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1現代多媒體技術在測儀實驗教學中的應用
進入21世紀,現代高新技術發展日新月異,這些技術為提高高等教育質量,改善高校科研教學方法提供了契機,多媒體技術應用于實驗教學即是很好的實踐[4-5]。在傳統教學模式的基礎上充分發揮計算機技術的作用已成為教育教學發展的趨勢和潮流。眾所周知,計算機具有強大的計算能力、存儲能力、多媒體展示及動畫功能,將各種數值、文字、聲音、圖像和動畫有機結合,它的表現形式靈活多樣、形象生動、重點突出且具有很好的趣味性和視覺效果,將其用于學生教學可以收到事半功倍的效果。目前測儀專業課程的實驗教學仍然是以傳統教學模式為主,多媒體實驗教學較少,某些課程即使采用多媒體,也往往以文字類多媒體居多,教學重點難點無法演示,更不用說運用形象直觀的動畫軟件進行教學,影響教學效果和教學質量。如測儀專業精密測量技術課程,該課程介紹精密測量理論和技術,理論知識抽象難懂,各種大型光學精密測量儀器原理和使用方法復雜,學生掌握起來很困難,實踐應用效果不佳,鑒于這種情況,為提高教育質量,我校對該課程的實驗教學手段進行了改革,在公差理論和實驗教學中,結合教師豐富的教學實踐經驗,充分發揮計算機多媒體技術易于理解、易于操作、低成本可重復的優勢,將該課程中復雜抽象、難以理解的測量方法以及大型光學精密測量儀器的使用方法用Flash動畫的方式模擬出來。例如,采用數字式萬能工具顯微鏡測量外螺紋參數以及用干涉顯微鏡測量表面粗糙度等實驗。在過去的實驗教學中,該實驗需要進行分組,而且設備臺套數也不足,學生不能同時觀察,而且無法清楚地了解顯微鏡視場的變化情況。改革后,通過將開發的實驗項目多媒體課件為學生展示,這類制約學生學習的問題迎刃而解,同時也避免了過去需要教師采用平面掛圖說明的缺點,加強了實驗教學的直觀性和真實感,教學實踐表明,這種方法使學生的理解能力和動手能力得到很好的提高。
2虛擬儀器在測儀實驗教學中的應用
虛擬儀器是伴隨著計算機和微電子技術的發展而出現的一種新型儀器,它與傳統意義的儀器有著巨大的不同,它是一種具有圖形化的虛擬操作面板、功能實現后臺程序、可滿足用戶自定義自設計、以計算機為核心的軟件儀器平臺。它由計算機、LabVIEW軟件、數據采集卡等硬件接口模塊所組成。該系統的核心是由美國國家儀器公司開發的LabVIEW軟件平臺,輔助硬件僅僅是為解決信號的輸入輸出問題。使用者在該軟件平臺上可任意開發自己所需要的儀器去實現自身特定的功能,開發完成的儀器只需用鼠標或鍵盤控制虛擬前面板,與操作傳統測量儀器并無二致。故而,虛擬儀器的實質是利用計算機顯示器的顯示功能來模擬傳統儀器的控制面板,以多種形式表達輸出測量結果,利用計算機強大的軟件功能實現信號數據的運算、分析和處理,利用I/0接口設備完成信號的采集、測量和調理,從而完成各種測試功能的一種計算機儀器系統。眾所周知,傳統意義的實驗室中放置有各種各樣的儀器設備,來滿足不同的實驗和科研需求。因此,實驗設備的短缺和昂貴的購置經費制約了教學和科研的發展,虛擬儀器的出現則全面解決了這類問題。基于虛擬儀器的優點,采用LabVIEW7.0虛擬儀器技術開發了虛擬儀器實驗室,該實驗室能夠提供長度測量、信號產生和濾波、輪廓測量、數據分析處理等傳統實驗設備需提供的各種功能。通過使用虛擬儀器系統,不僅傳統實驗的方法和手段能夠使學生系統直觀的理解和掌握,而且能夠彌補某些儀器的缺失對學生學習造成的影響。實踐表明,在實驗教學中引入虛擬儀器技術,不僅提高教學科研的質量與效率,而且節省了購置精密儀器設備的巨額經費投入。學生通過虛擬儀器在學習專業技術的同時也能夠熟練使用計算機,從而以一個更高的起點面對未來。
3Matlab在測儀專業實驗教學中的應用
在眾多的數學軟件中,Matlab是應用最為廣泛的一種,它由matrix和laboratory兩個詞組合而成,含意是矩陣實驗室。它是當今世界最先進、最全面、功能最強大的科學計算工具軟件之一,它強大的計算和處理功能被世界的科技研究人員廣泛的采納。它具有的可視化、交互式程序設計的計算環境將信號處理、矩陣運算、數值分析、非線性動態系統的建模、有限元和控制系統仿真等許多功能集成在一個易于使用的視窗中,它擺脫了傳統非交互式程序設計語言的編輯模式,編程者可以方便地利用它去開發和實驗自己的計算需要,它代表著當今國際科學計算軟件的先進水平。對于測儀專業學生來說,主要學習測量和控制方面的知識,這一過程中會有大量的實驗數據進行處理和分析,傳統方式往往是學生通過人工分析、計算和處理,然后將處理后的數據繪制成圖和表格,這種方法不僅極大的占用學生的時間,而且學生容易出現這樣那樣的錯誤,同時因人工計算能力的限制,很多實驗現象不能直觀有效的表現出來。而利用Matlab軟件中相關工具箱,學生不僅能夠快速地將大量的實驗數據進行分析、處理,而且可以通過Matlab的繪圖功能把結果直觀的表現出來。借助Matlab這種強大的功能,學生可以快速靈活的學好自己的專業知識,也可以掌握這種世界通用的數學分析計算工具,為他們以后進一步深造打下一個良好的基礎。
4結論
通過上述將現代教育手段應用于我校測儀專業的實驗教學,且經教育教學實踐表明,現代教育手段的使用不僅極大地解決了實驗設備購置經費投入不足的問題,而且豐富了教學手段,緊跟教育技術發展潮流,學生的實踐動手能力和科技創新能力得到了明顯加強,這些在測儀專業學生的畢業設計和挑戰杯等學科競賽中得到了很好的體現和證明。然而,創新沒有止境,技術的發展也日新月異,高校作為創新人才培養的主戰場,對教育教學手段的革新也永無止境。實驗教學的改革是一個系統工程,要使實驗教學能夠符合人才培養的目標,順應社會對人才的需求,需要教師在實驗教學過程中勇于探索和創新教育教學方法,這樣才能更好地培養出優秀人才,滿足國民經濟的需要。學生系統直觀的理解和掌握,而且能夠彌補某些儀器的缺失對學生學習造成的影響。實踐表明,在實驗教學中引入虛擬儀器技術,不僅提高教學科研的質量與效率,而且節省了購置精密儀器設備的巨額經費投入。學生通過虛擬儀器在學習專業技術的同時也能夠熟練使用計算機,從而以一個更高的起點面對未來。
作者:毛璽李云峰徐巧玉蔡海潮單位:河南科技大學機電工程學院