基于校園網(wǎng)的電工電子虛擬實驗系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，新器件與新的實驗方法層出不窮，傳統(tǒng)的電類實驗教學(xué)方法已經(jīng)落后于時代的發(fā)展。目前，院校實驗室的建制模式普遍是根據(jù)學(xué)生所學(xué)課程的進度，以滿足對實驗的驗證要求而建立的，存在著較多的弊端和缺陷。

構(gòu)建電工電子網(wǎng)上虛擬實驗系統(tǒng)，可以作為傳統(tǒng)實驗室的補充和擴展。該系統(tǒng)以學(xué)生為中心，在抓好基礎(chǔ)實驗，打牢基本理論知識的同時，可以根據(jù)不同層次、不同專業(yè)的學(xué)員，有針對性的開設(shè)一些貼近院校教育的需求、突出專業(yè)的特色的綜合型、創(chuàng)新型實驗，形成一個靈活多樣、符合不同專業(yè)要求的新型的實驗課教學(xué)體系。從而提高學(xué)生應(yīng)用電工電子技術(shù)的能力，掌握現(xiàn)有裝備的維修與維護技術(shù)。

一、網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗系統(tǒng)的優(yōu)勢

網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗系統(tǒng)是一個軟件虛擬環(huán)境，沒有元器件損壞、接觸不良、儀器燒毀等現(xiàn)象的存在，真正體現(xiàn)了“軟件就是儀器、就是元器件”“一臺計算機就是一個實驗室”的特殊優(yōu)勢。它不僅能夠降低實驗成本，還能夠充分鼓勵實驗者進行創(chuàng)造性甚至是破壞性實驗。與傳統(tǒng)的實驗教學(xué)相比較，其優(yōu)勢是顯而易見的。依托校園網(wǎng)，建立網(wǎng)上虛擬實驗系統(tǒng)，可以擺脫固定實驗室的限制，全天候開放。

（一）解決實驗教學(xué)資金投入不足的問題

實驗室的建設(shè)，必須有場所、設(shè)備、專職的實驗人員等固定的投入，實驗儀器設(shè)備的購買和后期維護也需要大筆的資金，電工電子元器件的發(fā)展，新的元器件不斷地涌現(xiàn)，不斷地更新各種實驗元器件更需要大量連續(xù)的資金支持。由此可見，資金的不足導(dǎo)致實驗室的規(guī)模較小，功能單一，有效利用率低，對培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力有極大影響。

網(wǎng)上虛擬實驗系統(tǒng)是基于軟件的虛擬實驗平臺，把相關(guān)實驗用的儀器設(shè)備，各種元器件都集成到軟件中，在實驗的過程中可以直接調(diào)用。而且對于不斷更新的電子元器件也可以通過各種方式進行導(dǎo)入，也不存在實驗設(shè)備的老化和損壞、元器件的損壞等后期問題，從而減少了大量資金的投入。

（二）解決實驗教員缺乏的問題

固定場所的實驗必須有相關(guān)實驗人員的管理和指導(dǎo)，如果實驗開出的組數(shù)較少、每組人數(shù)過多，不能達到實驗效果；但如果開出組數(shù)較多，就必然會加大實驗人員的勞動強度。網(wǎng)上虛擬實驗系統(tǒng)完全可以解決這個看似不可調(diào)和的矛盾。

網(wǎng)上虛擬實驗系統(tǒng)可以實現(xiàn)一對一、一對多、多對多地進行指導(dǎo)和交流，甚至可以把實驗指導(dǎo)者擴展到任課老師等相關(guān)人員，擴大了實驗指導(dǎo)人員的范圍。同時，對于普遍存在的問題，可以一次輔導(dǎo)直接解決，還可以用視頻的方式讓學(xué)生自主觀看，不在像實驗室中要對學(xué)生進行多次講解，從而大大減少了實驗教員的勞動強度，也提高了實驗的效果。

（三）可以解決實驗室開放時間缺乏的問題

目前，傳統(tǒng)實驗室出于安全和管理等方面的考慮，只是在有實驗課時安排開放，其它時間都是關(guān)閉的，浪費大量的資源，不能完全發(fā)揮實驗室的功能和作用。

虛擬實驗系統(tǒng)依托于校園網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)二十四小時開放，并且不需要專人值守。只要學(xué)生能夠有一臺連接網(wǎng)絡(luò)的計算機，就可以登陸系統(tǒng)進行學(xué)習(xí)和開展感興趣的實驗，從而培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新精神。

二、網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗系統(tǒng)的主要功能

系統(tǒng)采用WEB網(wǎng)站的形式，在校園網(wǎng)上建立鏈接，提供老師與學(xué)生的入口。通過聯(lián)入校園網(wǎng)的計算機就可以登陸、調(diào)用虛擬實驗軟件進行相關(guān)的實驗。虛擬實驗系統(tǒng)的主體采用EWB（Electronics Workbench，虛擬電子工作平臺）軟件，學(xué)生可以在線調(diào)用該軟件，或者下載到本地進行使用。

該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)管理模塊、網(wǎng)上學(xué)習(xí)模塊、虛擬實驗?zāi)K、在線答疑模塊四大部分組成。

數(shù)據(jù)管理模塊功能：實現(xiàn)對人員登陸、實驗結(jié)果等信息的存儲和管理。

網(wǎng)上學(xué)習(xí)模塊功能：完成對實驗系統(tǒng)中虛擬軟件的學(xué)習(xí)；完成對實驗中相關(guān)知識點的學(xué)習(xí)。

虛擬實驗?zāi)K功能：分為基礎(chǔ)性實驗和創(chuàng)新性實驗?；A(chǔ)性實驗與課本知識相結(jié)合，主要以驗證性的實驗為主。創(chuàng)新性實驗主要用來提高學(xué)員的綜合素質(zhì)和動手能力，提高學(xué)員的創(chuàng)造性思維。

在線答疑模塊功能；通過留言板、論壇、聊天室等形式，實現(xiàn)老師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間的在線交流。使得老師能夠及時對學(xué)生的實驗進行指導(dǎo)，解決學(xué)生提出的各種問題，學(xué)生之間也能實時在線交流實驗心的。

該系統(tǒng)最大的特點就在于它的交互性，學(xué)生要在一個知識的環(huán)境中學(xué)習(xí)，與環(huán)境中的各種事物發(fā)生聯(lián)系。無論是通過學(xué)習(xí)模塊進行交互學(xué)習(xí)、虛擬實驗?zāi)K中的創(chuàng)新實驗、還是在線答疑系統(tǒng)中的實時指導(dǎo)、交流討論，目的都是為學(xué)生營造一種自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)的環(huán)境，培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的綜合能力。

該系統(tǒng)為實驗教學(xué)提供了全新的教學(xué)手段，成為傳統(tǒng)實踐教學(xué)的重要補充。其最終的目標是突出網(wǎng)絡(luò)特色，貼近專業(yè)需求，用較為經(jīng)濟的方式和先進的技術(shù)來提供一種簡便、實用、科學(xué)、高效的教學(xué)手段，以此來滿足電工電子實驗教學(xué)日益增長的需求。