基于計算機網絡的虛擬電工實驗平臺的探索與設計

張鵬

[摘 要]傳統的電工課程在完成實驗教學環節時，通常采用大量的紙質實驗指導書完成實驗報告，使用效率較低。本文探索了使用計算機網絡和虛擬仿真技術取代傳統的紙質實驗報告的功能，建立電工實驗平臺，學生通過該平臺完成實驗填寫實驗數據，實現無紙化教學，節約教學資源。

[關鍵詞]電工實驗平臺、計算機網絡、Multisim、虛擬仿真

中圖分類號：G642.4；TP393-4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）17-0337-01

1 引言

面對電子電工智能化儀器的不斷推出，以及信息時代下網絡化的快速發展，傳統的電子電工實驗教學已經不能滿足新形勢下的教學要求，面臨各種各樣的問題。傳統的實驗教學主要依賴費用高昂的實驗設備，存在前期投入大、后期維護費用高，開展過程受時間、地點、人力、物力、財力等限制問題，致使實驗教學無法有效開展，嚴重影響教學質量。另外，有限的教師很難在有限的時間內細致地指導大批的學生，設計性和探究性實驗更是難以開展。目前，國內外一些知名高校的電子電工類的實驗課程，主要以虛擬化為主要發展方向。本文探討了開發虛擬化電工實驗平臺所涉及的一些理論進行了深入的探討

2 虛擬化電工實驗平臺構架選擇

電工實驗平臺面向學校全體教師和學生.用戶在時間上和空間上的分布都比較分散。這就要求該平臺的使用不受時間和空間的限制.能為用戶提供方便。因此。首先應該考慮該平臺的架構問題。在當前國內外各種開發模式技術架構中.B/S和C/S是兩大主流技術。B/S架構建立在廣域網上。具有面向不同的用戶群、分散地域以及與操作系統平臺關系最小等方面的特點。

虛擬電工實驗平臺是電工實驗課程的輔助教學平臺。既要具備進行虛擬電工實驗和師生互動的主要功能.又要擺脫傳統實驗室在時空上的限制。因此應采用典型的B/S（瀏覽器/服務器）模式技術架構。

在B/S架構體系的虛擬電工實驗平臺中，以瀏覽器（Browser）作為客戶端。只需要安裝普通的IE瀏覽器和LabVIEW的引擎LabVIEW RunTimeEngine，而不必再安裝任何其他的附加軟件。由于只有極少部分事務邏輯在客戶端實現，所以基本上實現了客戶端的零維護。平臺的主要事務邏輯在服務器端（Server）實現，并通過服務器上相關軟件實現對后臺數據庫的訪問。形成所謂三層（3-tier）結構。

3 虛擬化電工實驗平臺管理系統

隨著網絡普及和應用， 虛擬化電工實驗平臺可依托于校園網，整個系統管理具有以下特點：

（1）管理全程化。對儀器設備使用前、使用中、使用后的全過程進行管理。

（2）維護簡單化。能夠對分布零散的儀器設備集中管理，充分利用現有網絡，縮短建設周期，降低建設和維護成本。管理、維護更加方便有效、更加簡單易行。

（3）運行環保化。能夠在設備共享服務過程中提高設備的使用壽命、節約設備的使用能耗，節能環保。

在虛擬實驗平臺的基礎上，實驗系統管理可以更加智能化，具有在線預約實驗內容及時間、簽到、實驗預習及實驗過程詳細指導、教師在線監控學生實驗情況、在線手動或自動批改作業等功能。能夠大大減少實驗室教師及授課教師的工作量，可以更多地去關注學生做實驗的情況，提高學生自主學習的能力。

尤其是在線批改作業可以有效節約紙張，并避免學生相互抄襲。對基礎性實驗可有選擇地批改，其他使用自動批改功能，對創新研究性實驗可手動批改，學生可在網上隨時查閱批改結果。

4 基于虛擬仿真實驗研究方法

傳統的實驗教學方法多具有驗證性特點，不利十學生創造性的發揮。實驗教學的主要目的是要學生學會用實驗的方法研究解決問題，培養綜合能力和創新能力。將虛擬仿真軟件引入電工電子實驗中，能夠開發出滿足不同層次的設計型和綜合型實驗，彌補傳統實驗教學的不足

Multisim是美國國家儀器公司推出的原理電路設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。Multisim元器件庫提供了數千種電路元器件供實驗選用，虛擬測試儀器儀表種類齊.全，有一般實驗室用的通用儀器，如萬用表、函數信號發生器、雙蹤示波器、直流電源。。而且還有一般實驗室少有或沒有的儀器，如波特圖儀、字信號發生器、邏輯分析儀、邏輯轉換器、失真儀、頻譜分析儀和網絡分析儀等，它具有較為詳細的電路分析功能，可以設計、測試和演示各種電子電路。這類軟件剛好能滿足教學的需求。

基于Multisim實驗研究方法，學生根據設計任務，自己動手，自行設計方案進行實驗原理電路的設計，在Multisim中構建虛擬電路模型，不斷設計-調試-修改-完善，直到達到設計要求。

通過Multisim實驗研究方法和過程可以看出，Multisim仿真在電工電子教學中的應用具很大的優勢。

5 結束語

該虛擬電工實驗平臺較好地滿足了我校電氣專業學生的部分培養需求。基于教師先指導后引導，學生先實踐后自主的實驗教學方式，讓學生自主學習，解決了傳統實驗教學模式不足。設計的虛擬仿真教學實驗臺脫胎于教學，學生通過該教學系統，可以實際大大提高了學生學習的積極性和實驗主動性。在動手實踐中，還加深了對學生專業課程的認識和對專業的好感，同時，增強了他們的團隊合作性和解決問題的軟能力。

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