基于計算機網(wǎng)絡的虛擬電工實驗平臺的探索與設計

張鵬

[摘 要]傳統(tǒng)的電工課程在完成實驗教學環(huán)節(jié)時，通常采用大量的紙質實驗指導書完成實驗報告，使用效率較低。本文探索了使用計算機網(wǎng)絡和虛擬仿真技術取代傳統(tǒng)的紙質實驗報告的功能，建立電工實驗平臺，學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，節(jié)約教學資源。

[關鍵詞]電工實驗平臺、計算機網(wǎng)絡、Multisim、虛擬仿真

中圖分類號：G642.4；TP393-4 文獻標識碼：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)絡化的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的電子電工實驗教學已經(jīng)不能滿足新形勢下的教學要求，面臨各種各樣的問題。傳統(tǒng)的實驗教學主要依賴費用高昂的實驗設備，存在前期投入大、后期維護費用高，開展過程受時間、地點、人力、物力、財力等限制問題，致使實驗教學無法有效開展，嚴重影響教學質量。另外，有限的教師很難在有限的時間內(nèi)細致地指導大批的學生，設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行了深入的探討

2 虛擬化電工實驗平臺構架選擇

電工實驗平臺面向學校全體教師和學生.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。首先應該考慮該平臺的架構問題。在當前國內(nèi)外各種開發(fā)模式技術架構中.B/S和C/S是兩大主流技術。B/S架構建立在廣域網(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平臺。既要具備進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。因此應采用典型的B/S（瀏覽器/服務器）模式技術架構。

在B/S架構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。平臺的主要事務邏輯在服務器端（Server）實現(xiàn)，并通過服務器上相關軟件實現(xiàn)對后臺數(shù)據(jù)庫的訪問。形成所謂三層（3-tier）結構。

3 虛擬化電工實驗平臺管理系統(tǒng)

隨著網(wǎng)絡普及和應用， 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。對儀器設備使用前、使用中、使用后的全過程進行管理。

（2）維護簡單化。能夠對分布零散的儀器設備集中管理，充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡，縮短建設周期，降低建設和維護成本。管理、維護更加方便有效、更加簡單易行。

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

在虛擬實驗平臺的基礎上，實驗系統(tǒng)管理可以更加智能化，具有在線預約實驗內(nèi)容及時間、簽到、實驗預習及實驗過程詳細指導、教師在線監(jiān)控學生實驗情況、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，可以更多地去關注學生做實驗的情況，提高學生自主學習的能力。

尤其是在線批改作業(yè)可以有效節(jié)約紙張，并避免學生相互抄襲。對基礎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，學生可在網(wǎng)上隨時查閱批改結果。

4 基于虛擬仿真實驗研究方法

傳統(tǒng)的實驗教學方法多具有驗證性特點，不利十學生創(chuàng)造性的發(fā)揮。實驗教學的主要目的是要學生學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計型和綜合型實驗，彌補傳統(tǒng)實驗教學的不足

Multisim是美國國家儀器公司推出的原理電路設計、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、邏輯轉換器、失真儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡分析儀等，它具有較為詳細的電路分析功能，可以設計、測試和演示各種電子電路。這類軟件剛好能滿足教學的需求。

基于Multisim實驗研究方法，學生根據(jù)設計任務，自己動手，自行設計方案進行實驗原理電路的設計，在Multisim中構建虛擬電路模型，不斷設計-調(diào)試-修改-完善，直到達到設計要求。

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中的應用具很大的優(yōu)勢。

5 結束語

該虛擬電工實驗平臺較好地滿足了我校電氣專業(yè)學生的部分培養(yǎng)需求。基于教師先指導后引導，學生先實踐后自主的實驗教學方式，讓學生自主學習，解決了傳統(tǒng)實驗教學模式不足。設計的虛擬仿真教學實驗臺脫胎于教學，學生通過該教學系統(tǒng)，可以實際大大提高了學生學習的積極性和實驗主動性。在動手實踐中，還加深了對學生專業(yè)課程的認識和對專業(yè)的好感，同時，增強了他們的團隊合作性和解決問題的軟能力。

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