《虚拟仪器技术C》教学大纲

《虚拟仪器技术C》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：06150571课程性质：专业选修课学分：2学分学时：32学时（理论24学时，实验8学时）先修课程：电路分析基础、数字信号处理等后续课程：无适用专业：医学信息工程开课单位：电子信息工程学院一、课程说明《虚拟仪器技术C》是医学信息工程专业学生的专业选修课。其任务主要是学习虚拟仪器的基本概念、基本设计思想，灵活运用LabVIEW进行程序设计和系统搭建。通过本课程的学习，使学生能够从应用问题的本身出发，选择合适的LabVIEW模块和工具进行编程、调试和优化，开发基于LabVIEW的虚拟仪器系统。本课程可为学生从事工程技术、科学研究工作和专业创新提供一种易用而强有力的工具。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：理解LabVIEW虚拟仪器技术的基本原理和概念。掌握LabVIEW编程环境的基本功能和使用方法。熟悉LabVIEW中各种控件、函数和工具的使用，并能灵活运用。理解并能应用LabVIEW中的数学运算、信号处理、图形显示等相关知识。了解LabVIEW与硬件设备的接口方式和通信协议，以及数据采集和控制系统的实现原理。课程目标2：能够设计和开发基于LabVIEW的虚拟仪器系统。能够根据实际需求选择合适的LabVIEW模块和工具进行编程，并进行调试和优化。能够分析和解决基于LabVIEW的虚拟仪器系统中的常见问题。具备将虚拟仪器技术应用于实际工程问题的能力，并提供有效的解决方案。课程目标3：培养创新思维和实践能力，能够将虚拟仪器技术应用于实际问题的解决中。培养问题分析和解决能力，培养独立思考和自主学习的能力。通过LabVIEW虚拟仪器的应用，引导学生关注科技创新与社会发展的紧密联系，培养创新精神和追求卓越的意识。培养学生的职业道德和职业素养，强调实践操作中的规范、安全和环保意识。三、课程目标与毕业要求《虚拟仪器技术C》课程教学目标对医学信息工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.3掌握医学信息工程所需的专业知识，并能将其综合应用于解决复杂医学信息工程问题。课程目标1：理解LabVIEW虚拟仪器技术的基本原理和概念。掌握LabVIEW编程环境的基本功能和使用方法。熟悉LabVIEW中各种控件、函数和工具的使用，并能灵活运用。理解并能应用LabVIEW中的数学运算、信号处理、图形显示等相关知识。了解LabVIEW与硬件设备的接口方式和通信协议，以及数据采集和控制系统的实现原理。H3.设计/开发解决方案3.2能够根据要求对复杂医学信息工程问题给出解决方案，设计开发实现特定功能的设备、仪器和单元（部件）。课程目标2：能够设计和开发基于LabVIEW的虚拟仪器系统。能够根据实际需求选择合适的LabVIEW模块和工具进行编程，并进行调试和优化。能够分析和解决基于LabVIEW的虚拟仪器系统中的常见问题。具备将虚拟仪器技术应用于实际工程问题的能力，并提供有效的解决方案。H6.工程与社会6.2能够认识和评价医学信息产品、技术的开发和应用及复杂医学信息工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。课程目标3：培养创新思维和实践能力，能够将虚拟仪器技术应用于实际问题的解决中。培养问题分析和解决能力，培养独立思考和自主学习的能力。通过LabVIEW虚拟仪器的应用，引导学生关注科技创新与社会发展的紧密联系，培养创新精神和追求卓越的意识。培养学生的职业道德和职业素养，强调实践操作中的规范、安全和环保意识。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.虚拟仪器基础1.1虚拟仪器概述1.2LabVIEW编程环境1.3LabVIEW的初步操作1.4子VI的创建与调用教学要求：使学生了解虚拟仪器、LabVIEW、本课程的学习内容、目标方法及考核方式；熟悉LabVIEW软件环境；读两个简单的VI，并逐步编写完成，并在此基础上完成子VI的创建与调用，熟悉图形化编程环境中程序的生成与运行过程。重点：掌握LabVIEW软件的基本使用方法。难点：VI的生成和运行。21、32.复合数据类型及操作2.1LabVIEW的基本数据类型2.2数据运算2.3数组、簇和波形2.4数据的图形显示教学要求：使学生了解字符串、数组、簇、波形等数据类型的表述特征及适用范围；初步掌握上述数据类型的控件和常量的生成方法；掌握数组、簇的基本操作函数，并实现基本的操作功能。掌握波形图和波形图表的使用方法，能够区分波形图和波形图表等控件；了解XY图、强度图、三维图形和数字波形图。重点：如何根据数据的性质和需求选择合适的数据类型。显示不同的数据波形。难点：理解不同数据类型之间的转换规则和潜在问题。421、33.程序结构3.1循环结构3.2条件结构3.3顺序结构3.4事件结构3.5公式节点3.6LabVIEW中变量的数值传递教学要求：使学生了解LabVIEW所支持的程序结构；初步掌握顺序结构、循环结构、条件结构等基本程序结构的实现方式和特征；初步掌握事件结构、公式节点等常用程序结构的实现方式和特征；会用上述结构或其组合编写实现简单功能的程序。重点：顺序结构、循环结构、条件结构等基本程序结构的实现方式和特征。难点:事件结构、公式节点等LabVIEW独有程序结构的实现方式和特征。421、34.文件I/O4.1LabVIEW支持的文件类型4.2文件I/O函数4.3文件操作4.4数据库教学要求：使学生了解LabVIEW所支持的文件类型；掌握文本文件、电子表格文件、二进制文件等的操作函数及用法。理解数据库的基本概念，能够在LabVIEW中与数据库进行交互。重点:用文本文件、电子表格文件、二进制文件等基本数据文件存储数据。难点:选择合适的文件类型存储数据。41、35.数字信号处理5.1信号产生5.2波形调理和波形测量5.3信号分析教学要求：使学生了解数学和信号处理模块中提供的功能；掌握实现数字信号处理的方法和过程。重点：数学与信号处理函数选板中函数与VI的应用。难点：信号分析。421、2、36.虚拟仪器设计实例6.1VI属性设置6.2人机交互界面设计6.3应用程序制作6.4数据采集、仪器控制、总线通信6.5综合设计实例教学要求：使学生了解LabVIEW提供的VI属性设置的方法；了解人机交互界面的设计；了解应用程序的制作方法。了解如何在虚拟仪器应用中进行数据采集和仪器控制，使应用能够实现预定功能。理解总线通信的基本原理，并能将其应用于虚拟仪器中。能够从多个方面考虑，进行系统性的设计和规划。重点：从需求出发，合理设计虚拟仪器系统。难点：系统调试和故障排除。621、2、3合计2482.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.多数据类型综合实验内容：多种数据类型的使用方法实验要求：熟悉LabVIEW的运行环境，熟悉LabVIEW中数值、字符串、数组、簇的控件和常用操作函数；能够根据需要选择创建相应数据类型的控件和常量；能够选择合适函数对数据进行处理。21、32.程序结构实验内容：程序结构应用实验要求：熟悉顺序结构、条件结构、循环结构、事件结构、公式节点等的功能、用途、使用注意事项，能够根据需要选择合适结构实现代码。21、33.数字信号处理实验内容：信号处理函数的基础操作实验要求：熟悉虚拟仪器信号分析与处理，包括信号产生、信号分析等相关函数的功能、用途、使用注意事项，能够根据需要对信号进行分析与处理。21、2、34.综合开发实例实验内容：综合程序设计实验要求：能够设计综合实例程序，分析设计合理性。21、2、3合计8五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论、案例、实验等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。学生比较全面地理解虚拟仪器的原理和LabVIEW软件的使用方法，在掌握程序编程与信号分析方法基础上，具有进行系统方案设计的初步能力。在实验教学环节中，通过启发式教学、讨论式教学培养学生LabVIEW程序编程的基本理论、基本知识和基本技能。培养学生自主学习能力、实际动手能力，激发学生的创新思维。在实验前学生应复习和掌握与本实验有关的教学内容、认真阅读实验指导书；在实验中要严格遵守实验纪律，按操作规程使用仪器；每完成一项实验，要认真完成一份实验报告。六、课程资源1.推荐教材：（1）张重雄.虚拟仪器技术分析与设计（第四版）[M].北京:电子工业出版社,2020.（2）郝丽.LabVIEW虚拟仪器设计及应用[M].北京:清华大学出版社,2018.2.参考书：（1）胡乾苗.LabVIEW虚拟仪器设计与应用（第2版）[M].北京:清华大学出版社,2019.（2）特拉维斯.LabVIEW大学实用教程（第三版）[M].北京:电子工业出版社,2016.（3）陈树学.\o"LabVIEW宝典（第2版）LabVIEW好书升级版，入门、进阶之选"LabVIEW宝典（第2版）[M].北京:电子工业出版社,2017.3.期刊：（1）计算机测量与控制,中国计算机自动测量与控制技术协会.（2）控制工程,东北大学.（3）Automatica,Elsevier.（4）制造业自动化,北京机械工业自动化研究所有限公司.（5）仪表技术与传感器,沈阳仪表科学研究院有限公司.4.网络资源：（1）电子发烧友论坛,/.（2）虚拟仪器家园,/.（3）LabVIEW社区,http://www.labview.help/.（4）知乎专栏,/people/labats/columns.（5）中国大学MOOC:虚拟仪器应用技术,/course/CCIT-1001755342?from=searchPage&outVendor=zw_mooc_pcssjg七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现10（1）根据参与教学活动和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√442实验20（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分。（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√866作业10（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分。（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√442期末考核60（1）大作业成绩100分，以大作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要以综合项目形式考核程序结构、界面设计、信号处理、数据采集、数据分析、仪器控制等学习内容。（3）大作业类型为综合项目设计。√√√252510合计：100分413920八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、实验、作业、大作业等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由大作业成绩和过程性考核成绩组成。其中：大作业成绩为100分（权重60%），大作业类型为综合项目设计；课堂表现、实验、作业等过程性考核成绩为100分（权重40%）。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100≥x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现25积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。上课不认真，偶尔参与教学活动。上课不认真，不参与教学活动。实验50实验预习认真，能够熟练掌握方法与步骤，实验操作过程熟练、规范，遵规守纪、团结协作，实验结果详实、结论