应用于电类实验教学的网络虚拟实验平台

马草原，许燕青，刘 凯，孙 文，赵万云

（中国矿业大学 信电学院，江苏 徐州221008）

0 引言

实验教学对学生分析问题、解决问题能力的培养至关重要。因此，不断进行实验教学改革、改善实验教学方法和手段，全面开放实验室，为学生提供更多的实验机会，是十分必要的［1］。但是传统实验的进行必须有实验场地、实验仪器，实验装置、实验时间以及学生兴趣等基本条件，而目前学校在校人数较多，实验室教学任务繁重，无法为学生提供更多的实验机会，制约了实验室全面开放的步伐。

为改善电类实验课程的教学效果，我们对交互式网络虚拟实验教学平台（简称IVE），并应用于电工技术与电子技术课程实验课程教学活动中。该平台具有良好的交互性，为实验室开放提供一种行之有效的解决方案，受到学生欢迎。

1 虚拟实验教学平台开发的必要性

通过多年的电工技术与电子技术实验教学我们发现，学生实验存在以下几个问题。

（1）仪器使用掌握不好。由于部分学生不注重强化练习，在实验过程中仪器使用仍是个难点。

（2）实验接线水平不高。统计表明，实验结果不正确的学生中，50%左右是因为接线出错。

（3）排除故障的能力较差。一些学生纠正错误接线的能力较差，在实验结果不正确的情况下不愿查线，缺乏成功的信心；有时错误原因很简单，如仪器操作错误，实验箱电源没打开等，但仍然有学生不能很快找到错误原因。

（4）对原理掌握不够扎实，实验过程中很难理论联系实际。一些学生的实验过程机械照搬实验讲义，但却不知道理论依据；实验报告中也不能给出恰当的实验结论。

（5）知识面较窄。对于常用电子元器件、常用电子仪器和常用实验方法等基本知识，许多学生感到陌生，一些学生只是较好地掌握了课本和实验讲义给出的内容。

上述问题在其他电类基础课实验中也同样存在，因此，开发交互式网络实验课件十分必要。

2 虚拟实验教学平台的结构功能

2.1 基本结构

IVE由虚拟实验、信息维护、报告管理、统计评价、知识库等五个模块构成，如图1所示。其中，信息维护模块包括学生管理、添加实验、启动实验、删除实验等功能，在这里教师可以完成学生管理和实验管理；报告管理模块为学生提交以及教师批改实验报告提供了一个接口；虚拟实验模块提供了电工技术与电子技术实验系统的Flash模型，学生可以在这里完成实验连线并将结果录入系统；统计评价模块包括成绩计算和教师点评功能。成绩计算由系统自动计算完成，教师根据学生的成绩和连线情况可以给出评价和学习建议。知识库给出了能够激发学生学习兴趣的资料和知识。

图1 IVE的基本结构

2.2 虚拟实验模块

虚拟实验模块利用Flash软件［2］实现，该模块不仅给出了逼真的实验仪器面板图，而且为学生提供了接近现实的仪器操作练习虚拟实验环境。例如对于万用表的使用，系统给出了仪器面板和被测量电路，学生可以利用鼠标完成诸如“打开开关”、“选择电压／电流量程”、“交流／直流档位”、“移动表笔到电路相应位置”等功能，系统自动判断操作是否正确，并给出“操作正确”、“量程选择错误”等指示。使学习者在没有实验仪器的情况下，能方便练习仪器操作。

虚拟实验模块还可以给出实验电路部分连线，要求学习者在查明已连线，通过移动鼠标完成其它部分连线，在连线完成后，点击“完成”按键，系统自动判断连线是否正确，并给出相应的指示，学习者可以反复进行查线和连线的练习，培养学生的电路连线及电路查线能力。

2.3 信息维护模块

该功能块基于ASP软件［3］实现，能够实现对学生的信息统一管理。学生的信息主要包括姓名，学号，院系，班级，性别等。所设计数据库较全面地涵盖了各种信息，其中，院系表包括ID号，学院代号，学院名称等字段；班级表包括ID号，班级代号，班级名称，所属院系代号等字段；学生表包括ID号，学生学号，学生姓名，学生性别，学生所在班级代号，学生所属院系代号，登录密码等字段。系统管理员可以完成对学生信息管理，如添加修改删除学院信息，添加删除修改班级信息，添加修改删除学生信息。

系统管理员能够对实验的基本数据进行管理。其信息主要有实验的电路图，实验的名称，要求完成实验的时间，班级，性别，开放实验的时间，以及最为重要的实验答案。实验基本信息表主要字段有：ID号，实验名称，实验电路图，实验规定完成时间，实验开放日期，实验状态（实验处于开发还是关闭状态），实验答案等。

2.4 报告管理模块

学生通过报告管理模块完成实验报告的提交，教师可以查看浏览学生所提交的实验报告，并给出成绩及相应的点评。实验报告信息主要有实验名称，班级，姓名，学号，实验步骤，实验内容，实验结果，实验体会，实验时间等信息。数据库中实验报告基本信息表主要字段包括ID号，实验ID号，学号，实验体会，实验结果，实验电路图，实验日期，课程名称等。

2.5 统计评价模块

统计评价模块包括成绩计算和教师点评功能。成绩计算由系统根据系统管理员或教师添加实验时所填写的实验答案自动计算完成，并给出实验成绩，教师根据学生的成绩和连线情况可以给出评价和学习建议。

其中学生的实验结果（如实验连线）和计算出的成绩保存到实验结果信息表中，主要字段有：学生学号，实验ID，实验结果，实验成绩，完成实验时间，实验日期，教师评价意见 。

2.6 知识库模块

电工技术与电子技术实验课程所面对的学生刚刚接触电学基础知识，因此，培养学生的学习兴趣至关重要。知识库给出了组成电子、电气系统的常用元器件，介绍一些实用的典型系统，如风力发电系统、绿色照明系统、机器人足球比赛、变频调速系统等等，鼓励学生利用课余时间学习实践电学基础知识。这有助于学生明确学习任务，树立学习目标，同时也激发了学生的学习兴趣。浓厚的学习兴趣将克服学生的厌学情绪，促进学生的学习积极性和主动性，有助于学生树立终身学习的学习理念。

3 结束语

交互式网络虚拟实验教学平台解决了实验教学中的部分难点问题，减轻了教师的负担，有效拓宽了实验教学空间。

［1］ 莫治雄，熊伟建.FlashMX网上动画制作指南［M］.北京：北京希望电子出版社，2003

［2］ 金雪云，焦桂英.ASP.NET高级开发技术与范例［M］.北京：电子工业出版社，2002

［3］ 金平，张尊侨，高文焕.电子技术基础实验教学的改革与实践［J］.实验技术与管理，2005，22（2）：1252130

［4］ 许燕青，马草原.“模拟电子技术”教学改革初探［C］.华北地区高等学校电子技术教学研究学会，2006年会论文集.2006：35238