針對中職電類課程網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗系統(tǒng)開發(fā)和探究

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1、針對中職電類課程網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗系統(tǒng)開發(fā)和探究　　摘要：目前，隨著虛擬仿真軟件的普及，電類實驗教學使用的網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗環(huán)境已成為可能。虛擬電子實驗通過在線仿真，使學生自由地根據(jù)自己的能力和課程設(shè)置進行相關(guān)實驗，有利于培養(yǎng)學生獨立學習的能力。關(guān)鍵詞：虛擬實驗室仿真軟件網(wǎng)絡(luò)教學一、引言本文針對中等職業(yè)技術(shù)學校對電工電子實驗室的功能定位及基本要求，制訂了基于網(wǎng)絡(luò)虛擬化的電工電子實驗平臺的構(gòu)建方案，使開發(fā)的實驗平臺實現(xiàn)虛擬的電類線路的搭建、參數(shù)調(diào)整、虛擬仿真、實驗結(jié)果保存與數(shù)據(jù)恢復(fù)及多個實驗電路設(shè)計方案的比較與分析。7虛擬實驗技術(shù)為中職教育的電類課程教學提供豐富的拓展空間。在

2、虛擬實驗過程中，學生可以自由地選擇適合的時間、地點、進度進行與課程內(nèi)容相匹配的實驗，可以個人單獨或小組協(xié)同工作，并根據(jù)課程內(nèi)容的相關(guān)知識點由學生自行安排實驗進程。虛擬實驗技術(shù)就是把實驗內(nèi)容的選擇權(quán)、主動權(quán)交給學生。教師提供實驗建議和實驗評價，讓學生根據(jù)自己所學課程的知識點，選擇適合自己的并與課程知識點相關(guān)的實驗，從而掌握專業(yè)知識。虛擬實驗技術(shù)可以更好地培養(yǎng)學生自我評估和獨立或團隊合作的能力。二、虛擬實驗室的組成依靠虛擬儀器構(gòu)建的虛擬實驗室，虛擬儀器是虛擬實驗室的核心，是通過計算機軟件模擬硬件模塊的虛擬實驗平臺，即利用計算機軟件模擬傳統(tǒng)的硬件實驗裝置，以完成實驗。

3、因此虛擬儀器構(gòu)建的虛擬實驗室具有成本低、可重復(fù)使用、數(shù)據(jù)不易丟失等優(yōu)點，這是傳統(tǒng)的硬件實驗平臺無法比擬的。如圖1所示，虛擬實驗室包括虛擬儀器系統(tǒng)，該虛擬儀器系統(tǒng)通過遠程用戶端、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、虛擬實驗室管理系統(tǒng)進行連接并訪問。圖1虛擬實驗室的組成原理圖在具體實施過程中，學生通過計算機遠程登錄到虛擬實驗室的客戶端，通過IE瀏覽器訪問虛擬實驗室。學生選擇合適的課程項目后進入虛擬儀器的控制臺，虛擬儀器的控制面板發(fā)出相應(yīng)實驗操作指令，包括設(shè)置實驗參數(shù)，例如電阻、電容、三極管參數(shù)和型號，虛擬儀器接收到上述操作指令和實驗參數(shù)后，學生通過虛擬儀器的仿真模塊構(gòu)建虛擬實驗電路，并

4、將實驗獲得的數(shù)據(jù)通過計算機網(wǎng)絡(luò)返回給位于客戶端的學生。教師可以通過學生的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，教師和學生可以同時或分別進行實驗數(shù)據(jù)分析、自評或互評。三、網(wǎng)上虛擬電工電子實驗室的設(shè)計與實現(xiàn)1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)7網(wǎng)上虛擬電工電子實驗平臺采用B/S體系結(jié)構(gòu)，以TCP/IP作為網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。利用Java的Applet技術(shù)設(shè)計前端的實驗操作環(huán)境，利用Java的Servlet技術(shù)處理前端用戶的請求。先對學生的操作請求做預(yù)處理電路分析指令，在Java代碼中調(diào)用PPSpice軟件對前端發(fā)送來的PSpice分析指令進行電路分析。學生只需通過網(wǎng)絡(luò)對此框架內(nèi)的虛擬器件進行模塊拖拽和線路

5、連接及屬性編輯等動作搭建實驗?zāi)Ｐ?，并進行相關(guān)實驗。虛擬的實驗環(huán)境具有可視化、交互性、資源共享、安全性等特點。它符合遠程教育對實驗教學的要求，通過強大的交互功能營造了一個逼真的實驗環(huán)境，其仿真實驗結(jié)果和實際實驗結(jié)果非常接近，并且更趨向理論計算數(shù)據(jù)。圖2為電工電子實驗平臺系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)圖，主要包括五個模塊：電路設(shè)計模塊、儀器模塊、實驗電路存取模塊、實驗面板控制模塊、實驗仿真模塊。7電路設(shè)計模塊、儀器模塊、實驗電路存取模塊、實驗面板控制模塊直接面向客戶端，接收客戶端的指令。電路設(shè)計模塊包括：交互模塊、元器件模塊和電路連接模塊；儀器模塊包括：交互模塊、參數(shù)模塊和顯示模塊

6、；實驗電路存取模塊包括：保持模塊和讀取模塊；實驗面板控制模塊包括：各電路模塊仿真單元，例如，供電模塊（內(nèi)含交、直流電壓和電流模塊）、電路案例模塊，如由555搭建的各種時基電路、簡單三極管測試電路。實驗仿真模塊作為本電工電子實驗平臺系統(tǒng)的核心模塊，包括仿真控制模塊、數(shù)據(jù)收集模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)解析模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。圖2系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖2.虛擬實驗平臺的體系結(jié)構(gòu)本電工電子實驗平臺系統(tǒng)軟件架構(gòu)分為四層：（1）界面層：①學生搭建實驗仿真電路圖，并進行相關(guān)元器件的參數(shù)設(shè)置，該數(shù)據(jù)用.gra文件形式進行封裝。②通過解析傳輸層反饋的實驗仿真數(shù)據(jù)，該實驗仿真數(shù)

7、據(jù)同樣采用.gra文件的形式，發(fā)送至計算機界面上，供學生檢查實驗數(shù)據(jù)。（2）數(shù)據(jù)處理層：其主要作用是通過電路仿真軟件PSpice將接收到的.gra文件進行解析，轉(zhuǎn)換為.cir文件，然后進行電路仿真，獲得電路仿真結(jié)果，并生成含有結(jié)果數(shù)據(jù)的.out文件。（3）仿真層：實現(xiàn)上述數(shù)據(jù)處理層的主要步驟，即解析學生通過客戶端傳輸?shù)碾娐贩抡鎸嶒灢僮鞯臄?shù)據(jù).gra文件，并轉(zhuǎn)換為.cir文件，為后續(xù)仿真做準備；再調(diào)用PSpice進行仿真，獲得仿真實驗數(shù)據(jù)。（4）服務(wù)層：存儲仿真實驗數(shù)據(jù)，臨時保存實驗及與實驗有關(guān)的數(shù)據(jù)設(shè)置和仿真數(shù)據(jù)。如圖3所示。7圖3系統(tǒng)軟件框架3.系統(tǒng)組成及功能

8、如圖4所示，虛擬實驗平臺