虛擬電子遠程測控創新實踐教學平臺開發

摘 要:近年來，隨著虛擬實驗技術的逐步發展，虛擬實驗在教學上的應用也愈加深入和廣泛，本文介紹的虛擬電子遠程測控創新實踐教學平臺結合了虛擬儀器、網絡技術及電子白板三大先進技術，并配套開發實驗輔助系統，能夠有效克服傳統實驗教學模式呆板、低效、設備花費投入大、易磨損、維護保養工作繁瑣等弱點，開拓了實驗教學新途徑，對學生的創新意識和創新能力的培養起到了良好的促進作用。

關鍵詞:虛擬電子遠程測控實驗輔助系統

中圖分類號:G642文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(b)-0154-01

1 引言

實驗教學是提高理工科專業教學質量、培養高水平優秀人才的關鍵環節。在日常學習中，學生只有通過足夠的驗證型實驗和適量的綜合設計型實驗，才能加深理解理論知識并更好的掌握應用技術。

為了更好的適應科技、經濟、社會發展對高層次、實戰型人才的需求，改善實驗條件、改革實驗教學方法、更新實驗教學內容、提高實驗教學課程的開設水平，構建虛擬電子遠程測控創新實踐平臺已刻不容緩。

2 虛擬電子遠程測控創新實踐平臺

傳統的實驗儀器多為針對某項實驗單獨設計，致使購買設備的人力財力消耗量大;實驗內容側重于理論驗證和仿真訓練，不利于學生創新意識的培養和綜合能力的提高;傳統的實驗設備和方法無法滿足現代測控技術所需的速度快、實時性好、具有良好人機交互界面的要求，難以實現功能擴展和資源共享[1]。

相比之下，虛擬電子遠程測控創新實踐平臺以先進的硬件采集系統為基礎，通過LabVIEW等開發環境編寫上位機測試控制軟件，有足夠的能力應對實驗課程的種類多，要求高，時間緊的特點。

虛擬儀器、網絡技術和交互式電子白板為平臺搭建的三大關鍵技術。

2.1 虛擬儀器

虛擬儀器技術就是在通用計算機平臺上，用戶根據自己的需求來定義和設計儀器的測試功能，用計算機軟件代替傳統儀器的某些硬件功能，用計算機顯示器代替傳統儀器物理面板的測量儀器。

2.2 網絡技術

在虛擬儀器技術的基礎上，結合計算機網絡技術，來遠程控制實驗現場的儀器和對象，測試結果和測量數據可以通過Internet實時地發布和共享，從而在網絡中建立一個虛擬的實驗環境，實現異地實時操作，使實驗教學遠程化，學生只要通過瀏覽器就可以在任何一臺聯網計算機中進行測試結果的查詢和分析，使得實驗的進行具備了時間和空間的擴展性。

2.3 交互式電子白板

交互式電子白板是一種先進的教育或會議輔助人機交互設備，它可以配合投影儀、計算機等工具，實現無塵書寫、隨意書寫、遠程交流等功能。

3 遠程授課的實現

在信息交流技術如此發達的時代，遠程授課不再只是構想。結合了三大關鍵技術的虛擬電子遠程測控創新實驗平臺可在實驗教學中采取多種方式實現遠程數據采集及儀器控制。

基于平臺的這種開放式實驗教學方式，合理高效的利用了時間與空間，雙維并用、優勢互補，打破了傳統實驗對時空及儀器設備要求高度統一的單一模式。

4 平臺實驗輔助系統

配合平臺推出的實驗輔助系統，能更好的實現交互式學習和信息交流的功能。

4.1 遠程實驗監督管理子系統

可對學生實驗的情況，實驗的內容，實驗的時間，以及實驗的效果進行整體的掌握。通過系統對學生每次實驗結果的記錄以及實驗報告的打分情況進行統計，可在一定時間范圍內對學生實驗成績的提高與否以曲線的方式給出直觀的反映。通過這種監督反饋機制，學生可以有側重的訓練自己實驗中的薄弱環節，教師也可以更好的因材施教，制定出合理、有針對性的培養計劃。

4.2 實驗輔導預習子系統

將學生在實驗中常遇到的問題和易犯的錯誤以回答問題的形式給出，使學生即使在沒有教師現場指導的情況下開展實驗研究，也能獲得支持。

4.3 實驗自學習子系統

把實驗教材和參考書以瀏覽器的格式裝入計算機，針對不同學生的自學能力，建立不同的學習房間，并配有不同難易程度的電子實驗指導書，學生可根據自身實際情況，選擇復習課堂已授內容鞏固基礎或者選擇拓展提高內容增強能力。

4.4 實驗報告管理子系統

通過該系統學生的實驗數據、實驗結果及結果的處理，均可在計算機上完成。

4.5 網上交流討論子系統

開展教師和學生、學生和學生之間的交流。學生無論是在實驗室，還是在其它地方，遇到問題便可在網上發布。教師可以答疑，在網上出討論題，引導學生開展實驗研究和學術探索。

5 虛擬電子遠程測控創新實踐平臺強大優勢的體現

該平臺將最尖端的硬件和軟件技術結合在一起，為學生提供了在交互式環境中對理論進行探索和自主設計實驗的機會。平臺在教育教學中的強大優勢，可體現在以下幾方面。

5.1 大幅度節省了實驗的人力財力投入，使有限資源利用率高效化

傳統實驗儀器都是由實物器件組裝而成，在教學時間長、重復使用頻率高的情況下，器件將不可避免的出現磨損及老化的現象，進而會導致實驗儀器的精確度下降，因此在實驗儀器的維護保養及維修方面的花費較高。

構建在虛擬電子平臺基礎上的實驗設備用虛擬儀器實現真實儀器的相應功能，其開發周期短，使用效率高，可擴展性強，可重復使用率高，成本低廉，既可以減小實驗測量過程中的人為誤差，又可以提高實驗測量的準確度[2]。

5.2 加速了學生學習和理解的過程，促進了學生創新意識和創新能力的培養

以本平臺為基礎的虛擬實驗作為一種現代化的教學手段為學生更好的理解基礎理論并進行自主設計創造了良好的條件，使學生變被動學習為主動學習。通過親自參與平臺擴展功能的開發，學生的主動性和創造性都得到了很好的鍛煉和提高。

5.3 方便了計算機輔助教學的開展，并使實驗場地得到了有效延伸

通過實驗輔助系統，方便了學生的自學和自我檢查。虛擬電子遠程測控創新實踐平臺在教學中的應用，擺脫了實驗設備及場地的約束，學生只需一臺可上網的計算機及虛擬儀器軟件，便可方便進行實驗操作，增強了實驗教學的靈活性。

5.4 擴大了國際交流與合作

實驗課程通過網絡發布后，有利于實現Internet訪問，可與國內外高校和企業進行校際實驗課程在線共享，有效地擴大了國內外的交流與合作。

6 結語

虛擬電子遠程測控創新實踐平臺能充分滿足不同專業、不同層次實驗技能培養的要求，其豐富的實驗內容，合理的教學體系，先進、完善的實驗設備以及科學的實驗管理，使其具備了培養創新能力、實踐訓練綜合性強、可實現資源共享的特點，該平臺將促進實驗教學水平的全面提高。

參考文獻

[1] 張炯，方湘陵，許巍，孫超倫，熊永紅.基于虛擬儀器技術的遠程實驗室[J].實驗室研究與探索，2007.

[2] 王基生，于平太，李瑩，孫苗苗.虛擬實驗平臺開發和應用的理性思考[J].現代教育技術，2010.