基于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的虛擬電工實驗平臺的探索與設(shè)計

張鵬

[摘 要]傳統(tǒng)的電工課程在完成實驗教學(xué)環(huán)節(jié)時，通常采用大量的紙質(zhì)實驗指導(dǎo)書完成實驗報告，使用效率較低。本文探索了使用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和虛擬仿真技術(shù)取代傳統(tǒng)的紙質(zhì)實驗報告的功能，建立電工實驗平臺，學(xué)生通過該平臺完成實驗填寫實驗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)無紙化教學(xué)，節(jié)約教學(xué)資源。

[關(guān)鍵詞]電工實驗平臺、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、Multisim、虛擬仿真

中圖分類號：G642.4；TP393-4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）17-0337-01

1 引言

面對電子電工智能化儀器的不斷推出，以及信息時代下網(wǎng)絡(luò)化的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的電子電工實驗教學(xué)已經(jīng)不能滿足新形勢下的教學(xué)要求，面臨各種各樣的問題。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)主要依賴費用高昂的實驗設(shè)備，存在前期投入大、后期維護(hù)費用高，開展過程受時間、地點、人力、物力、財力等限制問題，致使實驗教學(xué)無法有效開展，嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量。另外，有限的教師很難在有限的時間內(nèi)細(xì)致地指導(dǎo)大批的學(xué)生，設(shè)計性和探究性實驗更是難以開展。目前，國內(nèi)外一些知名高校的電子電工類的實驗課程，主要以虛擬化為主要發(fā)展方向。本文探討了開發(fā)虛擬化電工實驗平臺所涉及的一些理論進(jìn)行了深入的探討

2 虛擬化電工實驗平臺構(gòu)架選擇

電工實驗平臺面向?qū)W校全體教師和學(xué)生.用戶在時間上和空間上的分布都比較分散。這就要求該平臺的使用不受時間和空間的限制.能為用戶提供方便。因此。首先應(yīng)該考慮該平臺的架構(gòu)問題。在當(dāng)前國內(nèi)外各種開發(fā)模式技術(shù)架構(gòu)中.B/S和C/S是兩大主流技術(shù)。B/S架構(gòu)建立在廣域網(wǎng)上。具有面向不同的用戶群、分散地域以及與操作系統(tǒng)平臺關(guān)系最小等方面的特點。

虛擬電工實驗平臺是電工實驗課程的輔助教學(xué)平臺。既要具備進(jìn)行虛擬電工實驗和師生互動的主要功能.又要擺脫傳統(tǒng)實驗室在時空上的限制。因此應(yīng)采用典型的B/S（瀏覽器/服務(wù)器）模式技術(shù)架構(gòu)。

在B/S架構(gòu)體系的虛擬電工實驗平臺中，以瀏覽器（Browser）作為客戶端。只需要安裝普通的IE瀏覽器和LabVIEW的引擎LabVIEW RunTimeEngine，而不必再安裝任何其他的附加軟件。由于只有極少部分事務(wù)邏輯在客戶端實現(xiàn)，所以基本上實現(xiàn)了客戶端的零維護(hù)。平臺的主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端（Server）實現(xiàn)，并通過服務(wù)器上相關(guān)軟件實現(xiàn)對后臺數(shù)據(jù)庫的訪問。形成所謂三層（3-tier）結(jié)構(gòu)。

3 虛擬化電工實驗平臺管理系統(tǒng)

隨著網(wǎng)絡(luò)普及和應(yīng)用， 虛擬化電工實驗平臺可依托于校園網(wǎng)，整個系統(tǒng)管理具有以下特點：

（1）管理全程化。對儀器設(shè)備使用前、使用中、使用后的全過程進(jìn)行管理。

（2）維護(hù)簡單化。能夠?qū)Ψ植剂闵⒌膬x器設(shè)備集中管理，充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，縮短建設(shè)周期，降低建設(shè)和維護(hù)成本。管理、維護(hù)更加方便有效、更加簡單易行。

（3）運(yùn)行環(huán)保化。能夠在設(shè)備共享服務(wù)過程中提高設(shè)備的使用壽命、節(jié)約設(shè)備的使用能耗，節(jié)能環(huán)保。

在虛擬實驗平臺的基礎(chǔ)上，實驗系統(tǒng)管理可以更加智能化，具有在線預(yù)約實驗內(nèi)容及時間、簽到、實驗預(yù)習(xí)及實驗過程詳細(xì)指導(dǎo)、教師在線監(jiān)控學(xué)生實驗情況、在線手動或自動批改作業(yè)等功能。能夠大大減少實驗室教師及授課教師的工作量，可以更多地去關(guān)注學(xué)生做實驗的情況，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

尤其是在線批改作業(yè)可以有效節(jié)約紙張，并避免學(xué)生相互抄襲。對基礎(chǔ)性實驗可有選擇地批改，其他使用自動批改功能，對創(chuàng)新研究性實驗可手動批改，學(xué)生可在網(wǎng)上隨時查閱批改結(jié)果。

4 基于虛擬仿真實驗研究方法

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法多具有驗證性特點，不利十學(xué)生創(chuàng)造性的發(fā)揮。實驗教學(xué)的主要目的是要學(xué)生學(xué)會用實驗的方法研究解決問題，培養(yǎng)綜合能力和創(chuàng)新能力。將虛擬仿真軟件引入電工電子實驗中，能夠開發(fā)出滿足不同層次的設(shè)計型和綜合型實驗，彌補(bǔ)傳統(tǒng)實驗教學(xué)的不足

Multisim是美國國家儀器公司推出的原理電路設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。Multisim元器件庫提供了數(shù)千種電路元器件供實驗選用，虛擬測試儀器儀表種類齊.全，有一般實驗室用的通用儀器，如萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、雙蹤示波器、直流電源。。而且還有一般實驗室少有或沒有的儀器，如波特圖儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等，它具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以設(shè)計、測試和演示各種電子電路。這類軟件剛好能滿足教學(xué)的需求。

基于Multisim實驗研究方法，學(xué)生根據(jù)設(shè)計任務(wù)，自己動手，自行設(shè)計方案進(jìn)行實驗原理電路的設(shè)計，在Multisim中構(gòu)建虛擬電路模型，不斷設(shè)計-調(diào)試-修改-完善，直到達(dá)到設(shè)計要求。

通過Multisim實驗研究方法和過程可以看出，Multisim仿真在電工電子教學(xué)中的應(yīng)用具很大的優(yōu)勢。

5 結(jié)束語

該虛擬電工實驗平臺較好地滿足了我校電氣專業(yè)學(xué)生的部分培養(yǎng)需求?；诮處熛戎笇?dǎo)后引導(dǎo)，學(xué)生先實踐后自主的實驗教學(xué)方式，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，解決了傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式不足。設(shè)計的虛擬仿真教學(xué)實驗臺脫胎于教學(xué)，學(xué)生通過該教學(xué)系統(tǒng)，可以實際大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和實驗主動性。在動手實踐中，還加深了對學(xué)生專業(yè)課程的認(rèn)識和對專業(yè)的好感，同時，增強(qiáng)了他們的團(tuán)隊合作性和解決問題的軟能力。

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