一種便攜式經管教學實驗平臺（PEP系統）的設計與實現

摘要：實驗是經濟學研究中的重要工具。為使經濟學實驗的展開更加便捷和有效，研究和設計了PEP系統。該文對PEP系統的設計思路及原理進行了闡述。PEP系統采用“主機+無線終端”模式，選擇基于調頻的無線技術，使用具備UART串口通訊功能的單片機作為終端主控模塊。系統提供個人選擇決策、博弈論、市場結構理論等8大類實驗。PEP系統可廣泛應用于經濟學、管理學及其他社會科學的教學實驗和研究實驗，為社會科學領域提供了一種新的研究和教學手段。

關鍵詞：經濟學實驗；便攜式；實驗平臺；無線終端

中圖分類號：TP399 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）04-0259-02

經濟學通常被認為是“非實驗”的“觀察性”學科，無法像自然科學那樣通過實驗來驗證。自2002年弗農？史密斯因為將實驗作為經濟分析的一種工具而獲得諾貝爾經濟學獎后，實驗手段做為經濟學研究中的重要工具得到了理論界的認可。實驗手段將經濟理論和人的實際行為關聯在一起，這是一種學習和掌握經濟理論方式根本性的變化[1]。Charles Holt[2]認為，盡管從理論上看，采用足夠的現金激勵對于研究性實驗是必須的，但是在課堂中，很多實驗模型，如市場結構實驗，即使沒有額外激勵，人的自利、競爭心理也足以保證完成這類實驗。因此國外的許多大學已經將實驗引入了經濟學課堂。

一、經濟學實驗的發展

盡管實驗已成為經濟學研究的重要工具，但長期以來經濟學實驗的發展并不順利，其原因有兩個。一是受試者主觀因素的影響。在經濟學實驗中，受試者的心理和行為表現常常受被測群體、激勵方式等非技術因素影響，使實驗結果的可復制性和嚴謹性受到質疑。二是實驗技術不成熟。最初的經濟學實驗以卡片做道具，以紙張記錄實驗數據，包括國內近年出版的實驗經濟學書籍，如文獻[3][4]。實驗時，大量的精力用于信息傳遞、收集和計算，難以控制實驗進度和節奏。目前，計算機及網絡被廣泛應用于經濟學實驗中，主要有如下兩種形式：一種是在機房中進行。這種方式使實驗時間受機房數量和開放時間的限制，且機房建設的投資較大；另外一種是參與者在自己的工作場所或家中通過互聯網參與。這種方式缺乏現場實驗主持者的引導和講解，無法進行有組織有計劃的教學，其實驗結果往往存在爭議。如Tal Shavit[5]的彩票報價實驗，實驗結果表明，參與者通過網絡給出的報價明顯高于課堂參與者的報價，報價標準差也高于課堂參與者；P.Duersch[6]進行的實驗則認為參與者在通過網絡進行實驗時，可能不惜代價以獲得更好成績，從而使實驗結果產生扭曲。針對上述問題，設計并實現了一種新型的經管教學實驗平臺（PEP系統，Portable Experimental Platform），該系統具備便攜、高效和開放式的特征。

二、PEP系統的總體結構

PEP系統由實驗系統軟件、無線通訊模塊、無線終端群三部分構成。

1.實驗系統軟件。安裝在實驗主持者的計算機中，實驗主持者通過軟件，選擇實驗類型、設置實驗參數、進行實驗分組、控制實驗進程、顯示實驗結果、保存實驗數據。

2.無線通訊模塊。用于保證主機和無線終端之間的通訊。由通訊協議、一個可以隨身攜帶、使用時插入主機USB結構的無線收發器，以及無線終端的無線收發模塊構成。

3.無線終端群。用于響應實驗軟件的控制信號，顯示實驗信息、輸入實驗數據，由若干無線終端構成。

三、實驗系統軟件

實驗系統軟件用C#編寫，在.net平臺下開發，目前提供個人選擇決策、博弈論、市場結構理論、拍賣、議價、公共選擇、信息與學習過程、金融與宏觀市場等8大類65個實驗。對同一實驗，可同時進行最多三組不同實驗參數的對比實驗。對經濟學領域以外的其他學科所需的實驗，在編制相應的程序、更新實驗系統軟件、更新無線終端的單片機芯片中的程序后，即可使用。

四、無線通訊模塊

無線通訊模塊由通訊協議、無線收發器、無線終端中的無線收發模塊構成。

1.無線通訊方式。目前常用的無線通訊方式有紅外、27MHz無線射頻、藍牙、調頻等。在課堂、現場進行的實驗，要求具備充分的無線傳輸距離（至少200米以上）、較強的抗干擾能力、能支持雙向傳輸較大量的數據，因此PEP系統選用的是調頻無線技術中的433MHz調頻。無線終端與主機間的通訊協議采用C語言編寫，分物理層、數據鏈路層和應用層三層設計：物理層使用芯片完成數據傳輸、分發和校驗；數據鏈路層定義數據幀格式及字節含義；應用層負責決定參與實驗終端，并執行實驗過程中的處理邏輯。

2.無線收發器與無線收發模塊。無線收發器使用時插入主機USB接口，它將實驗信息通過廣播方式發送給無線終端，并接收參與者通過無線終端返回的信息，其工作原理如圖1所示：

無線收發器及無線終端無線收發模塊使用的芯片是XDRNF4_13，主要原因是：①XDRNF4_13通信時誤碼率低；②可選信道較多，可在一定程度上避免外界信號干擾。對比nRF401，它使用固定信道，當環境中存在其他使用433.92載波頻率通信的設備時，nRF401通信會受到嚴重的干擾。③使用簡單。單片機只需將數據輸入腳（RXD）和數據輸出腳（TXD）接到XDRF4_13無線模塊上，就可通過無線模塊收發數據。

五、無線終端

PEP無線終端由無線收發模塊、鍵盤輸入模塊、電源模塊、顯示模塊、下載模塊和主控模塊構成，如圖2所示。其中，無線收發模塊負責接收來自主機的信息；電源模塊負責提供電能；鍵盤輸入模塊負責向主控模塊輸入信號；主控模塊接受并處理輸入信息；顯示模塊負責進行顯示。下載模塊與主控模塊雙向連接，主控模塊在需要更新程序時，通過下載模塊進行程序更新。終端面板為4*4按鍵矩陣，分配給數字0～9、小數點，以及復位鍵、電源開關、確認鍵、顯示屏上翻頁、顯示屏下翻頁等功能鍵PEP系統的無線終端與其他表決、投票系統的無線終端不同之處如下：①終端需要處理顯示和讀取較多的按鍵值，需要一定量的I/O接口，故芯片針腳要求40個以上，以便擴展和直接控制，并減小電路復雜度和電量消耗。②實驗需要處理復雜邏輯的判別并顯示判斷結果，需要完成無線通信過程控制、數據的加密與解密、數據打包與解包、鍵盤掃描處理等問題，因此要求所使用的單片機擁有較大的程序存儲空間。實驗過程涉及反復與主機交互，且課堂實驗設備的使用頻率高，需要對設備電量進行檢測，所以要求具備數模轉換模塊。因此，PEP系統選擇了具備UART串口通訊功能的STC12C5A60S2做為終端主控模塊單片機。

PEP系統是針對在課堂、現場開展經濟學、管理學及其他社會科學實驗而設計的便攜式實驗平臺，PEP系統、系統的無線終端及實驗軟件，均已申請專利保護（申請號：201120313993.X；201120314030.1）。PEP系統不僅可以完成現有的電子投票系統EVS[7]的功能，還具備如下特點：①便攜性。PEP系統能夠脫離機房環境，在普通課堂或會場中快速開展實驗；②開放性。可以增加新的經濟學實驗、管理實驗；③復雜流程處理能力。實驗參數設置、參與者登錄與分組、對照實驗設置、實驗進程控制、實驗數據處理及保存等實驗流程均能通過PEP系統完成；④適用廣泛。PEP系統適用于宏觀經濟學、博弈論、產業經濟學、微觀經濟學等多學科的教學。此外，政策研究、機制研究等研究人員，也可以根據研究內容設計出需要現場進行的實驗，使用PEP系統在現場開展。

PEP系統的研究和使用，為經濟學及社會科學領域的研究和教學提供了一種新的實驗設備和手段。

參考文獻：

[1]Robert Sugden.The Changing Relationship between Theory and Experiment in Economics [J]. Philosophy of Science.2008.，75（5）：621-632.

[2]Charles A.Holt.Teaching Economic with Classroom Experiment. Southern Economic Journal，January 1999，65（3），603-610.

[3]張鴻武，廖涵，王柯英.經濟學實驗[M].北京：經濟科學出版社.2010.

[4]金雪軍，楊曉蘭.實驗經濟學[M].北京：首都經貿大學出版社.2006.

[5]Tal Shavit，Doron Sonsino，Uri Benzion.A Comparative Study of Lotteries-evaluation in Class and on The Web[J].Journal of Economic Psychology.2001，（22）：483-491.

[6]Peter Duersch，Jorg Oechssler，Burkhard，Schipper.Incentives for Subjects in Internet Experiments[J].Economics Letters 2009，（105）：120-122.

[7]劉凌冰，姜文學.電子表決系統在大班型課堂中的應用研究—英國薩里大學的經驗與啟示[J].中國電化教育，2009，（1）.

作者簡介：盧玲（1975-），女，講師，碩士，主要從事嵌入式系統，計算機應用技術研究。