基于计算机网络的虚拟电工实验平台的探索与设计

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[摘 要]传统的电工课程在完成实验教学环节时，通常采用大量的纸质实验指导书完成实验报告，使用效率较低。本文探索了使用计算机网络和虚拟仿真技术取代传统的纸质实验报告的功能，建立电工实验平台，学生通过该平成实验填写实验数据，实现无纸化教学，节约教学资源。

[关键词]电工实验平台、计算机网络、Multisim、虚拟仿真

中图分类号：G642.4；TP393-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）17-0337-01

1 引言

面对电子电工智能化仪器的不断推出，以及信息时代下网络化的快速发展，传统的电子电工实验教学已经不能满足新形势下的教学要求，面临各种各样的问题。传统的实验教学主要依赖费用高昂的实验设备，存在前期投入大、后期维护费用高，开展过程受时间、地点、人力、物力、财力等限制问题，致使实验教学无法有效开展，严重影响教学质量。另外，有限的教师很难在有限的时间内细致地指导大批的学生，设计性和探究性实验更是难以开展。目前，国内外一些知名高校的电子电工类的实验课程，主要以虚拟化为主要发展方向。本文探讨了开发虚拟化电工实验平台所涉及的一些理论进行了深入的探讨

2 虚拟化电工实验平台构架选择

电工实验平台面向学校全体教师和学生.用户在时间上和空间上的分布都比较分散。这就要求该平台的使用不受时间和空间的限制.能为用户提供方便。因此。首先应该考虑该平台的架构问题。在当前国内外各种开发模式技术架构中.B/S和C/S是两大主流技术。B/S架构建立在广域网上。具有面向不同的用户群、分散地域以及与操作系统平台关系最小等方面的特点。

虚拟电工实验平台是电工实验课程的辅助教学平台。既要具备进行虚拟电工实验和师生互动的主要功能.又要摆脱传统实验室在时空上的限制。因此应采用典型的B/S（浏览器/服务器）模式技术架构。

在B/S架构体系的虚拟电工实验平台中，以浏览器（Browser）作为客户端。只需要安装普通的IE浏览器和LabVIEW的引擎LabVIEW RunTimeEngine，而不必再安装任何其他的附加软件。由于只有极少部分事务逻辑在客户端实现，所以基本上实现了客户端的零维护。平台的主要事务逻辑在服务器端（Server）实现，并通过服务器上相关软件实现对后台数据库的访问。形成所谓三层（3-tier）结构。

3 虚拟化电工实验平台管理系统

随着网络普及和应用， 虚拟化电工实验平台可依托于校园网，整个系统管理具有以下特点：

（1）管理全程化。对仪器设备使用前、使用中、使用后的全过程进行管理。

（2）维护简单化。能够对分布零散的仪器设备集中管理，充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设和维护成本。管理、维护更加方便有效、更加单易行。

（3）运行环保化。能够在设备共享服务过程中提高设备的使用寿命、节约设备的使用能耗，节能环保。

在虚拟实验平台的基础上，实验系统管理可以更加智能化，具有在线预约实验内容及时间、签到、实验预习及实验过程详细指导、教师在线监控学生实验情况、在线手动或自动批改作业等功能。能够大大减少实验室教师及授课教师的工作量，可以更多地去关注学生做实验的情况，提高学生自主学习的能力。

尤其是在线批改作业可以有效节约纸张，并避免学生相互抄袭。对基础性实验可有选择地批改，其他使用自动批改功能，对创新研究性实验可手动批改，学生可在网上随时查阅批改结果。

4 基于虚拟仿真实验研究方法

传统的实验教学方法多具有验证性特点，不利十学生创造性的发挥。实验教学的主要目的是要学生学会用实验的方法研究解决问题，培养综合能力和创新能力。将虚拟仿真软件引入电工电子实验中，能够开发出满足不同层次的设计型和综合型实验，弥补传统实验教学的不足

Multisim是美国国家仪器公司推出的原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。Multisim元器件库提供了数千种电路元器件供实验选用，虚拟测试仪器仪表种类齐.全，有一般实验室用的通用仪器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源。。而且还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等，它具有较为详细的电路分析功能，可以设计、测试和演示各种电子电路。这类软件刚好能满足教学的需求。

基于Multisim实验研究方法，学生根据设计任务，自己动手，自行设计方案进行实验原理电路的设计，在Multisim中构建虚拟电路模型，不断设计-调试-修改-完善，直到达到设计要求。

通过Multisim实验研究方法和过程可以看出，Multisim仿真在电工电子教学中的应用具很大的优势。

5 结束语

该虚拟电工实验平台较好地满足了我校电气专业学生的部分培养需求。基于教师先指导后引导，学生先实践后自主的实验教学方式，让学生自主学习，解决了传统实验教学模式不足。设计的虚拟仿真教学实验台脱胎于教学，学生通过该教学系统，可以实际大大提高了学生学习的积极性和实验主动性。在动手实践中，还加深了对学生专业课程的认识和对专业的好感，同时，增强了他们的团队合作性和解决问题的软能力。

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