虛擬儀器技術(Virtual instrument)就是利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。自1986年問世以來，世界各國的工程師和科學家們都已將NI LabVIEW圖形化開發(fā)工具用于產(chǎn)品設計周期的各個環(huán)節(jié)，從而改善了產(chǎn)品質量、縮短了產(chǎn)品投放市場的時間，并提高了產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)效率。使用集成化的虛擬儀器環(huán)境與現(xiàn)實世界的信號相連，分析數(shù)據(jù)以獲取實用信息，共享信息成果，有助于在較大范圍內提高生產(chǎn)效率。虛擬儀器提供的各種工具能滿足我們任何項目需要。以下是學習啦小編今天為大家精心準備的：談小學科學教學中虛擬儀器的應用相關論文。內容僅供參考，歡迎閱讀!

　　談小學科學教學中虛擬儀器的應用全文如下：

　　【摘 要】虛擬儀器是計算機自動化測控技術發(fā)展的產(chǎn)物，它不僅在工業(yè)過程中有廣泛的應用，在小學教學尤其是科學實驗課堂中也具有良好的應用前景。學校教育的宗旨是為培養(yǎng)有創(chuàng)新能力的優(yōu)秀人才。但在目前教育形式下，由于教學實驗設備周期及資金投入有限，學校教育還未實現(xiàn)最終目的。虛擬儀器在教學中的應用，改善了傳統(tǒng)的實驗教學方法，有效地強化了實驗教學的效果。

　　引言

　　學校教育是為不斷進步的社會培育人力資源的重要模式。教育宗旨是為現(xiàn)代企業(yè)輸送具備“信息素養(yǎng)”、能以信息技術改造傳統(tǒng)工業(yè)、進行技術創(chuàng)新和高新技術引入的綜合性人才。創(chuàng)新精神與創(chuàng)造性實踐能力是教育的關鍵。實踐教學是能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，是人才培養(yǎng)質量的重要保證?，F(xiàn)實中，基于教學儀器設備使用周期及資金投入所限，校園實驗室配置大多滯后于當前先進科技。實驗條件的改善是人才培養(yǎng)所面臨的主要問題。計算機科學與微電子技術的發(fā)展，為現(xiàn)代化實驗室建設提供了可行性。虛擬儀器技術的引入從根本上解決了實驗室建設巨額投資與儀器設備使用周期所帶來的滯后效應，對改善小學實驗教學條件及效果會起到事半功倍的作用。

　　一、 虛擬儀器的產(chǎn)生與內容

　　在對集成化、數(shù)字化、智能化電子儀器需求越來越迫切的形勢下，計算機技術、儀器技術和通訊技術相結合，產(chǎn)生了具有里程碑意義的新一代儀器――虛擬儀器。虛擬儀器其基本思想是利用計算機管理儀器，組織儀器系統(tǒng)，將傳統(tǒng)儀器中某些硬件電路由軟件實現(xiàn)，進而逐步代替儀器完成某些功能，如數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和儲存等。即實現(xiàn)軟件代替硬件。

　　回顧電子儀器的發(fā)展大約經(jīng)歷了4代：模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能儀器和虛擬儀器。模擬儀器基本結構為電磁機械式;數(shù)字化儀器以數(shù)字形式顯示輸出結果;智能儀器內嵌微處理器，既能自動測試又有一定的數(shù)據(jù)處理功能;虛擬儀器是現(xiàn)代計算機技術、通信技術和測量技術相結合的產(chǎn)物。虛擬儀器利用計算機的圖形能力和數(shù)值處理功能，建立圖形化的虛擬儀器面板，在屏幕上虛擬出與傳統(tǒng)儀器相似的顯示面板，用戶通過操作這臺計算機，就像操作一臺自己專門設計的傳統(tǒng)電子儀器一樣。它打破了儀器功能只能由生產(chǎn)廠家定義、用戶無法改變的模式，虛擬儀器還可跟計算機同步發(fā)展，不斷升級自身功能，特別適合教學、科研與生產(chǎn)制造部門，是儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。

　　虛擬儀器歸納起來包括硬件系統(tǒng)(如圖1)和應用軟件系統(tǒng)兩大部分。

　　虛擬儀器核心思想是把本來需要硬件或電路實現(xiàn)的技術軟件化、虛擬化，最大限度地降低系統(tǒng)成本，增強系統(tǒng)功能與靈活性。虛擬儀器軟件包括從低層到高層的三部分，如圖2所示。

　　虛擬儀器是計算機自動測控技術發(fā)展的產(chǎn)物，它不僅在工業(yè)過程中有廣泛的應用，在普教中也具有良好的應用前景。重點是對小學科學實驗的開發(fā)與應用。小學教師可以在NI LabVIEW的幫助下，通過指導學生進行實際操作，向學生生動地展示科學、技術、工程以及教學方面的概念和理論。LabVIEW可以輕松快速的搭建起數(shù)據(jù)錄入、機器人驅動或者分析信息的程序。最新推出的LabVIEW由NI公司與塔夫茨大學工程教育與實踐中心聯(lián)合開發(fā)。

　　二、 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較

　　由于虛擬儀器建立在有限的硬件基礎上，通過軟件實現(xiàn)儀器的各種功能，在某些方面與傳統(tǒng)儀器有明顯的區(qū)別，詳見表1。

　　與傳統(tǒng)儀器比較，虛擬儀器所具有的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

　　(1)智能化程度高，處理能力強。

　　高性能處理器、高分辨率顯示器、大容量硬盤存儲器和豐富的軟件資源，這些配置突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示和存儲方面的限制，極大增強了儀器的功能，特別是數(shù)據(jù)分析、圖形顯示等更受到使用者的青睞。

　　(2)重復使用性強

　　應用虛擬儀器，相同的基本硬件可構造多種不同功能的測量儀器。與計算機網(wǎng)絡連接，還可使多個用戶同時利用一臺儀器進行數(shù)據(jù)測量。

　　(3)具有很高的靈活性

　　虛擬儀器用戶能夠按照自己的需要來選用傳感器、儀器的接口方式，開發(fā)自己的應用軟件。

　　三、虛擬儀器在小學教學中的應用

　　虛擬儀器技術應用于小學科學實驗，不是我們熟知的多媒體課件，而是計算機自動測量控制技術與傳統(tǒng)小學科學實驗的整合，它繼承了傳統(tǒng)實驗最可貴的真實性，并具備了傳統(tǒng)實驗無法企及的可視性、兼容性、可擴展性、交互性等特點。當前，虛擬儀器技術應用于小學科學實驗嶄露頭角，已顯示出強大的生命力。虛擬儀器在小學教學中的應用廣泛，現(xiàn)舉例如下：

　　(1)小學科學聲現(xiàn)象教學中，對于聲音的產(chǎn)生，尤其是樂音的三要素的理解，學生剛開始學習有一定的難度。在教學中，使用大量實驗，充分調動學生的視覺、聽覺等感官參與，可以提高學生學習的興趣，加深對科學概念和過程的理解。在教學中可以采用在電腦的聲卡話筒接口外接麥克風或筆記本自帶的麥克風，運行虛擬儀器軟件，敲擊音叉，觀察聲音波形的疏密和振幅的大小，體會聲音是物理的振動產(chǎn)生的，加深理解樂音的響度、音調和音品是由哪些因素決定的。

　　(2)在小學電學、熱學部分，學生對電流方向，熱傳導方向的理解是有一定難度的。運行虛擬儀器程序，能讓學生直觀看見這一現(xiàn)象。

　　(3)在天體運行教學中，對地球內部運動引起地形的變化，以及火山、地震現(xiàn)象無法做演示實驗。研究者應用自制虛擬儀器較好地解決了這個問題。在教學地球自轉，公轉，八大行星運行等教學中，而且可視性太差，無法現(xiàn)實觀測到，虛擬實驗室就能直觀的演示這一現(xiàn)象。

　　(4)在教學生命科學時，有些實驗無法直觀演示，如食物的旅行主要去了口腔、食管、胃、小腸和大腸。這些器官的主要特征和功能是怎樣的呢?通過虛擬實驗就很好的演示了整個過程。 　　(5)華中師范大學的魏開平老師研究開發(fā)的中小學數(shù)字化虛擬儀器系統(tǒng)，該系統(tǒng)完成了中小學實驗設備和儀器的數(shù)字化過程，采用虛擬現(xiàn)實技術將中小學數(shù)學、物理、化學等學科相關知識存入數(shù)據(jù)庫中，結合中小學的教學需要完成各種虛擬的實驗。

　　四、虛擬儀器的應用在小學教學中的優(yōu)越性

　　(1)真實性：真實，客觀，可信度高。

　　真實，是科學實驗的生命。用計算機模擬現(xiàn)實過程的虛擬實驗之所以經(jīng)常收到批評，很大的原因在于虛擬實驗的非真實性。例如，我們常見的單擺、彈簧振子可見顯示的振子周期是由課件設計者隨意選定，且可以持續(xù)作為無阻尼振動到電腦關機。又例如教學摩擦力大小時，使用者只需改變小車質量或拉力的數(shù)值，就可以看到設計者事先設定的結果，沒有意外且毫厘不差。這些都讓辛勤而誠實的設計者和使用者在學生面前心緒氣短，更談不上以這些課件為工具讓學生開展研究性學習。

　　(2)經(jīng)濟性：低成本，兼容性好，實現(xiàn)多媒體教學資源共享。

　　目前，工業(yè)級的虛擬儀器價格昂貴，科學實驗教學虛擬儀器產(chǎn)品化程度不高，功能不夠理想，從長遠看，虛擬儀器是經(jīng)濟的。據(jù)估算工業(yè)用虛擬儀器成本只有傳統(tǒng)儀器的二分之一，隨著技術進步，成本將進一步降低。另外，基于PC平臺的虛擬儀器具有良好的兼容性，充分共享已有的多媒體教學資源，使用方便且成本低廉。例如一款基于聲卡的虛擬儀器，如圖3所示，以PC聲卡為采集數(shù)據(jù)的硬件設備，使用者幾乎不花錢就可以獲得一臺音頻信號發(fā)生器、一臺數(shù)字交流萬用表和音頻示波器。實驗中還可以把軟件拷貝給有家庭電腦的學生做課外研究，取得很好的教學效果。

　　(3)可存貯性：實驗數(shù)據(jù)經(jīng)PC存貯，重復利用提高效率。

　　將新課教學中獲得的實驗數(shù)據(jù)存貯在PC中，運用PC強大的數(shù)據(jù)處理能力能夠方便地進行圖像等處理。在后續(xù)課或復習課中可以調出PC中實驗數(shù)據(jù)，重現(xiàn)新課的實驗。

　　可存貯性還給虛擬儀器帶來便于交流、便于發(fā)布實驗結果、便于遠程教學的實現(xiàn)等優(yōu)點。

　　(4)豐富教學內容。

　　我國小學科學實驗教學比較薄弱，教學方式和方法單調呆板，學生對 實驗的醒悟不大。采用虛擬儀器過程中，使用計算機，可豐富實驗內容，加深不同學科間的交流和滲透，更新教學方法，激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的素質。

　　五、總結

　　實踐表明，采用虛擬儀器軟件進行實驗，可以培養(yǎng)學生對科學教學實驗的興趣，提高實驗技能，給學生更多的實驗機會，而且能和信息技術等學科相結合，提高了學生的綜合應用知識的能力，使學生得到全面發(fā)展。

　　虛擬儀器在高等教育以及中等職業(yè)教育中的應用越來越多，在小學教學中的應用還處于萌芽狀態(tài)，但虛擬儀器的應用已顯示出廣闊的前景，必將引發(fā)一次深刻的實驗教學革命。