成小園 易杰 上饒職業(yè)技術(shù)學(xué)院

基于WEB的電子虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

成小園 易杰 上饒職業(yè)技術(shù)學(xué)院

研究了一種基于WEB的電子虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)和應(yīng)用，該平臺(tái)采用Browser –server結(jié)構(gòu)，以TCP/IP通訊協(xié)議進(jìn)行通信，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2005，綜合應(yīng)用JAVA和C++等工具開發(fā)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)WEB環(huán)境下電工虛擬實(shí)驗(yàn)、模擬電路虛擬實(shí)驗(yàn)、數(shù)字電路虛擬實(shí)驗(yàn)等功能，對(duì)高職電子類專業(yè)在線虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有顯著價(jià)值。

WEB環(huán)境 電子虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái) Browser-server結(jié)構(gòu)

1 虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)概述

基于WEB的電子虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)意在解決高職電子類專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中存在的儀器損壞、實(shí)驗(yàn)直觀性不強(qiáng)等問題，整個(gè)平臺(tái)運(yùn)行在WEB環(huán)境下，采用Browser –server結(jié)構(gòu)，以TCP/IP通訊協(xié)議進(jìn)行通信，教師和學(xué)生擁有特定的登錄用戶名和密碼，教學(xué)中可以登錄WEB實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在虛擬環(huán)境下實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析總結(jié)都可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程添加和監(jiān)測(cè)，教學(xué)仿真度高，安全性好，具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

2 虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具體設(shè)計(jì)

2.1 服務(wù)器設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)以Win2000 Advanced Server 作為服務(wù)器的操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互操作界面，安全性也更好，基于服務(wù)器架構(gòu)下采用SQL Server 2005作為實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，并應(yīng)用JAVA和C++等工具開發(fā)服務(wù)器的后臺(tái)管理體系。采用上述技術(shù)和模式設(shè)計(jì)系統(tǒng)服務(wù)器，能夠保證系統(tǒng)平臺(tái)上教學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的安全性和應(yīng)用便捷性。

2.2 客戶端設(shè)計(jì)

客戶端是師生進(jìn)行在線虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要平臺(tái)，主要采用WEB技術(shù)構(gòu)建，具體來說，以ASP、JSP等技術(shù)創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)頁面，師生可通過用戶名及密碼登錄，在虛擬環(huán)境下開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。此外，將Multisim虛擬仿真軟件資源庫整合到本系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫中，借助Multisim軟件中豐富的虛擬電子元件和仿真功能為本系統(tǒng)提供在線實(shí)驗(yàn)資源，如此一來省去了繁瑣的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)元件及功能開發(fā)環(huán)節(jié)，大大提升了平臺(tái)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的效率。

3 虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)教學(xué)功能

3.1 電工虛擬實(shí)驗(yàn)

電工虛擬實(shí)驗(yàn)是本平臺(tái)的主要教學(xué)功能，借助WEB電子虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，電工虛擬實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目主要包含：電路基礎(chǔ)理論知識(shí)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、電路串并聯(lián)實(shí)驗(yàn)、基爾霍夫定律驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、RLC移相電路實(shí)驗(yàn)、戴維寧電路實(shí)驗(yàn)等，要求學(xué)生能夠掌握運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)的在線操作，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并與教師進(jìn)行在線交流。在實(shí)際教學(xué)前教師應(yīng)先為學(xué)生講授Multisim仿真軟件的應(yīng)用方法，在學(xué)生掌握應(yīng)用Multisim軟件進(jìn)行電工仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生登錄WEB電子虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)，以提升教學(xué)的效率。

3.2 模擬電路虛擬實(shí)驗(yàn)

模擬電路虛擬實(shí)驗(yàn)也是本平臺(tái)的另一個(gè)教學(xué)功能，基于WEB電子虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，師生可以登錄平臺(tái)進(jìn)行關(guān)于模擬電路課程中經(jīng)典實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的在線教學(xué)，主要的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包含：二極管檢測(cè)虛擬實(shí)驗(yàn)、三極管放大特性驗(yàn)證虛擬實(shí)驗(yàn)、共射極放大電路虛擬實(shí)驗(yàn)等，在WEB環(huán)境下的模擬電路虛擬實(shí)驗(yàn)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)在線操作，還能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖表展示和在線共享，具體教學(xué)中教師可將教學(xué)班學(xué)生分為若干小組，要求各小組進(jìn)行自主探究實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后可以通過系統(tǒng)平臺(tái)發(fā)布和分享自己的實(shí)驗(yàn)報(bào)表數(shù)據(jù)，圍繞實(shí)驗(yàn)的有效性進(jìn)行在線探討。

3.3 數(shù)字電路虛擬實(shí)驗(yàn)

數(shù)字電路也是高職電子類專業(yè)的一門主干課程，在WEB電子虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，能夠開展的數(shù)字電路的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包含：數(shù)字邏輯器件測(cè)試項(xiàng)目、組合邏輯電路搭建測(cè)試項(xiàng)目、555定時(shí)器電路搭建測(cè)試、時(shí)序邏輯電路測(cè)試等，此外還可以借助虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中豐富的數(shù)字邏輯電路元器件和模塊電路，搭建復(fù)雜的數(shù)字電路系統(tǒng)，如：搶答器電路系統(tǒng)、密碼鎖電路系統(tǒng)、水位監(jiān)控報(bào)警電路系統(tǒng)等，在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，教師應(yīng)充分為學(xué)生講解系統(tǒng)的數(shù)字電路虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能，引導(dǎo)學(xué)生掌握通過小組合作、自主探究、在線分享等形式學(xué)會(huì)運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行在線實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的技能。

4 虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)教學(xué)應(yīng)用價(jià)值

基于WEB的電子虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有強(qiáng)大的交互性在線教學(xué)功能，借助該平臺(tái)進(jìn)行高職電子類專業(yè)的在線虛擬教學(xué)具有十分顯著的教學(xué)價(jià)值，一方面，實(shí)現(xiàn)對(duì)理論教學(xué)的輔助。借助虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展教學(xué)，學(xué)生能夠通過參與在線實(shí)訓(xùn)有效地掌握課堂所學(xué)的理論知識(shí)，且平臺(tái)上豐富的虛擬元件和實(shí)驗(yàn)分析報(bào)表能夠幫助學(xué)生建構(gòu)起電子課程學(xué)習(xí)的有效認(rèn)知，達(dá)到以實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)理論的學(xué)習(xí)目的。另一方面，彌補(bǔ)硬件實(shí)驗(yàn)條件的不足。各級(jí)高職院校電子專業(yè)傳統(tǒng)實(shí)體實(shí)驗(yàn)室在多年的應(yīng)用中，都會(huì)存在實(shí)驗(yàn)設(shè)備老化的問題，對(duì)于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的創(chuàng)新設(shè)置及有效開展十分不利，而借助WEB電子虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展教學(xué)，不會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)儀器損壞的問題，且平臺(tái)能夠通過數(shù)據(jù)更新獲取最新的電子實(shí)訓(xùn)儀器，有利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的更新，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的提升有很大幫助。

[1]王園園.基于LabVIEW電子測(cè)量虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2015(10):174-175.

[2]王露瑩.模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014(12):274.