《虛擬儀器技術(shù)C》教學(xué)大綱

《虛擬儀器技術(shù)C》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：06150571課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)分：2學(xué)分學(xué)時：32學(xué)時（理論24學(xué)時，實驗8學(xué)時）先修課程：電路分析基礎(chǔ)、數(shù)字信號處理等后續(xù)課程：無適用專業(yè)：醫(yī)學(xué)信息工程開課單位：電子信息工程學(xué)院一、課程說明《虛擬儀器技術(shù)C》是醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)選修課。其任務(wù)主要是學(xué)習(xí)虛擬儀器的基本概念、基本設(shè)計思想，靈活運用LabVIEW進行程序設(shè)計和系統(tǒng)搭建。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠從應(yīng)用問題的本身出發(fā)，選擇合適的LabVIEW模塊和工具進行編程、調(diào)試和優(yōu)化，開發(fā)基于LabVIEW的虛擬儀器系統(tǒng)。本課程可為學(xué)生從事工程技術(shù)、科學(xué)研究工作和專業(yè)創(chuàng)新提供一種易用而強有力的工具。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：理解LabVIEW虛擬儀器技術(shù)的基本原理和概念。掌握LabVIEW編程環(huán)境的基本功能和使用方法。熟悉LabVIEW中各種控件、函數(shù)和工具的使用，并能靈活運用。理解并能應(yīng)用LabVIEW中的數(shù)學(xué)運算、信號處理、圖形顯示等相關(guān)知識。了解LabVIEW與硬件設(shè)備的接口方式和通信協(xié)議，以及數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)的實現(xiàn)原理。課程目標(biāo)2：能夠設(shè)計和開發(fā)基于LabVIEW的虛擬儀器系統(tǒng)。能夠根據(jù)實際需求選擇合適的LabVIEW模塊和工具進行編程，并進行調(diào)試和優(yōu)化。能夠分析和解決基于LabVIEW的虛擬儀器系統(tǒng)中的常見問題。具備將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于實際工程問題的能力，并提供有效的解決方案。課程目標(biāo)3：培養(yǎng)創(chuàng)新思維和實踐能力，能夠?qū)⑻摂M儀器技術(shù)應(yīng)用于實際問題的解決中。培養(yǎng)問題分析和解決能力，培養(yǎng)獨立思考和自主學(xué)習(xí)的能力。通過LabVIEW虛擬儀器的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科技創(chuàng)新與社會發(fā)展的緊密聯(lián)系，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和追求卓越的意識。培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)道德和職業(yè)素養(yǎng)，強調(diào)實踐操作中的規(guī)范、安全和環(huán)保意識。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《虛擬儀器技術(shù)C》課程教學(xué)目標(biāo)對醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)支撐強度1.工程知識1.3掌握醫(yī)學(xué)信息工程所需的專業(yè)知識，并能將其綜合應(yīng)用于解決復(fù)雜醫(yī)學(xué)信息工程問題。課程目標(biāo)1：理解LabVIEW虛擬儀器技術(shù)的基本原理和概念。掌握LabVIEW編程環(huán)境的基本功能和使用方法。熟悉LabVIEW中各種控件、函數(shù)和工具的使用，并能靈活運用。理解并能應(yīng)用LabVIEW中的數(shù)學(xué)運算、信號處理、圖形顯示等相關(guān)知識。了解LabVIEW與硬件設(shè)備的接口方式和通信協(xié)議，以及數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)的實現(xiàn)原理。H3.設(shè)計/開發(fā)解決方案3.2能夠根據(jù)要求對復(fù)雜醫(yī)學(xué)信息工程問題給出解決方案，設(shè)計開發(fā)實現(xiàn)特定功能的設(shè)備、儀器和單元（部件）。課程目標(biāo)2：能夠設(shè)計和開發(fā)基于LabVIEW的虛擬儀器系統(tǒng)。能夠根據(jù)實際需求選擇合適的LabVIEW模塊和工具進行編程，并進行調(diào)試和優(yōu)化。能夠分析和解決基于LabVIEW的虛擬儀器系統(tǒng)中的常見問題。具備將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于實際工程問題的能力，并提供有效的解決方案。H6.工程與社會6.2能夠認(rèn)識和評價醫(yī)學(xué)信息產(chǎn)品、技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用及復(fù)雜醫(yī)學(xué)信息工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。課程目標(biāo)3：培養(yǎng)創(chuàng)新思維和實踐能力，能夠?qū)⑻摂M儀器技術(shù)應(yīng)用于實際問題的解決中。培養(yǎng)問題分析和解決能力，培養(yǎng)獨立思考和自主學(xué)習(xí)的能力。通過LabVIEW虛擬儀器的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科技創(chuàng)新與社會發(fā)展的緊密聯(lián)系，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和追求卓越的意識。培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)道德和職業(yè)素養(yǎng)，強調(diào)實踐操作中的規(guī)范、安全和環(huán)保意識。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點難點理論學(xué)時實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.虛擬儀器基礎(chǔ)1.1虛擬儀器概述1.2LabVIEW編程環(huán)境1.3LabVIEW的初步操作1.4子VI的創(chuàng)建與調(diào)用教學(xué)要求：使學(xué)生了解虛擬儀器、LabVIEW、本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容、目標(biāo)方法及考核方式；熟悉LabVIEW軟件環(huán)境；讀兩個簡單的VI，并逐步編寫完成，并在此基礎(chǔ)上完成子VI的創(chuàng)建與調(diào)用，熟悉圖形化編程環(huán)境中程序的生成與運行過程。重點：掌握LabVIEW軟件的基本使用方法。難點：VI的生成和運行。21、32.復(fù)合數(shù)據(jù)類型及操作2.1LabVIEW的基本數(shù)據(jù)類型2.2數(shù)據(jù)運算2.3數(shù)組、簇和波形2.4數(shù)據(jù)的圖形顯示教學(xué)要求：使學(xué)生了解字符串、數(shù)組、簇、波形等數(shù)據(jù)類型的表述特征及適用范圍；初步掌握上述數(shù)據(jù)類型的控件和常量的生成方法；掌握數(shù)組、簇的基本操作函數(shù)，并實現(xiàn)基本的操作功能。掌握波形圖和波形圖表的使用方法，能夠區(qū)分波形圖和波形圖表等控件；了解XY圖、強度圖、三維圖形和數(shù)字波形圖。重點：如何根據(jù)數(shù)據(jù)的性質(zhì)和需求選擇合適的數(shù)據(jù)類型。顯示不同的數(shù)據(jù)波形。難點：理解不同數(shù)據(jù)類型之間的轉(zhuǎn)換規(guī)則和潛在問題。421、33.程序結(jié)構(gòu)3.1循環(huán)結(jié)構(gòu)3.2條件結(jié)構(gòu)3.3順序結(jié)構(gòu)3.4事件結(jié)構(gòu)3.5公式節(jié)點3.6LabVIEW中變量的數(shù)值傳遞教學(xué)要求：使學(xué)生了解LabVIEW所支持的程序結(jié)構(gòu)；初步掌握順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)等基本程序結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)方式和特征；初步掌握事件結(jié)構(gòu)、公式節(jié)點等常用程序結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)方式和特征；會用上述結(jié)構(gòu)或其組合編寫實現(xiàn)簡單功能的程序。重點：順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)等基本程序結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)方式和特征。難點:事件結(jié)構(gòu)、公式節(jié)點等LabVIEW獨有程序結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)方式和特征。421、34.文件I/O4.1LabVIEW支持的文件類型4.2文件I/O函數(shù)4.3文件操作4.4數(shù)據(jù)庫教學(xué)要求：使學(xué)生了解LabVIEW所支持的文件類型；掌握文本文件、電子表格文件、二進制文件等的操作函數(shù)及用法。理解數(shù)據(jù)庫的基本概念，能夠在LabVIEW中與數(shù)據(jù)庫進行交互。重點:用文本文件、電子表格文件、二進制文件等基本數(shù)據(jù)文件存儲數(shù)據(jù)。難點:選擇合適的文件類型存儲數(shù)據(jù)。41、35.數(shù)字信號處理5.1信號產(chǎn)生5.2波形調(diào)理和波形測量5.3信號分析教學(xué)要求：使學(xué)生了解數(shù)學(xué)和信號處理模塊中提供的功能；掌握實現(xiàn)數(shù)字信號處理的方法和過程。重點：數(shù)學(xué)與信號處理函數(shù)選板中函數(shù)與VI的應(yīng)用。難點：信號分析。421、2、36.虛擬儀器設(shè)計實例6.1VI屬性設(shè)置6.2人機交互界面設(shè)計6.3應(yīng)用程序制作6.4數(shù)據(jù)采集、儀器控制、總線通信6.5綜合設(shè)計實例教學(xué)要求：使學(xué)生了解LabVIEW提供的VI屬性設(shè)置的方法；了解人機交互界面的設(shè)計；了解應(yīng)用程序的制作方法。了解如何在虛擬儀器應(yīng)用中進行數(shù)據(jù)采集和儀器控制，使應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)定功能。理解總線通信的基本原理，并能將其應(yīng)用于虛擬儀器中。能夠從多個方面考慮，進行系統(tǒng)性的設(shè)計和規(guī)劃。重點：從需求出發(fā)，合理設(shè)計虛擬儀器系統(tǒng)。難點：系統(tǒng)調(diào)試和故障排除。621、2、3合計2482.實驗部分實驗部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表3。表3實驗項目、實驗內(nèi)容與學(xué)時實驗項目實驗內(nèi)容和要求實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.多數(shù)據(jù)類型綜合實驗內(nèi)容：多種數(shù)據(jù)類型的使用方法實驗要求：熟悉LabVIEW的運行環(huán)境，熟悉LabVIEW中數(shù)值、字符串、數(shù)組、簇的控件和常用操作函數(shù)；能夠根據(jù)需要選擇創(chuàng)建相應(yīng)數(shù)據(jù)類型的控件和常量；能夠選擇合適函數(shù)對數(shù)據(jù)進行處理。21、32.程序結(jié)構(gòu)實驗內(nèi)容：程序結(jié)構(gòu)應(yīng)用實驗要求：熟悉順序結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、事件結(jié)構(gòu)、公式節(jié)點等的功能、用途、使用注意事項，能夠根據(jù)需要選擇合適結(jié)構(gòu)實現(xiàn)代碼。21、33.數(shù)字信號處理實驗內(nèi)容：信號處理函數(shù)的基礎(chǔ)操作實驗要求：熟悉虛擬儀器信號分析與處理，包括信號產(chǎn)生、信號分析等相關(guān)函數(shù)的功能、用途、使用注意事項，能夠根據(jù)需要對信號進行分析與處理。21、2、34.綜合開發(fā)實例實驗內(nèi)容：綜合程序設(shè)計實驗要求：能夠設(shè)計綜合實例程序，分析設(shè)計合理性。21、2、3合計8五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論、案例、實驗等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。學(xué)生比較全面地理解虛擬儀器的原理和LabVIEW軟件的使用方法，在掌握程序編程與信號分析方法基礎(chǔ)上，具有進行系統(tǒng)方案設(shè)計的初步能力。在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生LabVIEW程序編程的基本理論、基本知識和基本技能。培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實際動手能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。在實驗前學(xué)生應(yīng)復(fù)習(xí)和掌握與本實驗有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容、認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書；在實驗中要嚴(yán)格遵守實驗紀(jì)律，按操作規(guī)程使用儀器；每完成一項實驗，要認(rèn)真完成一份實驗報告。六、課程資源1.推薦教材：（1）張重雄.虛擬儀器技術(shù)分析與設(shè)計（第四版）[M].北京:電子工業(yè)出版社,2020.（2）郝麗.LabVIEW虛擬儀器設(shè)計及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2018.2.參考書：（1）胡乾苗.LabVIEW虛擬儀器設(shè)計與應(yīng)用（第2版）[M].北京:清華大學(xué)出版社,2019.（2）特拉維斯.LabVIEW大學(xué)實用教程（第三版）[M].北京:電子工業(yè)出版社,2016.（3）陳樹學(xué).\o"LabVIEW寶典（第2版）LabVIEW好書升級版，入門、進階之選"LabVIEW寶典（第2版）[M].北京:電子工業(yè)出版社,2017.3.期刊：（1）計算機測量與控制,中國計算機自動測量與控制技術(shù)協(xié)會.（2）控制工程,東北大學(xué).（3）Automatica,Elsevier.（4）制造業(yè)自動化,北京機械工業(yè)自動化研究所有限公司.（5）儀表技術(shù)與傳感器,沈陽儀表科學(xué)研究院有限公司.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）電子發(fā)燒友論壇,/.（2）虛擬儀器家園,/.（3）LabVIEW社區(qū),http://www.labview.help/.（4）知乎專欄,/people/labats/columns.（5）中國大學(xué)MOOC:虛擬儀器應(yīng)用技術(shù),/course/CCIT-1001755342?from=searchPage&outVendor=zw_mooc_pcssjg七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核課堂表現(xiàn)10（1）根據(jù)參與教學(xué)活動和課堂回答問題情況進行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?42實驗20（1）根據(jù)每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告質(zhì)量單獨評分，滿分100分。（2）每次實驗單獨評分，取各次實驗成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以實驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?66作業(yè)10（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分。（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?42期末考核60（1）大作業(yè)成績100分，以大作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要以綜合項目形式考核程序結(jié)構(gòu)、界面設(shè)計、信號處理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、儀器控制等學(xué)習(xí)內(nèi)容。（3）大作業(yè)類型為綜合項目設(shè)計?！獭獭?52510合計：100分413920八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、實驗、作業(yè)、大作業(yè)等方式對學(xué)生進行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇纱笞鳂I(yè)成績和過程性考核成績組成。其中：大作業(yè)成績?yōu)?00分（權(quán)重60%），大作業(yè)類型為綜合項目設(shè)計；課堂表現(xiàn)、實驗、作業(yè)等過程性考核成績?yōu)?00分（權(quán)重40%）。2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點考核內(nèi)容、評價標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100≥x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)25積極參與教學(xué)活動，踴躍回答問題，準(zhǔn)確率大于90%。認(rèn)真參與教學(xué)活動，回答問題準(zhǔn)確率大于80%。偶爾參與教學(xué)活動，回答問題準(zhǔn)確率大于70%。上課不認(rèn)真，偶爾參與教學(xué)活動。上課不認(rèn)真，不參與教學(xué)活動。實驗50實驗預(yù)習(xí)認(rèn)真，能夠熟練掌握方法與步驟，實驗操作過程熟練、規(guī)范，遵規(guī)守紀(jì)、團結(jié)協(xié)作，實驗結(jié)果詳實、結(jié)論