工業學院學報,2002,(21).