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　　摘 要： 主要从改进现有仪器功能、开发新仪器、进行化学仿真实验及便于实现远程、网络化实验教学等方面介绍了虚拟仪器目前在高校化学实验中的应用。 详细阐述了高校化学实验教学中引入虚拟仪器的优势，并为虚拟仪器在高校的广泛应用提出了几点建议。

　　关键词： 虚拟仪器;高校化学实验;LabVIEW

　　随着时代的进步、科技的发展，计算机 技术和信息技术在教育中得到了越来越广泛的应用，虚拟仪器技术[1]也逐渐被引入到教育教学中来。虚拟仪器 (Virtual Instruments, 简称 VI)，其中心思想是“软件就是仪器”，是一种基于计算机和微电子技术的自动化检测仪器系统。 相比传统的以硬件为主的仪器而言，虚拟仪器的虚拟性主要体现在：(1)面板是虚拟的，面板上的控件是通过计算机的键盘和鼠标来实现控制的;(2)其测试功能是通过编写的软件即程序来控制硬件实现的。 虚拟仪器应用软件集成了仪器的所有采集、控制、数据分析、结果输出、用户界面等功能，使传统仪器的某些硬件乃至整个仪器都被计算机软件所代替。LabVIEW 软件是美国国家仪器 (National Instruments, NI) 公司开发的一种图形化编程语言，非常适用于虚拟仪器的设计和功能扩展。

　　LabVIEW 提供了丰富的函数， 具有强大的信号处理功能，还可以与 C++、MATLAB 等程序通过标准接口(如 ActiveX、DDE 等)进行相互调用，极大的扩展了它的应用范围。 由于具有开发周期短、可跨平台使用、与众多硬件有通用接口等优势，LabVIEW 是众多在虚拟仪器编程软件中应用最为广泛的一种软件。

　　目前， 基于 LabVIEW 的虚拟仪器技术已广泛应用于电子、通讯、生物、汽车制造、航天、医药、军事、教育、化工、科研等行业领域，本文主要介绍基于 LabVIEW 的 虚 拟 仪 器 在 高 校 化 学 实 验 中 的 应用，通过新方法、新技术的应用，弥补传统化学实验教学的不足，激发学生的学习兴趣，达到改善实验条件、提高教学质量的目的。

　　1 改进现有仪器功能

　　高校化学实验中的很多仪器都是商品化的，学生在使用时只知如何操作，仪器的工作原理并不清楚。 另外，高校基础化学实验上课人数众多，许多仪器使用一段时间后，由于某个零件损坏导致整台仪器都不能使， 或者由于某些老旧仪器功能单一，使用不方便，从而被搁置起来。 利用 labview 可以重新实现受损零件的功能，或者在原有仪器功能基础上补充仪器的新功能，以减少仪器的浪费。

　　裴锋等 人[2]利 用 LabVIEW 软 件 升 级 改 造 了 基础化学实验中常用的电导率仪、pH 计、数字温度计等。 以电导率仪为例， 他们通过一块可同时接入 8 台仪器的插入式高增益数据采集卡 PCL-818HG 采集原仪器的输出信号，在虚拟仪器面板上可实现同时显示当前测量值和采样时刻，并可将这些数据实时储存于文本或导入到 Excel、Origin 文件中， 数据可以以波形图的形式显示，操作者可以对其进行放大、缩写、显示模式调整等操作，最重要的是可以通过 Labview 自带的 Web 发布技术，远程控制或查看实验进展状况， 甚至可以远程控制虚拟仪器的运行。

　　吴其俊等人[3]通过串行接口分别将 WZZ-2B 旋光仪和 SWC-Ⅱ精 密 数 字 温 差 仪 接 入 到 编 写 好 的 LabView 程序中， 实现了旋光度和温差测量数据的自动采集、实时显示、数据分析处理和结果生成，并将其成功应用于化学实验——蔗糖水解反应、物质燃烧热测定中， 通过设置 LabView 的相关程序，可将数据信息在网络上发布，接受远程对现场的操作和控制。

　　燕山大学的易超等人[4]在现有的液相色谱仪基础上，利用 LabView 开发了一套控制液相运行的虚拟面板和结果分析处理程序，通过该面板可实现多元混合流动相的流速控制，构成梯度洗脱。 在结果分析处理程序中，通过波形叠加、加噪等处理，对色谱峰形加以修饰， 可使所有分离效果不好的峰分开，同时可对采集到的色谱信号进行峰高、半峰宽、峰面积的计算，取得了较好的结果。

　　2 开发新仪器，进行创新性实验

　　在当今社会，科技发展迅速，仪器设备 更新特别快，学校里的仪器有很大一部分比较落后，无法满足当前实验的需求， 而先进的仪器又非常昂贵，不能大量购买。 高校化学实验中，有许多综合性、设计性实验往往因缺乏相应仪器设备而无法开展，化学专业学生的科研训练以及毕业论文也要紧紧依靠现有的设备进行，学生无法进行深入的、有创造性的化学实验，这对化学人才的培养不利。 基于 LabView 的虚拟仪器技术可以用于尝试改善这一问题。

　　3 进行仿真实验的好工具

　　近年来， 化学虚拟仿真实验在许多高校得到应用，北京工业大学、中国科学技术大学、东北农业大学等高校建立了国家级的“仿真实验中心”，仿真实验越来越受到人们的重视， 它是未来化学实验必不可少的一种辅助手段。 通过仿真实验，可以从分子层次上理解化学物质结构-性能的关系、 动力学性质、反应特性，更有利于帮助我们认识化学本质，但这在传统的宏观层次上的化学实验教学是难以实现的。另外，化学实验中用到的大型仪器都比较贵重，而且自动化封装，学生很难深入了解仪器的构造、使用和拓展。 许多重要的化学反应需要一些比较危险或者贵重的药品才能发生，或者反应本身比较危险，或者反应必须在极端条件下才能发生， 这些情况在大面积实验室内是不允许进行的。 上述这些情况在虚拟化的仿真实验中即可进行， 学生能够从中更深入地了解化学， 体会化学魅力， 提高学生学习化学的兴趣，培养更多的化学人才。LabVIEW 本身图形化编程的特点决定了它是进行建模和仿真的好工具之一。

　　4 便于实现远程实验教学、网络化实验教学

　　LabVIEW 自带有 Web Service 功能，能够将其编写的软件很方便地发布于网络之上， 利用 NI 公司的 Data Socket 技术以及 LabVIEW 对 UDP 协议和 TCP/IP 等协议的支持，编程人员可以轻松编制出拥有数据传输和网络通信功能的软件。 采用 B/S 结构构件网络虚拟实验系统，用户只要有计算机和网络就可以随时随地访问虚拟实验室进行实验。 这对建立一体化的虚拟实验室是非常便利的，对于实现远程控制、仪器共享、网络化教学等都有积极作用。

　　5结语

　　在高校化学实验中引入虚拟仪器，是化学实验未来发展趋势之一。 如果要在大范围高校中推广这一技术，还需从以下几方面进行努力。

　　1)学校要重视虚拟仪器技术在实验教学中的作用，成立虚拟实验室，鼓励师生进行虚拟仪器的研究与应用。

　　2)引 进 LabVIEW 开 发 编 程 人 才，人 才 是 高 校的核心力量，基于 LabVIEW 的虚拟仪器开发离不开大量的编程人才，只有熟练掌握 LabVIEW 编程和相应专业知识， 才能开发出大量适合高校各类实验教学的虚拟仪器，使广大师生得到好的体验，才能充分发挥虚拟仪器在高校化学教学中的积极作用。

　　3)在学校增开关于虚拟仪器的课程，让在校大学生尽早接触了解这一技术，培养学习兴趣、培养更多的虚拟仪器、软件开发人才，为这一技术的发展储备更多人才。

　　4)进行实验课程改革，重新修正高校化学实验大纲，摒除老旧知识，合并重复内容，新增一些关于虚拟仪器的内容， 使学生充分感受到科技给社会、教育带来的变革，激发学生的学习兴趣。

　　参考文献:

　　[1] 于洋,于文波,徐立波,等.虚拟仪器的发展现状及其应用 [J]. 洛阳师范学院学报,2015(2):48-51.

　　[2] 裴锋,杨万生.基于 LabVIEW 的化学实验室建设[J].计算机与应用化学,2004,21(4):619-622.

　　[3] 吴其俊, 龚勋,WuQijun,等. 网络化学虚拟仪器实验室开发与应用[J]. 广东化工,2016(9):248-250.

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