科研项目申请书-基于LABVIEW的虚拟实验室

年度2013编号科研项目申请书课题名称基于LABVIEW的虚拟实验室课题负责人***所在系（部）联系电话填表时间20年4月19日填表说明一、填写内容要实事求是，表达准确，规范严谨。二、各系部要对申请人的学术水平和课题的立项意义等内容进行认真的审核，加盖系部公章。三、经费预算应科学合理，切合实际，预算内容应为本课题研究所必需支付的经费。四、预期成果应详细填写（如核心期刊论文、2篇）。五、申请书可根据内容自行调整表格长度，要求一式3份，A4纸正反打印。六、联系电话：课题负姓名性别男出生年月职称所在系部责人专业电子邮箱[1]主要参加者姓名性别年龄职称单位或部门签名预期最终成果省级以上论文2篇课题起止时间申请经费（万元）一、立项依据及国内外研究动向由于工科学科的特点，如电子类专业，需要在教学中加入必要的实验教学环节，以此来培养学生的动手能力和创新能力，学生只有通过足够的验证性实验和一定数量的综合性实验，才能真正的理解和掌握理论知识，获得一定的综合技能和实践能力。由于一些验证性实验箱、实验开发板等实验设备价格昂贵，很多学校无法建立起完善的硬件实验环境；另外，一些有条件的学校已经建立了多种门类的实验平台，如电路分析实验室、模拟电子线路实验室、数字电路实验室、信号与系统实验室等，但由于电子技术的高速发展，这些方法及手段已经不再适宜，建立一套新的实验手段及方法已成为高教研究者、工作者的共识。目前，多数高校的电子类传统实验室存在以下问题：1.实验室管理及维护工作艰巨目前的电子类实验室种类繁多，如电路实验室、模拟电子线路实验室、数字电路实验室、通信电子线路实验室、嵌入式系统实验室、微机原理实验室、单片机实验室、信号系统实验室、数字信号处理实验室等。在每一类实验室中，实验设备种类多、数量大（如，各类信号源设备、各类测试仪器仪表、各种实验箱等），加上实验课往往是分批次进行，而师资力量是有限的，这给实验室的有效管理及维护出了一道难题。2.无法保持实验室的先进性由于现代电子技术的发展快速，各种新设备、新器件、新理论层出不穷，随之而来的是新型的实验设备和实验内容，这就造成这一现状：某实验设备在刚进实验室是满足要求的，但在短短1-2年之后就会面临淘汰，这使得保护前期的投资工作变得十分艰巨。3.实验效果不佳实验的目的之一是让学生能够对所学的理论知识有更形象的理解，从而培养学生的动手能力，验证能力和创新能力。然而，现有实验教学模式大多都是封闭式的，即在规定的课时时间，规定的场地，进行规定的实验内容。导致这种封闭式的实验教学的原因，一方面是实验时间和实验场地的限制，由于学生接受知识的快慢不同，往往在实验时间结束的时，一部分同学并没有真正理解了实验的内涵，长此以往，学生的实验热情会受到影响；另一方面，实验内容由实验硬件所决定的，因此在不改变硬件的前提下很难对实验内容进行较大的修改，这样导致了实验内容的一成不变，很难培养学生的创新性思维。4.学科间实验相对独立，无法达到综合性实验、创新性实验的目标现代实验教学改革提出的三个实验层次即“基础性实验、综合性实验、创新性实验”的目标。大多数高校的电子类实验都是以验证为主的，这实质上仅仅是达到了基础性实验的目标，而综合性实验、创新性实验是很难在我们现有的实验条件下体现出来。目前的实验平台都是相互独立的模块，这点阻碍了综合性实验的进行，更不利于创新性实验的开展。5.难以提高学生实验兴趣及创新思维能力针对传统实验室不足，一些教育工作者提出了多种解决上述问题的方案，其中建立一个合理的电子专业虚拟实验室引起了多数人的共识。虚拟实验室的优点总结如下：1．便于学科交叉的实验平台在同一台计算机上可以仿真电路分析实验、信号处理实验、数字信号处理实验、模拟电子线路实验、数字电路实验，而且可以仿真嵌入式系统的实验，因此，它完全可以称之为一个多功能的实验平台。2．便于先进性实验的设计虚拟实验室主要是有仿真软件来实现的，这些仿真软件大多都有自己的元件库，在元件库中元件的数目是庞大的。在有新电子器件出现的时候，可以在线更新元件库，或者自己在知道原件特性的基础上，自己做出所需要的原件。这使得实验内容设计变得方便，有利于让学生接触新兴的实验内容。3．便于创新性实验室的建设虚拟仪器、仪表、信号源等为创新性实验室的构建打下基础，老师可以根据强大的软件来研究新的实验内容，学生也可以参与个性化实验研究、创新开发研究。4．便于管理与维护虚拟实验室中的主角是计算机，没有其他的设备，因此在实验过程中基本上是无损耗的，只需一名管理员便可实现对实验室的管理与维护。5．性价比高同传统实验室相比，虚拟实验室建设的投入低、回报高。建立这样的实验室可以同时起到多个实验室的功效（如电路分析实验室、模拟电路实验室、数字电路实验室、信号处理实验室、数字信号处理实验室、嵌入式系统实验室等）。国外虚拟实验室的研究现状：虚拟实验室概念的提出虽然只有20年时间，但是发展速度飞快，特别是在国外一些发达国家。美国尤为重视信息技术的开发，已经提出了将虚拟实验室的建立列入到科研发展的战略规划。此后，美国政府投入资金在相关专业领域建造了各自的虚拟实验室作为示范工程，开展了一系列探索性研究并取得了实质性的进展。美国一些政府部门，如能源部，正在制订计划将其所属的科研机构过渡到虚拟实验室中。目前越来越多的院校和科研机构正投身于构筑一个覆盖美国的虚拟实验网络工作中来。在美国的一些高校中虚拟仪器系统及图形编程语言已经成为了必修课，其普及程度是十分广泛的。在国外高校中建立了自己的虚拟实验室的大学有：美国的麻省理工学院、美国的卡耐基-梅隆大学、德国的汉诺威大学、意大利瓦帕多大学、新加坡国立大学等等。国内虚拟实验室的研究现状：在国内的一些大学也对虚拟实验室的建立引起了重视，部分高校已经初步的建立了虚拟实验室。例如：清华大学利用虚拟仪器构建了汽车发动机检测系统；华中理工大学将虚拟实验室作为远程教育使用；四川大学研制了航空电台二线综合测试仪；北京航空航天大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、复旦大学、上海交通大学、暨南大学、大连理工大学、重庆大学等一些高校也将虚拟仪器系统用于科研和教学。二、课题研究的内容（包括研究目标、拟解决的问题及创新之处）本课题属于应用型研究课题，目标是在我校电子专业中开展虚拟实验教学工作。既然本课题是实验教学的一部分，其最终的研究成果应包括实验系统的构建和实验报告指导书两大部分。这也决定了本课题应从以下几方面入手：1.在理论对实验教学进行系统研究；2.充分的认识电子专业各个学科的特点及其学科间的交叉；3.应用主流软件实现实验平台的建立；4.在反复对实验平台进行验证性实验的同时，分析平台的不足，完善平台的功能；5.制定出与学科实验对应的实验指导书。本课题的拟创新点：1.在信号处理类实验中，引入当前新进的信号处理方法，并针对算法的不足进行一定的改进等；2.实现多学科实验平台合一三、采用的研究思路、研究方法和技术措施从电子重点专业基础课及专业课出发，设计数字电路、模拟电子线路、高频电子线路、微机原理及单片机原理等课程的实验计划，结合目前主流的电子设计软件，如Lebview、Matlab、Protues等，最终完成能够在我校虚拟实验室进行的实验教学。本项目的实施决定于教师对本课程实验的深刻理解，需考察调研高水平本科院校的本科实验情况，再结合我校实际情况，设计出具有教学意义的实验报告。总之，虚拟实验室建立的原则就是：实验来自教学大纲；实验启发创新能力；实验提高学习水平；实验最终学生受益。本项目最终的归宿是用于电子类本科实验教学使用，因此受益者就是做实验的学生。在一些层次不高的本科院校，实验硬件条件有限，因而一般院校的学生很难接触到一些高水平、有启发意义的实验，这时就急需一种通过仿真、在线模拟来做实验，这也是虚拟实验室的存在重大原因。四、本研究具体的分年度实施计划及中期成果2013年6月-2013年8月前期调研2013年9月-2013年11月方案论证2013年12月-2014年2月方案实施，制定实验模块2014年3月-2014年5月初步实现实验功能2014年6月-2014年8月学术论文1篇2014年9月-2014年11完善实验功能2014年12月-2015年2月学术论文1篇2015年3月-2015年5月拟实验报告指导书2015年6月-2015年7月完善实验指导书及实验系统中期成果：学术论文1篇，实验模块分析五、完成课题的保障条件（如研究资料、实验仪器设备、研究时间等）实验设备：数据采集卡、电脑研究时间：2年六、经费预算（包括材料、试验、调研等费用，分年度、分项目列出）实验材料：系（部）意见系主任（签字）年月日学术委员会意见负责人（签字）年月日学校意见校长（签字）年月日