張洪勝

（淮南聯(lián)合大學(xué) 計(jì)算機(jī)系，安徽 淮南 232038）

一種基于WEB的交互型PROTEUS實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺

張洪勝

（淮南聯(lián)合大學(xué) 計(jì)算機(jī)系，安徽 淮南 232038）

通過將基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的WEB應(yīng)用與基于Proteus軟件的單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，建立一種能夠在實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下開展交互型實(shí)驗(yàn)教學(xué)的PROTEUS仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動在一種可管理控制的狀態(tài)下有效地進(jìn)行，同時(shí)利用動態(tài)WEB的資源共享和良好的交互性充分提高學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的積極性、主動性，并且使實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠真正擺脫時(shí)間與空間上的限制，從而使PROTEUS仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有更廣泛的應(yīng)用空間.

Web；仿真實(shí)驗(yàn)；Proteus

1 前言

Proteus是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件.它除了具有其它EDA工具軟件的原理布圖、PCB自動或人工布線、SPICE電路仿真等仿真功能，還具有互動的電路仿真、仿真處理機(jī)及其外圍電路等新特點(diǎn)[1].由于PROTEUS提供了實(shí)驗(yàn)室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因此將PROTEUS仿真設(shè)計(jì)運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠彌補(bǔ)計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)器材、檢驗(yàn)儀器上不足，克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上所遭受的時(shí)間與空間上的限制、靈活地?cái)U(kuò)展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、便于指導(dǎo)學(xué)生開展設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)，因而也提供了一個(gè)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺.

在將PROTEUS仿真設(shè)計(jì)運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，一般的做法是將PROTEUS仿真軟件分別安裝在學(xué)校機(jī)房局域網(wǎng)中的教師機(jī)和學(xué)生機(jī)中，根據(jù)計(jì)算機(jī)硬件課程對實(shí)驗(yàn)的需要，安排并由老師指導(dǎo)學(xué)生完成相關(guān)的仿真實(shí)驗(yàn)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程雖有老師的指導(dǎo)和對學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中疑問的解答，但總體上看，這種仿真實(shí)驗(yàn)基本上是在一種教師機(jī)和學(xué)生機(jī)缺少交互，并且缺少對實(shí)驗(yàn)過程有效控制的狀態(tài)下完成的.同時(shí)由于時(shí)間上的限制，在實(shí)驗(yàn)課結(jié)束時(shí)，教師對學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程和完成情況也很難做出一個(gè)即時(shí)評價(jià)，實(shí)驗(yàn)的完成情況和實(shí)際達(dá)到的效果主要取決于學(xué)生自身學(xué)習(xí)的自覺性和主動性.另外，教學(xué)計(jì)劃中所安排的機(jī)房仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般仍是要求學(xué)生當(dāng)堂完成，因此仍然無法擺脫傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)時(shí)間和空間上對學(xué)生的限制，從而影響學(xué)生積極性和創(chuàng)造性的充分發(fā)揮.

對于利用局域網(wǎng)開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，國內(nèi)一些教師曾經(jīng)進(jìn)行過積極、有效的探索嘗試：例如，王毓俊等開展的“開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的對等局域網(wǎng)技術(shù)平臺研究”[2]，夏新恩所進(jìn)行的“多媒體網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺研究”[3]，以及其結(jié)合學(xué)校的多媒體教學(xué)網(wǎng)絡(luò)所進(jìn)行的“Proteus仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的研究”[4].利用局域網(wǎng)和多媒體教學(xué)軟件開展計(jì)算機(jī)硬件仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，老師和學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中能夠進(jìn)行良好的互動并能對教學(xué)過程進(jìn)行一定的控制，不過其實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的使用仍然局限在多媒體教室的局域網(wǎng)范圍內(nèi)，并且其對實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的控制更多的是靠教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，而缺少一種對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行控制和評價(jià)的有效機(jī)制.

針對利用Proteus仿真實(shí)驗(yàn)開展硬件課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的上述問題，本文提出一種基于WEB的交互型實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模式，通過利用具有資源共享和良好交互特性的WEB技術(shù)，開發(fā)一個(gè)基于WEB技術(shù)的分布式實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺，該平臺既可用于具有局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的PROTEUS實(shí)驗(yàn)機(jī)房，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程進(jìn)行有效控制和及時(shí)評價(jià)，同時(shí)也可用于互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)和指導(dǎo)，使仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)真正擺脫時(shí)間和空間的限制，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性和創(chuàng)造性.

2 基于WEB的互動型PROTEUS實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模型

2.1 Web技術(shù)簡介

Web是World Wide Web(環(huán)球信息網(wǎng))的縮寫，Web技術(shù)是一種分布式應(yīng)用結(jié)構(gòu)，Web應(yīng)用中的每一次信息交換都是在客戶端和服務(wù)器端之間進(jìn)行的.Web服務(wù)器稱為WWW服務(wù)器，其作用是整理和存儲各種WWW資源，并響應(yīng)客房端軟件的請求.Web客戶端的主要任務(wù)是展現(xiàn)信息內(nèi)容.Web應(yīng)用的開發(fā)通常會采用動態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)，如ASP、JSP、PHP技術(shù)等.動態(tài)網(wǎng)頁是指可以根據(jù)訪問者的不同需要，對訪問者提供不同響應(yīng)的網(wǎng)頁，動態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)的原理是：將使用不同技術(shù)編寫的動態(tài)頁面保存在Web服務(wù)器中，當(dāng)客戶端向服務(wù)器端申請?jiān)L問動態(tài)頁面時(shí)，Web服務(wù)器將該頁面提交給相應(yīng)的解釋引擎，解釋引擎執(zhí)行頁面上的腳本程序以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，最后將執(zhí)行的結(jié)果連同頁面上的HTML內(nèi)容以及各種客戶端腳本一同傳遞給客戶端[5].因此利用WEB技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)資源的共享，同時(shí)客戶端和服務(wù)器端具有良好的交互性.

2.2 基于Web的交互型PROTEUS實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模型

對于每一個(gè)PROTEUS仿真實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)步驟以及實(shí)驗(yàn)過程的演示等相關(guān)資料事先保存在WEB服務(wù)器上，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容要求在本地利用PROTEUS完成實(shí)驗(yàn)，并將實(shí)驗(yàn)的中間和最終結(jié)果上傳給WEB服務(wù)器由教師指導(dǎo)和評價(jià).利用WEB開展PROTEUS課堂仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程如下：

（1）上課時(shí)，教師和學(xué)生分別以自身的角色登錄Web網(wǎng)站.

（2）學(xué)生首先通過WEB查看本節(jié)實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、要求、實(shí)驗(yàn)步驟等信息.

（3）在明確實(shí)驗(yàn)任務(wù)要求的基礎(chǔ)上，學(xué)生在本地計(jì)算機(jī)上使用PROTEUS軟件按照實(shí)驗(yàn)步驟的要求分步完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中每一步在完成后可以提交分步結(jié)果到WEB服務(wù)器.實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)如果有疑問，可以自己觀看網(wǎng)上的實(shí)驗(yàn)過程演示的視頻資料，也可以在網(wǎng)上向指導(dǎo)老師提問，指導(dǎo)教師可以利用WEB對問題進(jìn)行解答，也可現(xiàn)場進(jìn)行指導(dǎo).

（4）教師在自己的機(jī)器上查看WEB上學(xué)生提交的分步實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并通過WEB給出指導(dǎo)意見和評價(jià).

（5）實(shí)驗(yàn)課結(jié)束前，學(xué)生利用WEB填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告并當(dāng)場提交.

（6）教師根據(jù)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)結(jié)果了解學(xué)生整個(gè)實(shí)驗(yàn)的完成情況，當(dāng)場或在課后進(jìn)行評價(jià)打分.

在基于Web的交互型PROTEUS實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模型中，整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程是由教師和學(xué)生通過WEB的交互性進(jìn)行控制和管理的.教師對學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程的分步評價(jià)驅(qū)動學(xué)生完成整個(gè)實(shí)驗(yàn).由于采用分布式結(jié)構(gòu)，對于由于某種原因無法在課堂上當(dāng)場完成實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，則可以讓他們在課后通過其他場合登錄該平臺繼續(xù)完成.另外，采用這種教學(xué)模式，教師可以在時(shí)間空間不受限制的情況下，指導(dǎo)學(xué)生完成諸如課程設(shè)計(jì)、課后實(shí)驗(yàn)作業(yè)等實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動.

3 基于Web的交互型PROTEUS實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺

3.1 交互型PROTEUS教學(xué)管理平臺的主要功能

基于Web的交互型PROTEUS教學(xué)管理平臺的用戶包括：管理員、PROTEUS實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師和參與做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，該平臺的主要功能有：

（1）注冊和登錄功能：無論教師還是學(xué)生，首先必須注冊成為平臺的合法用戶，才登錄和使用本系統(tǒng).

（2）瀏覽查看實(shí)驗(yàn)成績功能：學(xué)生可以在以學(xué)生身份登錄后，查看某門課程各個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際完成情況和教師的評價(jià).

（3）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目管理功能：負(fù)責(zé)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的教師在以教師身份登錄后，可以對自己所承擔(dān)課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行管理，包括增加、刪除、更改實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)步驟等實(shí)驗(yàn)相關(guān)信息；上傳教師自己開發(fā)的模型元件庫等教學(xué)相關(guān)資料、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作視頻資料供學(xué)生參考.

（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分步提交和填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告功能：學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，需要將實(shí)驗(yàn)過程的分步結(jié)果及實(shí)驗(yàn)完成后的實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交到服務(wù)器上，供實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師指導(dǎo)和評價(jià).

（5）學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果的成績評價(jià)功能：實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生的分步實(shí)驗(yàn)完成情況對分步結(jié)果及總的實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行評價(jià)或打分，以作為本門課程的考核參考依據(jù).

（6）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的視頻演示功能：學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，可以根據(jù)需要選擇觀看相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作過程的視頻資料，以幫助自己完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.

（7）實(shí)驗(yàn)過程的指導(dǎo)功能：教學(xué)在實(shí)驗(yàn)過程中遇到問題可以在網(wǎng)上直接向教師提問，指導(dǎo)教師則可以現(xiàn)場指導(dǎo)，也可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺解答指導(dǎo).

（8）學(xué)習(xí)資料的下載功能：學(xué)生可以下載教師提供的PROTEUS模型元件庫等各類學(xué)習(xí)資料，拓展自己的學(xué)習(xí)空間和領(lǐng)域.

3.2 交互型PROTEUS教學(xué)管理平臺的構(gòu)成

基于Web的PROTEUS網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境采用B/S結(jié)構(gòu)，由一臺Web服務(wù)器和若干客戶端機(jī)器組成，客房端采用IE瀏覽器與服務(wù)器端進(jìn)行交互，在客戶端需要安裝供完成實(shí)驗(yàn)使用的PROTEUS工具軟件.將計(jì)算機(jī)硬件、嵌入式系統(tǒng)等課程的相關(guān)實(shí)驗(yàn)信息存儲在Web服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，其中包括實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、目的、要求、實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)的演示等.另外數(shù)據(jù)庫中還存儲有參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)生和教師的相關(guān)信息.

3.3 交互型PROTEUS教學(xué)管理平臺的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

基于Web的交互型PROTEUS教學(xué)管理平臺的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，在學(xué)生機(jī)上采用IE瀏覽器作為客戶端界面，在服務(wù)器端采用JSP動態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)，WEB服務(wù)器采用Tomcat6.0,數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用MYSQL5.0.

（1）系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示：

（2）數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)涉及6張數(shù)據(jù)庫表，分別為學(xué)生信息表studentinfo、管理員表 manager、教師信息表teacherinfo、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目信息表experimentinfo、實(shí)驗(yàn)步驟表experimentstep和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表experimentresult.各表的結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系如圖2所示.

（3）JavaBean的設(shè)計(jì)

JavaBean是JSP技術(shù)中可以可以重復(fù)使用、具有跨平臺性能的JAVA組件.交互型PROTEUS教學(xué)管理平臺中的JAVABEAN包括封裝數(shù)據(jù)信息的JAVABEAN和封裝業(yè)務(wù)邏輯的JAVABEAN.封裝數(shù)據(jù)信息的JAVABEAN用于一引起要存儲于數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來自于界面，將其封裝于JavaBean中,然后對其進(jìn)行業(yè)務(wù)操作，其中的屬性和數(shù)據(jù)庫中的字段定義相同.封裝業(yè)務(wù)邏輯的JavaBean，主要實(shí)現(xiàn)對封裝數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)邏輯處理，包括數(shù)據(jù)庫的連接和操作，以及WEB中其他功能實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)邏輯.

圖2 數(shù)據(jù)庫表設(shè)計(jì)

4 結(jié)束語

基于WEB的交互型PROTEUS教學(xué)管理平臺利用WEB資源的共享性，可以充分利用教師在PROTEUS實(shí)驗(yàn)方面開發(fā)的PROTEUS元件模型等教學(xué)資源，便于學(xué)生開展自主學(xué)習(xí).通過對學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行控制和評價(jià)，提高了學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的自覺性和主動性，同時(shí)利用開放的互聯(lián)網(wǎng)，使學(xué)生的PROTEUS實(shí)驗(yàn)過程能夠擺脫傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法在時(shí)間和空間上的限制,使實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以拓展到課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等更多的教學(xué)領(lǐng)域.

〔1〕百度百科http://baike.baidu.com/view/40936.htm.

〔2〕王毓俊,等.開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的對等局域網(wǎng)技術(shù)平臺［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2004,23(6):5-6.

〔3〕夏新恩,多媒體網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺研究與實(shí)施［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2005,24(12):53-57.

〔4〕夏新恩，基于PROTEUS實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的研究與實(shí)施，廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（1）：53-56.

〔5〕宋迎秋,JSP實(shí)用教程[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，2007.

TP368.1

A

1673-260X（2012）05-0037-03

安徽省教育廳教學(xué)研究項(xiàng)目（20101177）