一種基于WEB的交互型PROTEUS實驗教學管理平臺

張洪勝

（淮南聯合大學 計算機系，安徽 淮南 232038）

一種基于WEB的交互型PROTEUS實驗教學管理平臺

張洪勝

（淮南聯合大學 計算機系，安徽 淮南 232038）

通過將基于計算機網絡的WEB應用與基于Proteus軟件的單片機、嵌入式系統仿真實驗相結合，建立一種能夠在實驗室網絡環境下開展交互型實驗教學的PROTEUS仿真實驗教學管理平臺，使實驗教學活動在一種可管理控制的狀態下有效地進行，同時利用動態WEB的資源共享和良好的交互性充分提高學生在實驗教學過程中的積極性、主動性，并且使實驗教學能夠真正擺脫時間與空間上的限制，從而使PROTEUS仿真實驗教學具有更廣泛的應用空間.

Web；仿真實驗；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、仿真處理機及其外圍電路等新特點[1].由于PROTEUS提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設計的靈活性、提供了實驗室在數量、質量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因此將PROTEUS仿真設計運用于實驗教學，能夠彌補計算機硬件實驗室在實驗器材、檢驗儀器上不足，克服傳統實驗方式在實驗教學上所遭受的時間與空間上的限制、靈活地擴展實驗項目、便于指導學生開展設計類實驗，因而也提供了一個培養學生實踐精神、創造精神的平臺.

在將PROTEUS仿真設計運用于實驗教學的過程中，一般的做法是將PROTEUS仿真軟件分別安裝在學校機房局域網中的教師機和學生機中，根據計算機硬件課程對實驗的需要，安排并由老師指導學生完成相關的仿真實驗，整個實驗的過程雖有老師的指導和對學生實驗過程中疑問的解答，但總體上看，這種仿真實驗基本上是在一種教師機和學生機缺少交互，并且缺少對實驗過程有效控制的狀態下完成的.同時由于時間上的限制，在實驗課結束時，教師對學生實驗過程和完成情況也很難做出一個即時評價，實驗的完成情況和實際達到的效果主要取決于學生自身學習的自覺性和主動性.另外，教學計劃中所安排的機房仿真實驗教學一般仍是要求學生當堂完成，因此仍然無法擺脫傳統實驗在實驗時間和空間上對學生的限制，從而影響學生積極性和創造性的充分發揮.

對于利用局域網開展實驗教學，國內一些教師曾經進行過積極、有效的探索嘗試：例如，王毓俊等開展的“開放式實驗教學中的對等局域網技術平臺研究”[2]，夏新恩所進行的“多媒體網絡實驗教學平臺研究”[3]，以及其結合學校的多媒體教學網絡所進行的“Proteus仿真實驗教學方法的研究”[4].利用局域網和多媒體教學軟件開展計算機硬件仿真實驗教學，老師和學生在實驗過程中能夠進行良好的互動并能對教學過程進行一定的控制，不過其實驗教學方法的使用仍然局限在多媒體教室的局域網范圍內，并且其對實驗教學過程的控制更多的是靠教師的實驗教學經驗，而缺少一種對實驗過程進行控制和評價的有效機制.

針對利用Proteus仿真實驗開展硬件課程實驗教學過程中的上述問題，本文提出一種基于WEB的交互型實驗教學管理模式，通過利用具有資源共享和良好交互特性的WEB技術，開發一個基于WEB技術的分布式實驗教學管理平臺，該平臺既可用于具有局域網絡環境的PROTEUS實驗機房，對實驗教學的過程進行有效控制和及時評價，同時也可用于互聯網環境下仿真實驗的教學和指導，使仿真實驗教學真正擺脫時間和空間的限制，充分發揮學生學習的積極性、主動性和創造性.

2 基于WEB的互動型PROTEUS實驗教學管理模型

2.1 Web技術簡介

Web是World Wide Web(環球信息網)的縮寫，Web技術是一種分布式應用結構，Web應用中的每一次信息交換都是在客戶端和服務器端之間進行的.Web服務器稱為WWW服務器，其作用是整理和存儲各種WWW資源，并響應客房端軟件的請求.Web客戶端的主要任務是展現信息內容.Web應用的開發通常會采用動態網頁技術，如ASP、JSP、PHP技術等.動態網頁是指可以根據訪問者的不同需要，對訪問者提供不同響應的網頁，動態網頁技術的原理是：將使用不同技術編寫的動態頁面保存在Web服務器中，當客戶端向服務器端申請訪問動態頁面時，Web服務器將該頁面提交給相應的解釋引擎，解釋引擎執行頁面上的腳本程序以實現相應的功能，最后將執行的結果連同頁面上的HTML內容以及各種客戶端腳本一同傳遞給客戶端[5].因此利用WEB技術能夠實現資源的共享，同時客戶端和服務器端具有良好的交互性.

2.2 基于Web的交互型PROTEUS實驗教學管理模型

對于每一個PROTEUS仿真實驗，其實驗內容、實驗要求和實驗步驟以及實驗過程的演示等相關資料事先保存在WEB服務器上，學生根據實驗的內容要求在本地利用PROTEUS完成實驗，并將實驗的中間和最終結果上傳給WEB服務器由教師指導和評價.利用WEB開展PROTEUS課堂仿真實驗教學的過程如下：

（1）上課時，教師和學生分別以自身的角色登錄Web網站.

（2）學生首先通過WEB查看本節實驗課的實驗內容、要求、實驗步驟等信息.

（3）在明確實驗任務要求的基礎上，學生在本地計算機上使用PROTEUS軟件按照實驗步驟的要求分步完成實驗，實驗過程中每一步在完成后可以提交分步結果到WEB服務器.實驗過程中，學生對實驗如果有疑問，可以自己觀看網上的實驗過程演示的視頻資料，也可以在網上向指導老師提問，指導教師可以利用WEB對問題進行解答，也可現場進行指導.

（4）教師在自己的機器上查看WEB上學生提交的分步實驗結果，并通過WEB給出指導意見和評價.

（5）實驗課結束前，學生利用WEB填寫實驗報告并當場提交.

（6）教師根據學生提交的實驗結果了解學生整個實驗的完成情況，當場或在課后進行評價打分.

在基于Web的交互型PROTEUS實驗教學管理模型中，整個實驗教學的過程是由教師和學生通過WEB的交互性進行控制和管理的.教師對學生實驗過程的分步評價驅動學生完成整個實驗.由于采用分布式結構，對于由于某種原因無法在課堂上當場完成實驗的學生，則可以讓他們在課后通過其他場合登錄該平臺繼續完成.另外，采用這種教學模式，教師可以在時間空間不受限制的情況下，指導學生完成諸如課程設計、課后實驗作業等實驗教學活動.

3 基于Web的交互型PROTEUS實驗教學管理平臺

3.1 交互型PROTEUS教學管理平臺的主要功能

基于Web的交互型PROTEUS教學管理平臺的用戶包括：管理員、PROTEUS實驗指導教師和參與做實驗的學生，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.

（2）瀏覽查看實驗成績功能：學生可以在以學生身份登錄后，查看某門課程各個實驗的實際完成情況和教師的評價.

（3）實驗項目管理功能：負責指導實驗的教師在以教師身份登錄后，可以對自己所承擔課程的實驗項目進行管理，包括增加、刪除、更改實驗項目的內容、實驗目的、實驗步驟等實驗相關信息；上傳教師自己開發的模型元件庫等教學相關資料、實驗項目的操作視頻資料供學生參考.

（4）實驗結果分步提交和填寫實驗報告功能：學生在實驗過程中，需要將實驗過程的分步結果及實驗完成后的實驗報告提交到服務器上，供實驗指導教師指導和評價.

（5）學生實驗結果的成績評價功能：實驗指導教師根據學生的分步實驗完成情況對分步結果及總的實驗效果進行評價或打分，以作為本門課程的考核參考依據.

（6）實驗項目的視頻演示功能：學生在實驗過程中，可以根據需要選擇觀看相關實驗操作過程的視頻資料，以幫助自己完成實驗項目.

（7）實驗過程的指導功能：教學在實驗過程中遇到問題可以在網上直接向教師提問，指導教師則可以現場指導，也可以通過網絡平臺解答指導.

（8）學習資料的下載功能：學生可以下載教師提供的PROTEUS模型元件庫等各類學習資料，拓展自己的學習空間和領域.

3.2 交互型PROTEUS教學管理平臺的構成

基于Web的PROTEUS網絡實驗教學環境采用B/S結構，由一臺Web服務器和若干客戶端機器組成，客房端采用IE瀏覽器與服務器端進行交互，在客戶端需要安裝供完成實驗使用的PROTEUS工具軟件.將計算機硬件、嵌入式系統等課程的相關實驗信息存儲在Web服務器端的數據庫服務器中，其中包括實驗的內容、目的、要求、實驗步驟和實驗的演示等.另外數據庫中還存儲有參與實驗教學的學生和教師的相關信息.

3.3 交互型PROTEUS教學管理平臺的設計實現

基于Web的交互型PROTEUS教學管理平臺的設計實現，在學生機上采用IE瀏覽器作為客戶端界面，在服務器端采用JSP動態網頁技術，WEB服務器采用Tomcat6.0,數據庫服務器采用MYSQL5.0.

（1）系統模塊結構圖，如圖1所示：

（2）數據庫設計

本系統涉及6張數據庫表，分別為學生信息表studentinfo、管理員表 manager、教師信息表teacherinfo、實驗項目信息表experimentinfo、實驗步驟表experimentstep和實驗結果表experimentresult.各表的結構和相互關系如圖2所示.

（3）JavaBean的設計

JavaBean是JSP技術中可以可以重復使用、具有跨平臺性能的JAVA組件.交互型PROTEUS教學管理平臺中的JAVABEAN包括封裝數據信息的JAVABEAN和封裝業務邏輯的JAVABEAN.封裝數據信息的JAVABEAN用于一引起要存儲于數據庫中的數據，這些數據來自于界面，將其封裝于JavaBean中,然后對其進行業務操作，其中的屬性和數據庫中的字段定義相同.封裝業務邏輯的JavaBean，主要實現對封裝數據的業務邏輯處理，包括數據庫的連接和操作，以及WEB中其他功能實現的業務邏輯.

圖2 數據庫表設計

4 結束語

基于WEB的交互型PROTEUS教學管理平臺利用WEB資源的共享性，可以充分利用教師在PROTEUS實驗方面開發的PROTEUS元件模型等教學資源，便于學生開展自主學習.通過對學生實驗過程進行控制和評價，提高了學生完成實驗的自覺性和主動性，同時利用開放的互聯網，使學生的PROTEUS實驗過程能夠擺脫傳統實驗方法在時間和空間上的限制,使實驗教學可以拓展到課程設計和畢業設計等更多的教學領域.

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

〔2〕王毓俊,等.開放式實驗教學中的對等局域網技術平臺［J］.實驗室研究與探索,2004,23(6):5-6.

〔3〕夏新恩,多媒體網絡實驗教學平臺研究與實施［J］.實驗室研究與探索,2005,24(12):53-57.

〔4〕夏新恩，基于PROTEUS實驗教學平臺的研究與實施，廣東技術師范學院學報，2009（1）：53-56.

〔5〕宋迎秋,JSP實用教程[M].大連：大連理工大學出版社，2007.

TP368.1

A

1673-260X（2012）05-0037-03

安徽省教育廳教學研究項目（20101177）