基于LabVIEW的示波器教学方法研究与探索
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摘要：该文针对学生难以掌握示波器使用方法的现象，对比传统的示波器教学模式，提出了Powerpoint课件和虚拟示波器课件配合使用的教学方法，使学生可以更加直观、生动的学习示波器，并解决了示波器不能带出实验室练习的问题。文中介绍了利用Lab VIEW设计虚拟示波器的原理及用法，指出虚拟仪器的设计为实验教学打开一个新的发展方向。
关键词：LabVIEW；虚拟示波器；实验教学
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)12-2791-02
Research and Exploration in Oscillograph Teaching Method Based on LabVIEW
ZHANG Jia
(Jiangsu University of Science and Technology, Nanxu College Eletrical & Electronic Laboratory,Zhenjiang 212004,China)
Abstract: Nowadays many students are difficult to grasp the usage of oscillograph, In view of this situation,compared with the traditional teaching mode, the article prposed a teaching method that combined with PPT courseware and virtual oscillograph,it can make students study more visually and more vividly,solve the problem that students can’t practice oscillograph out of the laboratory.The article intruduces the principle and usage of virtual oscillograph that designed by LabVIEW, points out that the virtual instrument design opens a new devel opment direction for experiment teaching.
Key words: LabVIEW; Virtual oscillograph; Experiment teaching
示波器是电类专业学生必须掌握的一项非常重要的测量仪器，在物理实验和各类电路实验中，需要多次运用示波器进行测量。然而，在实验教学中，学生对于示波器的使用，总是很难掌握。特别表现在对示波器上的按键、旋钮功能不清，在开机后发现无波形就无从下手等这些情况。通过对这些现象的分析以及和学生的沟通，发现其主要原因在于示波器上的按键较多，而且都以英文为标识，很多学生不能根据标识立刻反应出这个按键的功能，而且学生在课堂之外也不能将仪器带出实验室进行复习巩固，所以掌握起来有一定的难度。针对以上现象，该文对传统的示波器教学方法进行改进，将虚拟仪器技术融入实验教学中，以便达到更好的教学效果。
1教学方法的改进[1-2]
传统的示波器教学模式为：课堂上先由教师用课件对示波器进行讲解，然后在实验课中让学生自己操作练习。传统的教学模式存在一定的局限性。例如，目前大部分教师都是用Powerpoint来制作课件，虽然Powerpoint有简单的动画功能，但是动画单一，交互功能不强，对于教授实验仪器的操作不够灵活生动；其次，学生在课堂上练习时间有限，课后无法将仪器带出实验室进行练习。
针对以上局限性，该文用课件、示波器仪器、虚拟仪器三者结合的教学方法进行弥补。
课件主要用于示波器的外型，按键、旋钮的功能以及示波器的用法的介绍。在仪器的操作练习上，除了让学生在课内时间能够操作练习，在课外还尽量增加实验室的开放时间，让学生有更多的时间可以过来练习。同时，还开设了和示波器相关的课程设计及开放选修等课程，增加了学生对示波器原理的理解。在虚拟仪器方面，用LabVIEW语言根据实际示波器设计完全仿真的虚拟示波器进行教学。引入虚拟仪器技术是本次教学改革最大的创新点。
2软件的选择
经过分析和比较，这次的示波器课件准备由两部分组成。第一部分是常用的PowerPoint课件；第二部分是用LabVIEW软件设计的虚拟示波器课件。
首先分析一下以下几种课件形式的优缺点。
1）Powerpoint是目前教学中最常用的课件形式。PowerPoint的优点在于界面友好、易学易用。其缺点是动画单一，同时交互功能不强，因此PowerPoint适用于制作对交互功能要求不高的演示文稿。
2）视频形式。由教师亲自操作实验仪器，完成实验内容，用摄像机将实验的全过程真实地记录下来。这种实验课件的特点是，真实性强，可以让学生了解到实验的真实情景；其缺点是，它的制作过程较复杂，且视频文件较大，不便于传播。
3）Flash形式。使用Flas制作课件虽然具有很多优点，但画面主要由人工制作，需要具备较好的美术功底。针对一些仪器的画面，FLASH很难做到真实的效果，而且可操作的交互性很有局限。
4）LabVIEW[3]。LabVIEW是NI公司推出的一门图形化编程语言，同时也是著名的虚拟仪器开发平台。使用LabVIEW设计虚拟示波器课件的优点如下：LabVIEW使用图形化编程，界面友好，容易入门；本课件的设计对象具有很多的旋钮、按键等立体图形，而且需要专业的波形显示，由于LabVIEW有着“软件即仪器”的理念，即可以根据用户需要，通过软件图库、各种函数发生器、语言编程等，设计仪器的外观及功能；使用LabVIEW设计的虚拟示波器在操作上具有很好的交互性。
通过上述比较，本课题决定选择Powerpoint和LabVIEW配合使用。第一部分的幻灯片注重理论功能的讲解，主要通过文字和图片的形式，分别介绍示波器的原理、外型、按键、旋钮的功能以及示波器的使用方法。第二部分LabVIEW设计的虚拟示波器注重操作练习。使用时，边讲解理论，边操作练习，可以相互促进，加深学习的印象，不断提高学生在实际动手中示波器的应用能力。
3课件的设计
3.1 Powerpoint课件的设计
Powerpoint课件的设计分三部分，示波器的外型，按键、旋钮的功能以及示波器的用法。外型的介绍主要由图片来完成。在按键和旋钮功能的介绍上，首先将英文标识翻译成中文，并逐条介绍其功能，然后通过正面面板的图片，动态的将功能介绍的文字对应到示波器每个按键和旋钮的位置上。在功能介绍方面，应该有选择性的着重强调学生经常会使用到的按键和旋钮，而不应该每个按键都介绍地非常详细，文字上应注意深入浅出，将说明书上的书面说明转换成学生比较容易理解的语句表达出来，帮助学生接受和掌握。在示波器的用法介绍上，通过PowerPoint自带的一些小动画形式，用图片生动的演示出来。通过学习幻灯片的内容，学生能够直观的熟悉示波器的外型，了解每一个按键、旋钮的功能及用法，学会示波器的基本使用方法。
虚拟示波器的设计分两方面，一是面板设计，二是原理设计。
本课件中，面板完全按照真实示波器的外形进行设计。通过观察真实示波器的面版，在LabVIEW所提供的用于前面版设计的控制量和显示量中，选择最相近的旋钮和按键开关，修改其属性，构造出功能强大且真实的程序界面。图1为虚拟示波器双踪显示图。
图1虚拟示波器双踪显示图
由图1可知，虚拟示波器面板上的操作旋钮和按键与真实示波器基本一致，学生通过对虚拟示波器的练习，完全可以掌握真实示波器的操作方法。
本课题中基于LabVIEW的虚拟示波器并不是按照示波器的真实原理进行设计的，而是根据示波器的操作现象，利用LabVIEW中各种函数发生器和逻辑运算程序完成的。图1中的正弦波和锯齿波都是用LabVIEW自带的函数发生器输入的。如果按照示波器的原理进行设计，花费的时间和精力都比较多，而这种根据操作现象进行设计的方法大大缩短了设计时间和设计难度，却能达到同样的实验教学效果。对于一些不常用的按键，也可以进行选择性的删减，进一步简化了设计流程。
4结束语
使用LabVIEW制作虚拟示波器课件对示波器实验教学是一种新的尝试。在教学上，教师可以更直观，生动的将示波器演示给学生看，提高学生的学习兴趣；在课堂之外，学生可以自己在电脑上利用虚拟示波器进行操作和练习，大大增加了学习的自主性和灵活性，解决了示波器不能带出实验室练习的问题。所以，将Powerpoint课件和虚拟示波器课件配合使用，可以同时兼顾理论和操作的学习，使实验教学方法得到进一步完善。此外，还可以用LabVIEW根据不同的实验需求，制作各种虚拟仪器，例如虚拟信号发生器、虚拟实验箱等，让学生在课堂内外都可以进行仪器的使用练习，为实验教学打开一个新的发展方向。
参考文献:
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