虚拟电工电子实验系统（共12篇）
虚拟电工电子实验系统 篇1
0引言
近年来,随着科学技术的不断发展,虚拟实验室[1]的概念被提出。虚拟实验室是集成了计算机技术、仿真技术、传感技术、网络并行处理等多种先进技术,利用计算机生成的高技术模拟系统或者一种模拟环境。对于电子信息类专业的实验教学来讲, 由于传统物理实验设备精密度不高、价格昂贵和不易于维修等原因,使得许多高校电子信息类的专业实验室的建设相对滞后,制约了学科的建设和发展。虚拟实验室的出现解决了目前电子类专业实验教学的这一问题,有效提高了实验资源的利用率,避免了人力、物力的浪费,为教师的教学和学生的学习都提供了便利和先进的手段。
1 系统总体架构
立足于电子信息专业特点所建立的电子虚拟实验室系统,利用计算机网络平台,实现电子类专业课程实验项目的虚拟操作。电子虚拟实验室系统服务于两类用户,即教师用户和学生用户。用于教师用户的功能主要包括用户权限管理、实验项目管理、学生信息管理和在线答疑四部分,用于学生用户的功能主要包括实验项目的学习和在线答疑两方面。
针对系统的功能设计和系统运行的网络环境, 系统的架构选择三层C/S模式[2],即三层客户机/服务器(Client/Server,简称C/S)模式。这种系统模式内部逻辑结构可以分成三个组成部分:表示逻辑层、业务逻辑层和数据逻辑层,将表示逻辑层放在客户端,业务逻辑放在一个独立的中间服务器上, 数据逻辑设置在另一个服务器上。这种逻辑设计可以提高应用程序的性能,减少网络传输量,并且具有专用性和交互性强、存取数据安全、速度快等优点,便于系统的配置和维护,适用于校园局域网的运行,因此我们利用三层C/S模式对电子虚拟实验室系统进行构建。
2 系统网络通信设计
2.1 利用Winsock进行网络通信的设计原理
根据系统的总体架构对系统的网络通信进行设计实现。在客户机/服务器模式的通信活动中,通信的基础是套接口[3](Socket),Socket相当于进行通信的双方的连接插座,只要对方的Socket和自己的Socket连接就可以进行通信。在通信连接设计中,服务器处于被动模式,服务器Socket的主要任务是负责侦听、应答、发送和接收消息,客户端Socket的任务是连接、发送和接收消息。
Windows下网络编程的规范-Windows Sockets (Winsock)[4,5]是在Windows下得到广泛应用的、开放的、支持多种协议的网络编程接口。利用Winsock进行网络连接的基本步骤如表1所示。
2.2 服务器与客户端网络通信的设计实现
本系统利用Visual C++(VC++)的Microsoft Foundation Classes(MFC)中的CSocket类[6]对网络连接进行设计。CSocket类是对Windows操作系统环境下的套接字网络应用程序编程接口(Winsock API)的高级封装,它管理了通信的许多方面,如字节顺序问题和字符串转换问题等。它的成员函数和Winsock API的函数调用直接对应,为Windows消息的后台处理提供了阻塞的工作模式,并结合CArchive类来使用套接字,一起合作来管理发送和接收的数据。综上所述,利用CSocket类进行设计,管理数据收发更加便利,网络编程更加灵活而有力。
使用CSocket类为服务器、客户端建立网络连接流程图如图1所示。
图1服务器端和客户端网络连接设计流程(参见右栏)
根据流程设计创建网络通信的程序设计核心为:
(1)创建侦听套接字,在用户指定的端口上侦听。
(2)服务器启动侦听套接字,准备接受客户端的连接请求。
(3)客户机创建与服务器的连接
(4)服务器创建用于与客户机端连接并交换数据的套接字对象。
(5)服务器接收客户机发来的消息,将客户机的信息显示在服务器的对话框中
2.3 在线答疑功能网络通信的设计实现
在教师用户和学生用户的实现功能中非常重要的一项是在线答疑功能,这是虚拟实验室系统一个十分重要的构成部分,利用该功能实现教师和学生的实时交流和问题的及时反馈,该功能的设计是应用VC++的MFC_CSocket类实现的一个点对点网络通信功能[7]。在设计中将教师机用户设定为服务器端, 学生机用户设定为客户端,学生机之间不能进行网络通信,通信模式如图2所示。在设计中只有教师机开启答疑模式,即开始侦听Listen()、等待学生机的连接Accept(),学生机提出的问题才能发送到教师机上,即学生机连接教师机Connect()之后在线答疑功能才能实现。当教师机关闭之后,在线答疑功能也随之关闭,学生的问题无法进行发送。为了不使网络通信造成混乱,在线答疑的网络连接与服务器、客户机的连接使用同一个IP,但是不同的端口号, 这样使两个网络通信相互独立,互不干扰。在线答疑功能的最终实现界面如图3所示。
3 结语
通过调试,利用VC++的MFC_CSocket类对三层C/S模式下的电子虚拟实验室系统的网络通信进行设计,能够达到预期的效果,通信性能稳定,适用于校园局域网的运行。如果将该虚拟实验室系统换成另一种网络运行环境,则系统的网络通信还需要进一步的设计,在通信数据的安全性和减少注入攻击的方面还需要进一步的研究。
参考文献
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[3]叶树华,高志红.网络编程实用教程[M].北京:人民邮电出版社,2006:173-189.
[4]欧军,吴清秀,裴云.基于socket的网络通信技术研究[J].网络安全技术与应用,2011(7):21-23.
[5]袁淑萍,徐蕾,杨建.基于Winsock控件的TCP协议模拟通信[J].电脑编程技巧与维护,2011(16):73-75.
[6]刘.Winsock技术在网络通信系统中的应用[J].西南科技大学学报,2013(2):88-91.
[7]邬强.基于VC的聊天软件设计与实现[J].信息安全与技术,2010(10):71-73.
虚拟电工电子实验系统 篇2
[摘要]针对岩石力学中三大基础实验,利用Flash软件及其编程技术开发的岩石虚拟实验系统,突破了时空的限制,把实验设备、教学内容、教师指导和学习者的思考及操作有机融合为一体,探索了岩石力学实验教学的新模式。
[关键词]岩石力学 虚拟系统 Flash
近年来,随着国内各高等学校招生规模不断扩大,给高校实验教学造成了一定压力,学生人均实验次数明显减少。为解决上述问题,支持我校岩石力学精品多媒体课程建设,本着创新和探索精神开发了此实验系统。从当前国内外教学方式来看,多媒体教学势必成为以后教学的主要方式。因此,精品多媒体课程处于大量紧缺之中,虚拟实验系统有着很好的应用前景。
本系统利用Flash软件及其编程技术作为主要工具开发了此实验系统。Flash软件是美国Macromedia公司开发研制的一种矢量动画制作软件,矢量动画的优点是:文件体积小,图像清晰,任意放大和缩小图像不矢真,便于网络传输,Flash集成的ActionScript(动作脚本语言)使动画具有很强的交互性。同时,Flash软件对图形具有良好的控制能力,在动画中图形可根据鼠标的操作和程序设定作出相应的变化,如移动、鼠标响应、鼠标拖动等。
一、系统开发目标
岩石力学是一门实践性和理论性很强的课程,由于受教学的课时限制,不可能让每个学生都能进行实验操作,造成教师和学生在讲授、学习本课程实验时都有一定的困难。加之目前实验设备和资源的不足,因此开发网络虚拟实验系统事在必行,同时网络虚拟实验系统可以实现资源共享,便于远程学习与交流。更重要的是它打破了时间、地域的限制,使人们可以不受时间和地域的影响进行学习与交流。
开发该系统的目标是:尽可能采用最新的计算机多煤体技术,将文字、图像、动画等相结合,使岩石力学的大部分章节的实验原理、实验过程等课堂上不易讲授的内容在计算机上显示出来,使之成为岩石力学与工程课程教学的重要辅助手段,以缩短教学时间,提高教学质量。
二、开发设计过程
该虚拟实验系统包括四个部分:岩石单轴压缩虚拟实验、岩石单轴抗拉强度虚拟实验、岩石点载荷虚拟实验和岩石三轴压缩虚拟实验。其中每个实验又分为六个部分:实验原理、实验目的、实验仪器及设备、实验演示、实验操作和数据分析。内容详细分明,严格按照实验过程进行阅读和操作。能够真正使实验者在网上学习到实验的`操作规程和步骤,并能亲自在网上模拟实验室中的各种现场操作。
实验原理,实验目的和数据分析都属于文字与图表的说明性板块。在制作中将相关文字与图表逐桢添加,然后有控制地逐桢显示。
实验设备与仪器中要添加仪器图片,并能使用户有选择性地查看相关仪器图片说明。这里我们运用了Flash中的ActionScript编程语言,实现了鼠标响应事件,使用户通过鼠标操作就能够有选择行地查看图片,正确的认识和使用实验仪器。实验演示的制作用到了Flash中的动画编制功能。首先,依照真实仪器设备创建简单的虚拟实验模拟设备模型;然后,按照实验操作规程,一步一步地将实验过程以动画的方式完整地演示出来,并加入文字注解说明,将操作步骤和相关注意事项同步显示出来。在动画演示的时候留有足够的时间间隔,使用户能够了解实验的每一个操作步骤和注意事项。实验操作用了鼠标响应功能来控制实验进程。同时,为了确保用户在提示下能正确的操作,我们用影片剪辑和按钮剪辑相互封套的方式实现模块间的对话。这样,系统就可以自己检查用户的操作,只有操作正确才能进行下一步,使用户能够真正掌握实验步骤和注意事项。
三、关键技术与编程实现
实验操作板块的开发是整个虚拟实验系统重点和难点。在这个板块里,需要用户自己亲自操作虚拟实验设备,并且关键是要能够实现系统的自检核对功能,保证用户实现正确操作。这里用到了较多的ActionScript编程语言,鼠标响应,拖动,按钮控制,模块内部和模块之间对话等操作。例如,在虚拟岩石单轴压缩实验中,需要实验者将岩石试件放入实验用的液压设备中,在此过程中用到的动作脚本语言为:
岩石试件的拖放:
on(press)
{startDrag(“试件”);}
on(release)
{stopDrag;
if(_root.试件._x>490&&_root.试件._x<580&&_root.试件._y>370
&&_root.试件._y<510)
gotoAndPlay(483);}
压力杆的拖动:
on(press)
{startDrag(“”,false,93,99.7,93,111.2);}
on(release)
{stopDrag();
if(_y>100) v=1;}
四、开发设计结果
按照预期的目标,将每个虚拟实验系统分为六个模块:实验原理、实验目的、实验仪器及设备、实验演示、实验操作和数据分析。其中的实验原理、实验目的和实验数据分析,经过资料收集与整理,内容详尽分明。确保了使用者在网上能够真正学习到实验的操作规程和步骤,并能亲自在网上模拟实验室中的各种现场操作。在开发制作过程中,实现了文字和图形的动态变化和显示,图形和文字的模块化,模块和模块之间的对话控制,还实现了响应鼠标,自动控制,判断和传递信息等交互功能。
五、结语
此系统开创了岩石力学实验教学的新模式,为岩石力学实验改革提供了有力工具,实现了实验教学内容在时间和空间上得到延伸;达到了进行开放性教学模式的目的,实现了远程教育的功能;解决了我校扩招后给岩石力学实验教学带来的压力;培养了学生的创新思维与思考能力。
参考文献:
[1]胡丰等.利用Flash技术开发理论力学网络作业.力学与实践,,(1).
[2]蔡美峰等.岩石力学与工程.北京:科学出版社,.
虚拟电工电子实验系统 篇3
【关键词】模拟电子技术 Multisim10 虚拟实验 平台
随着EDA技术的日益发展，各种仿真软件也逐渐得到广泛应用。利用软件技术构建虚拟实验已成为提高实践课程教学质量及实验效率、降低实验成本的一条有效途径。为了缓解学生数量的增加与实验设备及场地相对不足的矛盾，我们主要采用强大的EDA仿真软件——Multisim10开发了一套“基于Multisim10的模拟电子课程虚拟实验平台”，在教学的各个环节中普遍应用，教学效果良好。
一、虚拟实验平台的整体结构
模拟电子电路实践环节在整个课程教学过程中的重要地位不容忽视。大纲要求学生学习完本门课程以后要达到的基本要求之一是通过“五关”，即：器件关、仪器关、电路关、调试关和设计关。本实验平台设计过程中充分考虑了这些技能训练要求，力求通过合理的结构划分，来培养学生不同程度的技能水平。
平台总体结构分为三部分：验证性实验仿真模块、小规模设计性实验仿真模块和综合设计性实验仿真模块。其中“验证性实验仿真模块”中涵盖了模拟电子课程教学过程中的几乎所有可进行功能验证的知识点，是对每个独立知识点的实验仿真，属于“熟悉零件”部分；“小规模设计性实验仿真模块”基本上是以每章涉及的知识为单元，设计完成一个体现本章内容的设计性实验题目；而“综合设计性实验仿真模块”旨在训练学生综合运用所学知识的能力，希望通过本模块的练习，学生们能以全局的观念来认识模拟电子技术课程的实质，属于“组装零件”部分。另外，根据学生在教学过程当中的反馈信息，普遍认为模拟电子的有些知识点难以理解，于是，我们在平台中专门添加了一个“教材例题仿真”子模块，该子模块的仿真实例都是教材当中针对某一个知识点的实际应用内容，对理解相关知识点很有帮助，学生还可以把仿真结果直接和教材中的解题结果相对照，以验证仿真结果的正确性，从而加深对相应知识点的理解。
二、虚拟实验平台的应用
（一）在课堂教学环节中的应用
课堂教学中多以讲授原理性和基础性的知识为重点，主要阐述各基本概念、各参数之间的变化关系。在运用多媒体进行课堂教学的过程中，可依据所讲授知识点的需要，适当引入仿真实验，以加深学生们对相关知识点的理解。
在“模拟电子技术基础”课程教学中，对很多电路图进行较详细的原理分析，进而得出相应的电路波形图属于必不可少的过程型讲授内容，如果单用黑板及口头语言描述，教师们感到费时、费力，学生们又很难对这样的知识点有一个感性的、清晰的认识。如果在这些地方引入仿真实验来辅助教学，就能取得事半功倍的效果。如在“直流稳压电源”一章的讲授中，桥式整流电路及电容滤波电路是两个非常重要的知识点，但对于其电压、电流波形的得出学生们却往往难以领会。于是我们在虚拟实验平台中设计了一个相关实验，学生通过仿真实验可以一目了然地看到与教材所给电路波形完全一致的实验结果，既激发了学生的想象力，加深其对知识的理解，又提高了学习兴趣。
（二）在实验教学环节中的应用
虚拟实验平台不仅弥补了实验设备不足的缺憾，而且对已有的实验教学过程也起到了一定的规范作用，为探索新的实验教学模式提供了一个思路。
在传统的实验教学过程基础上加入了“仿真预习阶段”，要求学生按照实验指导书对实验内容用Multisim10在课外作实验仿真，并将仿真分析步骤、结果（包括重要数据、波形）记录下来，在真正进入实验室前交给实验教师批阅，不合格者不允许进入实验室开展实验。有了预先的仿真，避免了传统实验方式过程中的盲目性。
实验后，要求学生把场地实验得到的结果与事先仿真实验的结果加以对照，并得出分析结论，使学生对理论仿真与实际实验过程都有了更进一步的认识，真正体会到理论与实践相结合的乐趣，同时还能清楚地看到理论和实际的差别所在，对培养学生独立分析问题和解决问题的能力有非常好的启迪作用。
（三）在课程设计实践环节中的应用
从整个的教学过程安排上来看，模拟电子课程课堂教学过程结束后，通常都会配有一至二周的课程设计。
在课程设计环节中，我们通常要求学生通过查阅资料自行构思一个综合性题目，在设计过程开始前向指导教师提交原理图及用虚拟实验平台对其原理图进行仿真的结果，由指导教师先行审核学生设计题目的工作量大小及难易程度，对每个学生做出有针对性的指导，不符合要求或脱离实际的设计内容将返回给学生重新修改，直到从原理上实现没有问题为止。 这样，学生在设计过程中思路清晰，针对性强，对照仿真结果和实际调试出现的现象，就可以大致判断设计过程中出现的问题该如何入手解决，从而加强了学生调试过程的自信心。
课程设计结束后我们还会把优秀的设计题目填充到我们的虚拟实验平台当中去，供以后的学生学习和参考。
三、结束语
基于Multisim仿真技术的模拟电子课程虚拟实验平台的开发应用得到了广大学生的认可。它的优点集中体现在以下两个方面：
（1）不受实验场地及设备的限制，学生只需在个人PC机上就可以完成虚拟实验平台中的全部实验。
（2）可扩充性好，且不需要任何实验成本。随着对知识点理解的不断深入，学生完全可以按自己的思路来设计各种实验，验证自己对知识点的理解是否准确，对培养学生分析和解决问题的能力有很大的帮助，有利于提高学生的创新能力。
【参考文献】
虚拟电工电子实验室的设计与实现 篇4
一、虚拟实验室的概念
虚拟实验室是一种基于Web技术、VR虚拟现实技术构建的开放式网络化的虚拟实验教学系统, 虚拟实验室的组成结构主要是由虚拟实验台、虚拟器材库和开放式实验室管理系统组成。虚拟实验室为开设各种虚拟实验课程提供了条件, 而且虚拟实验台与真实实验台类似, 能够满足学生自己动手配置、连接、调试和使用实验仪器设备的意愿。教师也可以利用虚拟器材库中的器材自由搭建任意合理的典型实验。
二、电工电子网络虚拟实验室的大概架构
整个虚拟电子电工实验室的大概架构, 主要是由电子电工虚拟实验室服务器和客户机组成。而客户机分为两部分, 学生使用部分和教师使用部分, 服务器的主要作用是存放各个实验的内容。学生通过使用学生端客户机来进行上机操作, 来进行实验操作和查询实验的分数, 而教师通过使用教师客户机来批改学生的实验报告以及对学生实验进行打分。
三、电工电子网络虚拟实验室的操作流程
学生通过学生客户机来下载实验网页, 下载实验网页以后根据实验要求完成实验操作。并且通过学生客户机来上传实验报告, 最后通过客户机来查询实验分数。而教师通过教师客户机来下载学生的实验报告, 进行批改, 最后通过客户机来给学生的实验报告打分数。整个实验过程中流程简单, 适合人们的使用, 因此受到了广大师生的热烈欢迎。
四、电工电子虚拟实验室的工作原理
在进行电工电子实验时, 必须要遵循的一个条件, 那就是在进行仪器与仪器之间的连接时, 必须要严格按照原理图来连线。哪个电压表测量哪个电阻的电压, 哪个电流表测量哪个电阻的电流都是一定的, 串联并联顺序都是一定的, 在进行电路连接时, 要设计好原理图, 避免在连接过程中出现问题。也能够确保仪器之间按照内部设定公式显示的示数变得正常。而实验平台在进行操作过程中, 会检查是否有错误的导线连接, 是否连接结束, 并且调动仪器来显示内部实验结果。
五、电工电子实验室的实现方法
网络虚拟实验室有多种方法可以实现。第一是利用flash技术。利用flash技术将实验做成flash, 通过播放flash, 一步一步的引导学生进行实验操作。Flash技术的好处就是能够直观的将实验过程呈现在学生的面前, 能够更好的引导学生对于实验的了解, 也能够培养很好的实验习惯。第二就是可以调用NI公司的multisim软件, 来打造一个开放式的实验平台。在这个实验平台上, 学生可以自主选择仪器进行实验, 但是实验的成本很高, 不过成本的很高低是相对学校的实力来讲。第三就是教师单独的为每一个实验构造一个实验平台。按照真实的实验室要求来设计, 这种方法更加的直接, 也更加的直白, 虽然是会麻烦一点, 但是造价相对也低很多, 因此被广泛的使用。
六、后续流程
教师利用虚拟实验室来创造一个留言板。学生可以通过留言板将不懂的问题留言在留言板上, 教师也能够更加直观的看到, 也能够更加直观的为学生解答。
结语:虚拟实验的实现是科技的一大飞跃, 它赋予了实验室更多的便捷性, 也降低了成本, 也能够提高学生的实验水平, 但是虚拟实验室毕竟不是真实的实验室, 不能够全部代替, 因此有的实验学生还是要通过现有实验室来完成。
参考文献
[1]刘新艳.虚拟电工电子实验室的设计与实现[D].电子科技大学, 2014.
[2]葛佳欢.基于虚拟实验室的模拟电子技术实验的设计与实现[D].浙江大学, 2012.
[3]张守恒.虚实结合网络实验室服务端设计与实现[D].浙江大学, 2013.
虚拟电工电子实验系统 篇5
实验目的：
实验内容：
一、Windows Server2003的安装
1． 打开桌面VMware Workstation（虚拟机），进入Home选项卡，选择New Virtual Machine
选项。
2． 选择典型（Typical）安装后，在Microsoft Windows的Version中选择Windows Server 2003
Enterprise Edition版本。
3． 选择合适的安装目录
4． 网络类型选择Use bridged networking，完成平台的搭建，VMware Workstation出现
Windows Server2003 Enterprise选项卡。
5． 开始安装Windows Server2003，在VMware Workstation的Windows Server2003 Enterprise
选项卡中双击CD-ROM，在弹出的对话框中选择Use ISO image，然后点导入一个win2003.ISO文件，点击ok。
6． 在VMware Workstation的 Windows Server2003 Enterprise选项卡中选择Start this cirtual
machine 就开始安装Windows Server2003 Enterprise了。
7． 产品序列号为CPWMR-DB94Q-2FMHX-KFK6R-X7FDY
8． 等待安装完成即可。
二、Windows Server2003安装后的优化
1． 优化界面：首先安装VMware Tools：在VMware Workstation的 Windows Server2003
Enterprise选项卡点击鼠标右键，选择Install VMware Tools。
思考：怎么样在桌面添加“我的电脑”、“网上邻居”等图标。
接着，显示桌面主题：点击“我的电脑”右键选择“管理”。在弹出的“计算机管理”对话框中选择“服务和应用程序”中的“服务选项”，在右边的框中双击“Themes”，在弹出的对话框中启动类型选择“自动”，服务状态选择“启动”点击确定完成。这样就可以显示Windows Server2003 Enterprise版本的经典桌面了。
2． 在关机时不显示“关闭事件跟踪程序”
在此时，点击关机，会看到有“关闭事件跟踪程序”这一选项。接下来我们通过设置，关闭这一选项。
在“运行”中输入gpedit.msc，弹出“组策略编辑器”，双击“计算机配置”的“管理模板”中的“系统”中的“显示关闭事件跟踪程序属性”，在弹出的对话框中选择“已禁用”，完成后，可再点击关机选项，看看有什么不同。
3． 添加Windows组件
虚拟电工电子实验系统 篇6
【关键词】《电力电子技术》 虚拟仿真实验 建设
电力电子技术是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，其应用范围非常广泛，涉及一般工业、交通运输、电力系统、通信网络、计算机、新能源发电等，因而《电力电子技术》已成为本科教学阶段的专业基础课程。同时，电力电子技术又具有很强的实践性，故而实验在教学中占据着十分重要的位置。然而由于课程难、内容多、课时少，在实际教学过程中，通常都只留出极少课时甚至没有留出课时让学生自主开展实验与训练。
虚拟仿真实验教学是依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通信等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学效果。虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和高校实验室建设的重要内容。
为进一步推进我校实验教学信息化建设，加快专业实验教学与现代信息技术的深度融合，努力实现优质实验教学资源的共建共享，切实加强学生创新精神和实践能力的培养，我们开展了《电力电子技术》虚拟仿真实验教学中心的建设工作。
一、建设的任务和原则
《电力电子技术》虚拟仿真实验教学中心的建设任务是实现真实实验不具备或难以完成的教学功能，在涉及高危或极端的环境、不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或综合训练以及现有实验条件不足或学生自主开展实验与训练等情况时，提供可靠、安全和经济的实验项目。《电力电子技术》虚拟仿真实验教学中心的建设必须充分体现虚实结合、相互补充、能实不虚的原则。
二、建设的内容
《电力电子技术》虚拟仿真实验教学中心的建设内容为：
1.虚拟仿真实验教学资源。发挥学院的电气工程学科专业优势，积极利用企业的开发实力和支持服务能力，充分整合信息化实验教学资源，以培养学生综合设计和创新能力为出发点，创造性地建设与应用高水平实验教学资源（包括软件共享虚拟实验、仪器共享虚拟实验和远程控制虚拟实验等），提高实验教学能力，拓展实验领域，丰富实验教学内容，降低成本和风险，开展绿色实验教学。
2.虚拟仿真实验教学的管理和共享平台。建设具有扩展性、兼容性、前瞻性的管理和共享平台，高效管理实验教学资源，实现校内外、本地区及更广范围内的实验教学资源共享，满足多地区、多学校和多专业的虚拟仿真实验教学的需求。探索学校和企事业单位（包括企业、科研机构、政府机构等）共建共管的新模式和新途径，建立可持续发展的虚拟仿真实验教学服务支撑体系。
3.虚拟仿真实验教学和管理队伍。建设教学、科研、技术人员结合，核心骨干人员相对稳定，结构合理的虚拟仿真实验教学团队，形成一支教育理念先进、学术水平高、教学科研能力强、实践经验丰富、勇于创新的虚拟仿真实验教学和管理队伍。
4.虚拟仿真实验教学中心的管理体系。以虚拟仿真实验教学资源的开放共享和充分使用为目标，系统制定并有效实施保障虚拟仿真实验教学的教师工作绩效考核、经费使用管理、实验教学中心维护与可持续发展等政策措施，建立有利于激励学生学习和提高学生创新能力的教学效果考核、评价和反馈机制。
三、建设的办法
为了确保《电力电子技术》虚拟仿真实验教学中心建设工作的顺利开展，需要采取切实可行的办法：
首先，学院制定出台相关政策措施、中心建设与管理的各项规章制度等文件，并责成相关人员出具中心建设规划与实施方案。
其次，中心开发教学软件、多媒体课件、在线网络课程、教学视频等数字教学资源，且课件要求可在浏览器环境播放。
再有，虚拟仿真实验教学中心的视频材料包含实验教学中心环境全貌、设备全貌、实验项目操作界面和功能界面等内容，反映虚拟仿真实验教学建设、应用和共享的基本情况。
最后，对于虚拟仿真实验教学中心，学校在实验室建设经费中给予一定的建设经费资助，学院也加大校企合作力度，加大经费投入力度。
四、结束语
教学效果和学生的收获是教学研究的出发点和落脚点。针对实际教学过程中极少留出课时甚至没有留出课时让学生自主开展实验与训练的状况，笔者介绍了开展《电力电子技术》虚拟仿真实验教学中心建设工作的情况，涉及建设任务和原则、内容、办法等，希望能起到抛砖引玉的作用。
【参考文献】
[1]王兆安， 黄俊.电力电子技术（第4版）[M].北京： 机械工业出版社， 2000.
[2] 许泽刚， 李俊生， 郭建江.基于电力电子的虚拟综合实验设计与实践[J].电气电子教学学报， 2008， 30 （5）： 62-64.
[3]许泽刚， 张兵， 卢国才.电类综合性仿真实验的设计与实践[J].常州工学院学报， 2009， 22 （6）： 25-28.
虚拟电工电子实验系统 篇7
1 RC积分电路实验
验证理论的主要内容是精确获得每一时刻实验数据与波形, 同时也是理解程度加深的关键。电子真实实验中, 仪器仪表功能限制仅能获得稳定数据与稳态波形;但是在电子虚拟实验中则可以使用电子电路设计或者仿真软件获得任一一个时刻的数据变形波形, 还能从这些波形中获得某一瞬间数据。比如, 在RC积分电路是实验过程中, 如果电路输入了波形信号电压, 则在真实实验当中能够获得图1 (a) 稳态积分波形;虚拟实验下, 不仅能得到图1 (a) 波形, 还能得到图1 (b) 稳态积分波形。
在进行正弦波振荡电路实验过程中, 能够获得图2 (a) 稳态振荡波形;但在虚拟实验下, 还能获得图2 (b) 稳态振荡波形。
2实验进度方面的互补
电子实验过程中, 真实实验电路连接与测量需要发挥很长时间, 但虚拟实验只需要在计算机上进行电路实验, 连接虚拟仪表就能进行仿真模拟, 能够使数据测量与波形更快得出, 使实验灵活度提高。在电子实验中使用虚拟实验能够实现虚实结合。例如, 为了使实验时间减少, 会将很多定律实验放在一起验证, 安排2~3个课时。这样一来, 实验内容增多, 很多学生不能按时完成实验操作。但是将部分实验放在虚拟实验中完成, 则可以将真实实验时间减少, 确保在规定时间内完成所有实验项目。再比如, 在模拟运算电路实验过程中, 可以使用相同比例运算法、加法、减法、微积分运算法等。出于实验内容考虑, 比例相同的运算能够在真实实验中完成, 其他内容则可以放在虚拟实验中完成。再例如, 为了在2~3节课中完成全部实验, 会将门、非门逻辑功能测试作为主要内容。
3实验安全与实验成本的互补
电子真实实验中应用电子元件与仪器仪表开展实验, 都运用实际电源, 如果出现操作不良会出现元件仪表受损或者故障。比如, 单相交流电路或者三相交流电路继电接触实验中, 使用350V或者220V电压, 将其作为交流电源使用, 稍有操作不良的情况就会发生触电危险。再比如, 某一元件电流实验中, 如果失误将电流表与万用表并联在一起会使万用表损毁。由此, 电子实验中使用虚拟实验能够减少发生仪表损坏的危险, 防止出现人员伤亡或者事故, 将实验安全性提高。由此可见, 电子元件与仪器仪表损坏将造成电子实验成本增加。此外, 电子真实性实验也会影响到这些设备或者仪器的使用时间, 降低使用寿命, 由此, 部分危险性实验可以使用虚拟性实验替代, 从而将报废率与实验成本降低。
4结束语
本文主要对电子虚拟实验与真实实验互补性进行了分析, 表现了电子实验需要充分利用互补性与虚实结合特征, 加深学生对理论的理解, 节省实验时间, 提高实验效率。
摘要：虚拟实验使用计算机作为辅助设计软件与仿真软件, 实验中应用到的器材都是虚拟化的, 但真实实验则是依靠真实器材完成的。虚拟实验与真实实验互补, 才能发挥各自优势, 达到虚实结合、优势互补的目的。
关键词：电子,虚拟实验,真实实验,互补性
参考文献
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虚拟电工电子实验系统 篇8
虚拟仿真实验是利用一定的仿真软件对电路环境和运行过程进行模拟达到与实际实验相同的目的。常用的电工电子类虚拟仿真软件有or CAD、Multisim、Proteus、Lab WIEW、Matlab等等。虚拟仿真实验与传统实验相比, 其优势如下:首先可以减少实验时间和实验场所的限制, 学生可以根据自己的实际情况和需要, 自主进行实验。同时也可以提高实验和实训的直观性和真实性, 特别是在实训课程和大学生电子设计大赛中, 可以让学生更形象地获取知识, 更高效率地完成设计, 激发学生的创新思维和兴趣。其次可以打破课程界限, 实行多门实验交叉汇合。对各门相关课程的实验室可以进行整合, 可设置硬件和软件实验室, 以适用不同的实验内容和要求, 提高实验设备和实验室的利用率, 甚至与其他高校实现优质教育资源共建、共享和应用。而且通过虚拟实验方式可以减小实验投入。采用虚拟仿真实验后, 仪器设备损坏和耗材都会大幅度下降, 特别是对于一些高消耗的电子类实验室, 有利于实验室的维护, 降低实验和设计成本。同时还能提高实验的安全性。学生可以根据设计要求最大范围地利用自己的知识去进行设计和扩展, 对于人身安全和设备安全, 不会造成伤害。最后有利于推进课程内容改革, 实行项目式教学, 提高学生的学习兴趣, 有利于学生创新实践能力的培养。
二、虚拟实验平台的构建
鉴于电工电子类的基础实验有其器件和实验方法的相通性, 可以在互联网的基础上建立一个综合的虚拟实验平台将这些课程整合在一起。学生通过互联网可以随时随地在人机交互界面完成仿真实验, 同时该平台还能为教师提供网络实验教学的一体化管理功能。每门课程对实验类型进行了分层, 包括有基础实验、综合设计型实验和研究创新型的实验, 这样既满足了日常教学需求, 还能利用实验平台进行综合实训, 同时对于学生在参加各种学科竞赛, 创新项目研究等方面也起到了很好的支撑作用。实验平台建设过程中可以将原有实验室的硬件资源进行整合利用, 通过硬件平台提炼虚拟实验, 结合虚拟仿真实验教学系统, 建立一个适用于工科专业的电类虚拟实验公共平台;同时, 通过虚实结合的方法完善实验教学平台。将实验教学扩展到实验室之外, 实现了真正意义的以学生为中心的开放式实验教学。
在虚拟实验平台中既有原有独立课程的实验, 比如模拟电子、数字电子、信号与系统等, 结合硬件实验提高实验的有效性;同时对于一些跨实验室的课程其优势更明显, 比如电工电子技术、电工学等课程实验需要利用电路、模拟电子、数字电子、电机等多个实验室资源, 采用虚拟实验后可以更高效。各高校也可利用虚拟平台实现实验资源共享, 达到高效低耗的实验教学目的。
基于互联网上的虚拟实验公共平台上可实现课程信息发布、教学管理、学生实验预约、实验操作和成绩查询等服务。虚拟实验平台从功能上可以分为:虚拟中心、交流中心、下载中心三个部分。交流中心主要是课后答疑与交流的平台, 教师和学生可通过该平台进行互动交流, 这样有利于教与学的沟通, 更好地提高教学效果;下载中心主要是给学生提供一些相关学习资料和链接;虚拟中心即虚拟实验平台的核心, 又分为两个部分:课程实验仿真系统和虚拟实验教学管理系统。
三、总结与展望
电子电路和测试仪器的数字化和智能化的发展方向对于传统硬件实验的设备要求会越来越高, 所以虚拟仿真实验对于电类实验教学有着至关重要的作用。一方面通过基于互联网的虚拟仿真实验平台, 可以使我们的实验教学不受时间和设备的限制, 有利于培养学生的创新能力和工程分析能力;另一方面通过虚拟仪器的使用, 可以使学生在相同的时间内同时学习电子技术和计算机仿真技术, 加强了综合能力的培养。而目前因为客户终端的多元化特点, 学生实验的载体也更多样化, 可以是电脑、手机等终端设备, 所以要求虚拟实验系统能运行在不同的终端设备, 并在教学管理系统的管理端对数据结果进行汇集处理, 进一步提高实验的开放性。
参考文献
[1]黄荣怀, 郑兰琴, 程薇.虚拟实验及其学习者可信度认知[J].开放教育研究, 2012 (12) :9-15.
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随着教学改革工作的深入开展,全国各高校对电工电子实验课程在教学体系与内容、教学方法方面不断地进行摸索创新。我们结合先进的虚拟仪器技术和网络技术,构建了一种虚拟化网络化电工电子实验教学平台,实现了灵活高效的实验教学模式,形成了由基本概念理解、基本技能掌握、工程实践能力培养以及开发研究能力训练等系列化的实践教学体系,有力地支持了常规实验教学和工程创新型实验的开展,对学生的实践能力和创新能力培养起到了良好的促进作用。
1 实验技术与教学手段的发展
随着电子信息和计算机技术的发展,除了实验教学内容更新之外,新的实验方法和手段在不断出现。适应电气信息类技术的发展水平,加强实践教学环节,实现以教师为主导、学生为主体的教育教学模式,实现实验室的开放式运行和管理,是当前各高校实验教学改革工作所追求的目标,而实验教学平台的虚拟化、网络化是先进教学体系建设的重要手段,在教学过程中将最新的技术和方法展现给学生,也是培养创新型人才的途径之一。
1.1 虚拟仪器技术
虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件完成各种测试、测量、自动化的应用。随着测试技术的数字化和自动化,虚拟仪器在许多领域中逐步取代了传统仪器设备。
在高校的电工电子实验教学工作中,以计算机和虚拟仪器构建的集成化测试平台,具有多台仪器的功能,不但能提高设备利用率,而且改善了实验教学效果,也有利于实验教学管理现代化,降低教学成本。特别是在工程创新类实验环节中,虚拟仪器软件的处理能力和灵活性方便了功能的扩展,可视化的软件开发过程也加速了项目的开发进度,有助于学生顺利完成实验项目。目前虚拟仪器在实验室的应用范围正在日益扩大,例如开发数据采集、记录和分析仪器设备,自动测试和自动控制系统等。
虚拟仪器 硬件实验 平台由计 算机 ( 带有Lab VIEW软件平台)、程控仪器、数据总线接口以及电子电路四部分组成。计算机是整个系统的核心,自动测试基于Lab VIEW软件平台上[1],可以完成测试参数的设置、测试数据的分析处理等任务,最后将测试结果自动保存输出。电路特性程控测试实验软件界面如图1所示。
1.2 基于虚拟实验的网络技术
网络技术的主要内容是基于局域网络的虚拟教学和网络实验室,实验的数据一旦上传至计算机,教师和学生不再受时空的限制,可通过计算机网络交换实验信息。这种程控测试加虚拟仿真的网络实验室改变了传统的实验方法。不仅减少贵重仪器设备的配备数量,提高其使用效率,还可以进行客观的成绩管理,实现人力资源和仪器设备资源的合理配置。
虚拟技术和网络技术的融合是建设现代教学实验室的技术关键。虚拟实验室要充分利用网络技术才会发挥出更好的教学效果。网络技术的优势主要体现在软件模拟仿真和硬件实时测量[2]两方面。软件模拟仿真部分是对实际实验平台界面的虚拟呈现。让教师在课堂讲授同时可直接通过网络进入,演示给学生。学生可在进实验室之前事先在网络终端操作,预先了解实验内容,熟悉具体的实验步骤,检验学生的预习程度。硬件实时测量部分是在实验室借助程控或虚拟仪器技术构建的测试平台,通过实际设计制作、调试分析和测量数据,结合软件仿真的结果相互对比,加深理解和真正的掌握电子设计技术。[3]
2 虚拟化、网络化电工电子实验教学平台的构建
在电工电子实验教学平台的建设中,通过软件实现友好的人机界面,可以对虚拟仪器及数字化程控仪器进行控制,实现数据采集、数据分析以及结果输出的功能。另外,系统还可以实现学生实验过程及仪器的网络化管理功能。通过软件、网络及虚拟仪器的有效结合,着力打造数字化、智能化的现代电工电子实验教学平台。[4,5]
根据电工电路课程实践教学计划的要求,整个虚拟化网络化电子实验教学平台的结构如图2所示。
系统结构主要由基于C/S(Client/Server)的仪器设备控制及数据采集处理和基于B/S(Browser/Server)的实验管理两部分组成。2台服务器互为备份,主要实现两大功能:一是作为C/S模式下数据服务器,二是作为B/S模式下的WEB服务器。其中仪器设备控制模块完成数据采集及仪器设备控制的功能;数据处理模块包括数据分析及结果输出、存储,由计算机上的软件编程实现;数据传输基于现有的局域网设备,通过开发TCP/IP协议的网络通信软件实现;实验过程管理模块采用B/S模式开发。[6]
3 虚拟化网络化电工电子实验教学平台的运行管理
3.1 教学平台的实验教学过程
利用学校的“一卡通”实现实验过程桌面级别管理,学生通过操作实验台上的计算机对仪器设备控制,完成数据采集、参数测量、数据分析、结果存储等操作;在确认实验结果无误后,通过网络将测量数据及实验分析结果以报告的形式上传到数据服务器,供教师评阅。
3.2 教学平台的网络化管理
参加实验的学生可以在网内的个人计算机上进行访问,从网上下载实验课件,浏览实验大纲,熟悉实验流程,通过聊天室的形式与实验指导教师交流。指导教师可通过网络进行实验系统运行管理,修改实验内容,上传实验教材,增减、拓展虚拟仪器功能并及时发布到实验教学平台中,以便及时更新教学资源。也可以在网上回答问题,指导实验操作,对学生的实验结果给出评价,在网上批阅实验报告,并能够以网页的形式将完成批阅的报告发给相应学生。
4 结束语
虚拟化网络化电工电子实验教学平台采用虚实结合、软硬结合、远近结合的构建方式,能充分满足不同专业、不同层次实验技能培养的要求,为学生随时获取新知识提供了便利及强有力的支持。它是建立在现代信息技术平台之上的一种新颖的实验教学模式,是对高校教育理念、教学方式的改革和发展。
摘要：随着虚拟实验及网络技术的飞速发展,高校实验教学的虚拟化、网络化成为一种发展趋势并受到广泛重视。将虚拟仪器技术、网络技术以及网络管理等技术有机结合,构建先进的电工电子实验教学平台,实现了实验教学理念与教学手段的变革,克服了传统实验教学模式呆板固化、仪器功能难以扩展等弱点,有力地支持了常规实验教学和工程创新型实验的开展,对学生的实践能力和创新能力的培养起到了良好的促进作用。
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一、虚拟仿真电子技术实验的优点
目前在我们的电子技术实验中普遍采用的教学方式传统且陈旧,实验学时有限,基本上是验证课堂理论教学内容,学生获得信息量少,感性知识少,学生的视野不广。同时受到实验条件的限制,学生分析、解决电子技术小型综合系统的能力差,动手操作能力弱,离综合培养目标还有很大距离。在很多学校里,实验箱是现成的,可做的实验也是有限的,学生的动手热情和创新思维受到抑制,很多学生做实验都是敷衍了事。引入了先进的电子设计自动化EDA技术—虚拟“电子工作台”后,学生可借助EDA软件的仿真功能,很方便地解决以前只是凭空想象的一些问题,提高了理论的可信性。学生可以自行设计各种实验电路,甚至小型电子系统,并仿真出结果,如果不符合要求,随即更换元器件,直到满足要求为止。学生可以不受实验仪器和实验条件的制约,不论实验电路多么复杂,都可以仿真和模拟,从而得到预期的实验结果。
二、虚拟仿真电子技术实验存在的问题
采用电子技术实验虚拟化以后,虽然体现出了许多优点,但是也存在着不可忽视的缺点。这些缺点,有的是这种新的教学方式本身所固有的,有的是我们在教学中对于这种新的教学手段缺乏经验所带来的。在教学中我们发现,有的学生用计算机仿真的能力很好,实际的动手能力却很差。仿真的虚拟实验仅是用虚拟的元器件、虚拟的仪器连接成一个“虚拟”电路,它们不是真实的,不是实际的。在真实的、实际的实物中可能会出现某些异常现象和故障,这些现象和故障在虚拟实验中绝对不会出现的,用虚拟的方法也是解释不通的。
三、虚拟仿真电子技术实验的具体实施
从所存在的问题来看,虚拟实验不能替代所有的实际实验,虚拟电子实验和实际实验两者之间应该是相辅相成的关系。
EDA设计技术将增强教师、学生掌握与应用EDA虚拟实验中常用仪器和元器件的实践能力,弥补高校扩大招生后实验室元器件与常用仪器缺乏带来的不足,避免了实验室元器件原材料的消耗与常用仪器缺乏带来的不足,避免了实验室元器件原材料的消耗与常用仪器损坏,帮助教师、学生加深对电子系统概念与原理的理解,弥补课堂理论教学不足,通过电子系统电路仿真,可以熟悉实验室常用元器件的测量方法与常用实验仪器使用方法,进一步培养学生的实验能力、综合分析问题能力、排除故障能力、开发创新能力。
明确教学改革要立足于培养创新人才,基础课要加强基础,拓宽知识,增加实践能力的精神为实验教学改革的指导思想,我们选择了信息领域中适合应用虚拟仪器EDA设计技术的方向,构建了EDA虚拟实验室;建立常用仪器和元器件的虚拟原型,以及系统化的虚拟原型;建立模拟与数字单元电路;构建虚拟元器件和仪器工程数据库;编制网络远程实验软件,以Windows,Work Bench,Matlab,VHDL语言、VB语言作为系统软件的开发平台,利用数据采集卡、PLD/FPGA开发系统和PC机资源作为通用硬件,开发虚拟仪器。
EDA是一个正处于迅猛发展之中的新兴技术领域,相关的软、硬件产品很多,产品升级换代也很快。因此,在选择教学内容时,必须根据我校的实际情况,加以合理取舍,使学生既学得懂又用的上。在进行电子技术实验教学虚拟化时,应不断总结经验,适当调整实验大纲,减少一些不太重要的实验内容,学生在经过必要的动手实物实验的基础上,通过仿真来加深对基础理论的理解,形成预习仿真—实践操作—仿真检查这样一个教学模式,使得虚实相济,让所学的知识更加巩固。
EDA实验可分两个阶段来完成,实验的第一阶段可与“模拟电子技术”、“数字电子技术”课程同步进行,这样可以巩固课堂学习的效果;第二阶段应进行一些设计,提高学生的创造性能力,而实验报告的形式应改变一下,一般实验报告的顺序是:实验目的→实验原理→实验仪器→实验数据及其分析→实验体会与设想→实验思考及建议。但就E D A实验来说,应改变这一教案,不拘一格,实验报告强调设计的思路和方案、实验数据与分析、改进方法与效果等等。
为此我们认为应“以学生发展为本,以培养学生创新精神、实践能力为主要内容”,在这一基础上来探讨电子技术实验,从形式、内容进行更新,在教学内容上,除保留传统的教学内容外,增加培养学生的设计能力的内容,如设计单级放大器时,提示电路的指标、输出电压峰值是多少、中频段电压放大倍数是多少、频带要求及输入输出阻抗等,类似的题目也应由浅入深,多设计一些选学内容与研究性内容由学生选择。在书写实验报告时,可改变传统实验报告的格式,增添设计过程、性能指标验证、解决方法等内容。使教学变得生动、活泼,并且对不同的学生能自动调整教学方式和进度。
四、结论
开设EDA电子线路实验教学的目标是提高学生电子线路的整体水平与素质,使得学生学习电子技术时,不仅要掌握基本原理和计算公式,而且在掌握基本原理的基础上,着重培养对电路分析、设计和应用开发的能力。通过计算机完成电路的功能设计、性能分析、时序测试以及印制版的自动布线,使学生了解EDA技术进行产品设计的基本过程。与传统的实验相比较,采用计算机虚拟技术进行电子线路的分析和设计,突出了实验教学以学生为中心的开放模式,不仅实验的效率得到提高,而且提高了学生对电路的综合分析能力和创新能力。当然,在EDA的实验教学中,要摆正与课堂教学的关系。既不脱节又要体现本课程的特色,利用本课程机动灵活的特点,将学生引导到当代电子科学技术的前沿。调动实验课指导教师的积极性,将其最新科研成果融入实验教学中,提高教学质量,充分发挥学生的主观能动性。
摘要：阐述了电子技术虚拟实验与实际的实验之间相辅相成的关系以及它存在的必要性。
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[关键词]虚拟实验；计算机；创新教育
[中图分类号]F224-39[文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0071-01
一、技术应用
系统为CS客户端-服务器结构。该结构通过将任务合理分配到Client端和Server端，降低了系统的通讯开销，可以充分利用两端硬件环境的优势。核心代码均使用C#语言编写。系统的开发环境为Visual Studio2005集成开发环境，用户可以在该环境中使用C++、.NET、VB、C#等编程语言进行算法和系统的实现。系统的后台数据库采用的是SQL2005，它为数据管理与分析带来了灵活性，允许单位在快速变化的环境中从容响应。
二、虚拟实验平台的实现
所有的虚拟设备和虚拟实验项目都建立在一个统一的平台之上。该平台式必须是一个虚拟实验的集成环境，通过该平台，用户可以对多种操作进行结合，完成各种复杂的工作任务。
最上边的是菜单栏，通过菜单栏，用户可以选择文件操作，编辑方式，上传下载等功能；菜单栏主要用来对平台进行管理，方便用户的个性化使用。左边的是虚拟设备栏。该栏目根据虚拟设备的不同，将设备分放在不同的设备类别中，当用户选择某个类别时，可以展开所有的虚拟设备，通过鼠标操作可以方便的选择和拖动虚拟设备。中间的核心区域是编辑区域，所有的虚拟实验的操作都在该区域中实现，包括设备的拖动、连接和电路联通等。右边的栏目是辅助菜单栏。通过它，用户可以了解自己的操作流程历史记录，通过点击可以返回到记录中的任何步骤。用户还可以从该栏目中找到联机帮助，通过帮助，学生可以解决系统中已经记录的相关问题。最下面的栏目是状态信息栏，它主要提供一些额外辅助信息，如登录时间，当前的系统版本号，显示方式，登录方式等。
三、虚拟实验的虚拟设备实现
虚拟设备是计算机虚拟实验系统中的最基本元素，通过对它们的操作可以完成复杂的虚拟计算机实验项目。虚拟实验系统中的虚拟设备，每个设备都具有众多的属性，这些属性对虚拟设备的基本型号以及可执行的操作给出了详细的说明，有重要意义，需要对它们统一管理。采用面向对象的基本思想，本虚拟实验系统统采用JavaBean组件技术开发虚拟设备，从而增加虚拟设别模型的可重用性。
在系统中，所有虚拟设备的公共属性都定义在父类Component中。当构建一个新的元件时，需要从父类Component中继承。因此，当开发或者设计具体设备时，只需要关注组件的特有属性和功能方法，大大提高了组件的开发效率。当需要设定一个新的设备时，需要对该设备的各种属性进行描述。为了方便表达和管理，对于每一个设备，使用XML文档对其相应属性进行存储。XML是一种标记语言，具有可扩展性、结构化的特点。以CPU为例，为其建立的虚拟设备的XML属性描述文件。描述了系统中的某CPU虚拟设备。
四、虚拟实验的设备的多线程运行实现
在一个规模较大的虚拟实验系统中，用户需要使用多个虚拟元件才能完成一个实验项目。这些虚拟元件有各自的独立性又保持着相互联系。在一个完整的实验项目中，为了不影响各元件的独立运行，需要对每个元件分配独立的线程。线程的建立可以通过Java中的Thread类进行实现。
如果该设备需要和其他设备进行通信，则需要为该设备设置监听端口。当学生将所有设备连接到一起时，可以开启实验，这时，各个线程将逐一启动。num为系统中需要启动的所有线程的数量的和，通过代码的循环结构，使得每一个线程都被初始化，这里的线程对象VThread继承了Thread线程类，当线程初始化结束后，可以通过run（）方法来对某个线程所要执行的功能进行调用。以时钟信号发生器为例，它是一个特定的虚拟设备元件，它继承自Component父类，和线程父类。当一个类继承了Thread类后，可以在线程中添加特定的执行代码。
五、虚拟实验交互功能实现
在本虚拟实验系统中，交互功能分为两个方面，一是用户和虚拟设备之间的交互。二是虚拟设备之间的交互。这两方面从不同的角度实现了系统的可操作性。
首先是用户和虚拟设备之间的交互。这样的交互过程是用户和计算机软件进行沟通的过程，通过鼠标动作，虚拟实验系统能够识别用户的操作意图，并且根据用户的具体操作，对给定命令做出反应。用户定义的操作有鼠标左键点击、拖拽、鼠标右键点击、鼠标双击等。这几种鼠标操作可以实现全部的对可视化界面中的虚拟设备的管理。为了实现这一个过程，可以设置监听器，对鼠标动作进行监听，当监听器注意到新的鼠标动作时，则通知系统做出合理的反应。对于鼠标时间，首先启动一个监听线程，该线程负责监听鼠标在什么时间发生了什么样的状态改变。当状态改变时，系统会逐一对可能的状态进行判断，当状态为左键单击时，启动选择虚拟设备函数；当状态为右键单击时，启动显示设备信息函数；当状态为鼠标拖拽时，启动移动虚拟设备函数；当状态为鼠标双击时，启动打开虚拟设备属性面板函数。另一种重要的交互式虚拟设备之间的交互，即一个虚拟设备发生改变时，其他的虚拟设备也要发生相应的变化。这种虚拟设备间的触发机制可以被理解为设备之间的交互。
在系统使用中，定义了三类角色，学生用户、教师用户和管理员用户。每类用户均实现了自己的功能。对于学生用户，他们可以完成实验选择、实验操作、实验结果上传和疑难问题提问等功能；对于教师用户，他们可以完成问题解答、班级管理和实验结果评阅等功能；管理员是系统的最高权限拥有者，他们可以对系统的整个运行进行管理，包括学生管理、教师管理和实验模型管理。
六、结论及展望
由于计算机实验设备昂贵、占地较大等因素，相对于传统的实验模式而言，虚拟实验方式有其独特的优势，这些优势包括：虚拟实验只需要创建在普通微机上即可，缩小的占地面积，即使是极其复杂的、需要大量实验设备的实验也可以再微机上通过虚拟系统完成；由于虚拟系统采用了虚拟的方式，不用担心硬件因为误操作而引起的损坏问题，同时这种自由的操作方式大大地提高的学生学习热情和创新能力，更加利于教学活动的开展。今后还需要在以下方面做出努力，以提高系统的性能和发展空间：
（1）系统对3D模型的应用较少，为了达到更好的教学效果和操作便捷性，将考虑使用3D模型对系统的虚拟设备进行构建。
（2）进一步加强系统的可视化操作能力。
参考文献
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虚拟实验室是一种运用虚拟现实技术模拟真实环境实验的计算机辅助教学软件,它采用多媒体信息技术在计算机上建立虚拟实验教学环境,使学生在计算机模拟环境中通过接近真实的人机交互界面完成实验。
虚拟实验室具有仿真性、开放性的特点,并可多次重复使用。在该虚拟平台上,学生可自己动手完成实验设备的安装调试,观察实验效果,并对实验数据进行相应的分析。虚拟实验室的构建可以在很大程度上弥补目前学校实验设备不足的问题。
2 虚拟电子实验室构建的意义
在目前的电子实验室中,普遍存在着软件不足的问题,所开设的电子实验主要以基础训练为主,缺少较为综合的设计型实验。学生大多在已经安装完成的固定实验台上进行操作,缺乏创新。而引入虚拟电子实验室,则可以很好地解决上述问题。在虚拟电子实验室中,不需用到任何实际的电子元器件,也不需实际搭建电路,不需使用测试仪器进行测试,学生就可以判断该电子设计方案是否正确,而不再受限于实际测试时特殊仪器设备的短缺、破坏性测试的不经济性、电路噪声与负载的限制;可以更为全面地了解电路的性能;对电路进行最优化设计;帮助学生完成电路结构和概念的构思和验证,完善各种设想。通过虚拟电子实验室,学生可以拥有各种实验仪器设备,只需指定信号输入点或测试点即可,远比真实仪器的使用简便可靠。而当虚拟电子实验测试完成后,再进行相应的实际电路搭建调试,则可大大提高实验效率,减低实验成本,节省大量的实验时间和费用,同时也可以更好地培养学生大胆尝试,积极探索,敢于创新的精神。
目前虽然市场上有一些电路仿真软件,但针对性不是很强,开发虚拟电子实验室,可以根据课程需要,独立开发实验项目,在实验中注重的是实验操作的交互性和实验结果的仿真性。利用虚拟电子实验室,学生可以像在真实的实验环境中一样通过虚拟实验平台完成各种实验项目,可以取得与实际环境中几乎等价的实验效果。
3 Action Script的特点以及在虚拟实验室构建中的作用
FLASH技术所创建的元素是采用矢量来描述的,与位图图像不同,矢量图形不仅体积小,同时可以任意缩放而不会影响图形的质量。同时它采用流媒体技术,适合在网络上使用。通过使用组件技术和关键帧等使得生成动画文件很小。另外Flash技术支持多种音频视频格式,可以方便地制作出集声音、动画、视频等融为一体的作品。此外,还有最关键的一点是Flash利用Actionscript脚本语言,从而增强了对交互事件的控制。Actionscript语言是一门面向对象编程语言,功能强大,它可以创建真正具备完全交互性的应用程序。
与其他开发技术的价格高昂,很难在普通高校中得到开发和有效应用相比,基于Flash Action Script技术而开发的虚拟实验室则具有开发成本较低,适用范围广,易于普及等特点。鉴于这种情况,在众多的仿真实验构建软件中,选择基于ActionScript技术开发虚拟电子实验室。通过使用Action Script可以控制Flash动画中的对象、创建导航和交互元素,能形象地模拟动画状态,开发周期短。这种特性使得它适合交互式虚拟实验室的建立,从而为我们提供一个成本低、具有推广价值的仿真实验开发平台。
4 基于Action Script技术的网络虚拟电子实验室开发思路
虚拟电子实验室分为实验室管理模块、课件与教学模块、仿真实验模块、交流评价模块等。在教学模块中,放置相关的教学视频及动画,供用户学习;在仿真实验模块中,利用计算机技术和多媒体技术来完成各种虚拟实验场景的构建。提供大量预设的实验情景用于指导学生的思维;以鼠标的点击拖动,将虚拟实验室中的各种仪器按实验要求和过程组成一个完整的试验系统,其中包括各种元件的添加、参数的设置等,同时对实验的数据进行采集以及对实验结果的分析处理,充分体现学生的主体地位;学生在独立完成实验的同时,还可以通过互动模块与教师进行交流,教师可以实现在线答疑并及时对学生的实验完成情况进行评价反馈。
5 基于Action Script的虚拟电子实验室构建关键技术
1)鼠标交互事件
在虚拟电子实验室的使用过程中,会有大量鼠标拖拽元器件的操作,即监听鼠标按下事件,并开始监听移动,同时为了让弹起时不再拖动,还要监听弹起事件。
2)使flash适应不同的分辨率大小
虽然在设计界面时是可以设置好自动适应两种或者几种分辨率的,但较为繁琐,以下给出通过Action Script脚本使其自动适应多种分辨率的方法。
3)从外部加载显示元素
在构建虚拟实验室的过程中,需要使用到大量的外部可显示资源,可以将这些资源放置在Flash库中,作为内部资源使用,但这样会使生成的swf文件体积增大,造成不好的用户体验,同时不利于后期维护。鉴于以上原因,可通过使用Loade类,从外部动态加载可显示资源。
4)在flash中实现3D效果
在虚拟电子实验室中,需要构建大量的虚拟实验设备,虚拟设备应在外型上能模拟真实设备,而flash并没有3D的应用程序编程接口,可通过Action Script函数调用,从而模拟三维效果,另外也可以通过其他软件进行3D建模,实现3D效果。例如需要制作三维模型旋转效果,可以先利用3Dmax软件进行建模,完成三维旋转,然后导出序列帧。最后导入到flash里面,即可实现。
6 结论
基于Action Script技术的虚拟电子实验室可以作为一种辅助的实验手段来弥补真实实验课程的不足,并且可以构建复杂的难以开展的实验。Flash Action Script技术手段是实现仿真实验的一种简单有效的途径,其所开发的虚拟实验具有形象生动的特点,可激发学生兴趣,从而有效地提高课程的教学效果和质量。
摘要：论文较为详细论述了ActionScript技术的特点以及基于ActionScript技术的虚拟电子实验室构建的意义、可行性、及开发思路方法等内容。
关键词：ActionScript,虚拟,电子实验室
参考文献
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