馬草原，許燕青，劉 凱，孫 文，趙萬云

（中國礦業(yè)大學(xué) 信電學(xué)院，江蘇 徐州221008）

0 引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)對學(xué)生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。因此，不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段，全面開放實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生提供更多的實(shí)驗(yàn)機(jī)會，是十分必要的［1］。但是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行必須有實(shí)驗(yàn)場地、實(shí)驗(yàn)儀器，實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)時(shí)間以及學(xué)生興趣等基本條件，而目前學(xué)校在校人數(shù)較多，實(shí)驗(yàn)室教學(xué)任務(wù)繁重，無法為學(xué)生提供更多的實(shí)驗(yàn)機(jī)會，制約了實(shí)驗(yàn)室全面開放的步伐。

為改善電類實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果，我們對交互式網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺（簡稱IVE），并應(yīng)用于電工技術(shù)與電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)活動中。該平臺具有良好的交互性，為實(shí)驗(yàn)室開放提供一種行之有效的解決方案，受到學(xué)生歡迎。

1 虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺開發(fā)的必要性

通過多年的電工技術(shù)與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)存在以下幾個(gè)問題。

（1）儀器使用掌握不好。由于部分學(xué)生不注重強(qiáng)化練習(xí)，在實(shí)驗(yàn)過程中儀器使用仍是個(gè)難點(diǎn)。

（2）實(shí)驗(yàn)接線水平不高。統(tǒng)計(jì)表明，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不正確的學(xué)生中，50%左右是因?yàn)榻泳€出錯(cuò)。

（3）排除故障的能力較差。一些學(xué)生糾正錯(cuò)誤接線的能力較差，在實(shí)驗(yàn)結(jié)果不正確的情況下不愿查線，缺乏成功的信心；有時(shí)錯(cuò)誤原因很簡單，如儀器操作錯(cuò)誤，實(shí)驗(yàn)箱電源沒打開等，但仍然有學(xué)生不能很快找到錯(cuò)誤原因。

（4）對原理掌握不夠扎實(shí)，實(shí)驗(yàn)過程中很難理論聯(lián)系實(shí)際。一些學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程機(jī)械照搬實(shí)驗(yàn)講義，但卻不知道理論依據(jù)；實(shí)驗(yàn)報(bào)告中也不能給出恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)結(jié)論。

（5）知識面較窄。對于常用電子元器件、常用電子儀器和常用實(shí)驗(yàn)方法等基本知識，許多學(xué)生感到陌生，一些學(xué)生只是較好地掌握了課本和實(shí)驗(yàn)講義給出的內(nèi)容。

上述問題在其他電類基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)中也同樣存在，因此，開發(fā)交互式網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課件十分必要。

2 虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的結(jié)構(gòu)功能

2.1 基本結(jié)構(gòu)

IVE由虛擬實(shí)驗(yàn)、信息維護(hù)、報(bào)告管理、統(tǒng)計(jì)評價(jià)、知識庫等五個(gè)模塊構(gòu)成，如圖1所示。其中，信息維護(hù)模塊包括學(xué)生管理、添加實(shí)驗(yàn)、啟動實(shí)驗(yàn)、刪除實(shí)驗(yàn)等功能，在這里教師可以完成學(xué)生管理和實(shí)驗(yàn)管理；報(bào)告管理模塊為學(xué)生提交以及教師批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告提供了一個(gè)接口；虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K提供了電工技術(shù)與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的Flash模型，學(xué)生可以在這里完成實(shí)驗(yàn)連線并將結(jié)果錄入系統(tǒng)；統(tǒng)計(jì)評價(jià)模塊包括成績計(jì)算和教師點(diǎn)評功能。成績計(jì)算由系統(tǒng)自動計(jì)算完成，教師根據(jù)學(xué)生的成績和連線情況可以給出評價(jià)和學(xué)習(xí)建議。知識庫給出了能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的資料和知識。

圖1 IVE的基本結(jié)構(gòu)

2.2 虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K

虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K利用Flash軟件［2］實(shí)現(xiàn)，該模塊不僅給出了逼真的實(shí)驗(yàn)儀器面板圖，而且為學(xué)生提供了接近現(xiàn)實(shí)的儀器操作練習(xí)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境。例如對于萬用表的使用，系統(tǒng)給出了儀器面板和被測量電路，學(xué)生可以利用鼠標(biāo)完成諸如“打開開關(guān)”、“選擇電壓／電流量程”、“交流／直流檔位”、“移動表筆到電路相應(yīng)位置”等功能，系統(tǒng)自動判斷操作是否正確，并給出“操作正確”、“量程選擇錯(cuò)誤”等指示。使學(xué)習(xí)者在沒有實(shí)驗(yàn)儀器的情況下，能方便練習(xí)儀器操作。

虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K還可以給出實(shí)驗(yàn)電路部分連線，要求學(xué)習(xí)者在查明已連線，通過移動鼠標(biāo)完成其它部分連線，在連線完成后，點(diǎn)擊“完成”按鍵，系統(tǒng)自動判斷連線是否正確，并給出相應(yīng)的指示，學(xué)習(xí)者可以反復(fù)進(jìn)行查線和連線的練習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的電路連線及電路查線能力。

2.3 信息維護(hù)模塊

該功能塊基于ASP軟件［3］實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對學(xué)生的信息統(tǒng)一管理。學(xué)生的信息主要包括姓名，學(xué)號，院系，班級，性別等。所設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫較全面地涵蓋了各種信息，其中，院系表包括ID號，學(xué)院代號，學(xué)院名稱等字段；班級表包括ID號，班級代號，班級名稱，所屬院系代號等字段；學(xué)生表包括ID號，學(xué)生學(xué)號，學(xué)生姓名，學(xué)生性別，學(xué)生所在班級代號，學(xué)生所屬院系代號，登錄密碼等字段。系統(tǒng)管理員可以完成對學(xué)生信息管理，如添加修改刪除學(xué)院信息，添加刪除修改班級信息，添加修改刪除學(xué)生信息。

系統(tǒng)管理員能夠?qū)?shí)驗(yàn)的基本數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。其信息主要有實(shí)驗(yàn)的電路圖，實(shí)驗(yàn)的名稱，要求完成實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，班級，性別，開放實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，以及最為重要的實(shí)驗(yàn)答案。實(shí)驗(yàn)基本信息表主要字段有：ID號，實(shí)驗(yàn)名稱，實(shí)驗(yàn)電路圖，實(shí)驗(yàn)規(guī)定完成時(shí)間，實(shí)驗(yàn)開放日期，實(shí)驗(yàn)狀態(tài)（實(shí)驗(yàn)處于開發(fā)還是關(guān)閉狀態(tài)），實(shí)驗(yàn)答案等。

2.4 報(bào)告管理模塊

學(xué)生通過報(bào)告管理模塊完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的提交，教師可以查看瀏覽學(xué)生所提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并給出成績及相應(yīng)的點(diǎn)評。實(shí)驗(yàn)報(bào)告信息主要有實(shí)驗(yàn)名稱，班級，姓名，學(xué)號，實(shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)體會，實(shí)驗(yàn)時(shí)間等信息。數(shù)據(jù)庫中實(shí)驗(yàn)報(bào)告基本信息表主要字段包括ID號，實(shí)驗(yàn)ID號，學(xué)號，實(shí)驗(yàn)體會，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)電路圖，實(shí)驗(yàn)日期，課程名稱等。

2.5 統(tǒng)計(jì)評價(jià)模塊

統(tǒng)計(jì)評價(jià)模塊包括成績計(jì)算和教師點(diǎn)評功能。成績計(jì)算由系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)管理員或教師添加實(shí)驗(yàn)時(shí)所填寫的實(shí)驗(yàn)答案自動計(jì)算完成，并給出實(shí)驗(yàn)成績，教師根據(jù)學(xué)生的成績和連線情況可以給出評價(jià)和學(xué)習(xí)建議。

其中學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（如實(shí)驗(yàn)連線）和計(jì)算出的成績保存到實(shí)驗(yàn)結(jié)果信息表中，主要字段有：學(xué)生學(xué)號，實(shí)驗(yàn)ID，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)成績，完成實(shí)驗(yàn)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)日期，教師評價(jià)意見 。

2.6 知識庫模塊

電工技術(shù)與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程所面對的學(xué)生剛剛接觸電學(xué)基礎(chǔ)知識，因此，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣至關(guān)重要。知識庫給出了組成電子、電氣系統(tǒng)的常用元器件，介紹一些實(shí)用的典型系統(tǒng)，如風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、綠色照明系統(tǒng)、機(jī)器人足球比賽、變頻調(diào)速系統(tǒng)等等，鼓勵(lì)學(xué)生利用課余時(shí)間學(xué)習(xí)實(shí)踐電學(xué)基礎(chǔ)知識。這有助于學(xué)生明確學(xué)習(xí)任務(wù)，樹立學(xué)習(xí)目標(biāo)，同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。濃厚的學(xué)習(xí)興趣將克服學(xué)生的厭學(xué)情緒，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，有助于學(xué)生樹立終身學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)理念。

3 結(jié)束語

交互式網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺解決了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的部分難點(diǎn)問題，減輕了教師的負(fù)擔(dān)，有效拓寬了實(shí)驗(yàn)教學(xué)空間。

［1］ 莫治雄，熊偉建.FlashMX網(wǎng)上動畫制作指南［M］.北京：北京希望電子出版社，2003

［2］ 金雪云，焦桂英.ASP.NET高級開發(fā)技術(shù)與范例［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2002

［3］ 金平，張尊僑，高文煥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2005，22（2）：1252130

［4］ 許燕青，馬草原.“模擬電子技術(shù)”教學(xué)改革初探［C］.華北地區(qū)高等學(xué)校電子技術(shù)教學(xué)研究學(xué)會，2006年會論文集.2006：35238