計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)創(chuàng)建途徑

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1.引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展[1]，以及多媒體仿真技術(shù)等各種現(xiàn)代教育手段的發(fā)展，仿真技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍得到了迅速擴(kuò)大，并逐漸的被引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。實(shí)驗(yàn)是教學(xué)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[2]，很多高校都把實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)放在首要位置上，然而，由于受到經(jīng)費(fèi)、場(chǎng)地和設(shè)備等諸多因素的限制，實(shí)驗(yàn)教學(xué)并不能達(dá)到預(yù)期的效果，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量受到影響[3]。一方面，對(duì)一些耗資大的實(shí)驗(yàn)許多學(xué)校無(wú)法開設(shè)，學(xué)生只能通過課堂上老師的講述來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行想象，缺乏實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)。另外隨著現(xiàn)在學(xué)生數(shù)量的增多[4]，許多實(shí)驗(yàn)受到場(chǎng)地和課時(shí)的限制，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)學(xué)生無(wú)法真正完成實(shí)驗(yàn)，造成實(shí)驗(yàn)課走過場(chǎng)的現(xiàn)象。而另一方面，即使可以增加實(shí)驗(yàn)課時(shí)（或?qū)嶒?yàn)次數(shù)），也會(huì)大大增加實(shí)驗(yàn)成本和實(shí)驗(yàn)儀器的維護(hù)工作量。因此，在一些高校的相關(guān)專業(yè)都相繼開發(fā)相應(yīng)課程,如：電工電子仿真實(shí)驗(yàn)[5]、化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)[6]等，將計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用到相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，使得仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)驗(yàn)結(jié)合進(jìn)行，起到較大效果。然而，各專業(yè)有各專業(yè)的仿真實(shí)驗(yàn)軟件，隨著仿真實(shí)驗(yàn)軟件的增多，一方面容易造成使用和管理上的不便，另一方面也容易造成實(shí)驗(yàn)軟件的重復(fù)開發(fā)和使用，也不利于學(xué)生集中學(xué)習(xí)。而將各專業(yè)仿真實(shí)驗(yàn)軟件整合到一個(gè)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，有利于共享實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件資源，避免軟件的重復(fù)開發(fā)，方便學(xué)生進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)操作，更有利于管理和維護(hù)。

2.仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的功能與構(gòu)建

2.1仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的功能

計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的功能包括前臺(tái)的仿真實(shí)驗(yàn)操作和后臺(tái)仿真軟件和用戶管理兩部分，主要功能有：

（1）仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以在校園網(wǎng)內(nèi)使用，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室、宿舍或校園內(nèi)可以上網(wǎng)的地方進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)操作。學(xué)生可根據(jù)管理員（或教師）錄入的在冊(cè)名單進(jìn)行注冊(cè)、登錄。

（2）學(xué)生在登錄后，可根據(jù)自己的專業(yè)課程選擇仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行操作，可填寫并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

（3）仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的后臺(tái)仿真軟件管理，包括添加、刪除仿真實(shí)驗(yàn)軟件。

（4）仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的后臺(tái)用戶管理，包括系統(tǒng)管理員可對(duì)一般用戶（教師或?qū)W生）進(jìn)行添加、刪除、修改操作，并設(shè)置相應(yīng)的權(quán)限。

（5）教師登錄后可以檢查、批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告。采用VisualC#和ASP在校園網(wǎng)內(nèi)構(gòu)建基于Internet的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

2.2仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建

2.2.1構(gòu)建軟件的選擇

仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是基于Internet的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，采用C/S和B/S模式進(jìn)行構(gòu)建，在構(gòu)建時(shí)，可考慮采用VisualC#和ASP語(yǔ)言[7]，有如下優(yōu)勢(shì)：（1）VisualC#是一種簡(jiǎn)單、現(xiàn)代、類型安全和面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言；（2）VisualC#和ASP語(yǔ)言同屬.NET框架,設(shè)計(jì)的軟件更適合運(yùn)行于.NET平臺(tái)上，C#是一種范圍廣泛的企業(yè)級(jí)應(yīng)用程序；（3）VisualC#也受益于公共語(yǔ)言運(yùn)行庫(kù)的服務(wù)（包括：語(yǔ)言互操作性、垃圾回收、增強(qiáng)的安全性以及改進(jìn)的版本支持等）；（4）VisualC#完全得到項(xiàng)目模板、設(shè)計(jì)器、屬性頁(yè)、代碼助理、對(duì)象模型和其他開發(fā)環(huán)境功能的支持。因此采用VisualC#和ASP構(gòu)建仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是較為理想的選擇。

2.2.2仿真軟件的連接

目前，計(jì)算仿真實(shí)驗(yàn)軟件常有EWB[3](即ElectronicWorkbench電子工作臺(tái))、Pspice[8]（號(hào)稱電子仿真頂級(jí)軟件）、MATLAB[9](即MatrixLabo-ratory矩陣實(shí)驗(yàn)室)、Labview[10]（是一種先進(jìn)的圖形化編程語(yǔ)言工具[11]）、Java[12]和Flash等等。它們的執(zhí)行文件主要是exe文件，其運(yùn)行環(huán)境主要可分為兩種：一是在Windows（或DOS）環(huán)境下執(zhí)行的EXE文件；另一種是可在頁(yè)面運(yùn)行的Java和Flash，因此在連接上分別采用兩種連接方法。

3.建設(shè)措施

由于計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)被要求與真實(shí)的實(shí)驗(yàn)要有高度的逼真性和一致性，這就需要仿真實(shí)驗(yàn)軟件的編制人員與相應(yīng)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教師密切配合，且軟件編制人員要完全熟練和掌握實(shí)驗(yàn)操作過程，才能編制出較好的仿真實(shí)驗(yàn)軟件。而兩者常受時(shí)間、交流機(jī)制、應(yīng)用條件等多種因素的影響無(wú)法完成或不能較好完成仿真實(shí)驗(yàn)軟件的設(shè)計(jì)、編制工作。因此應(yīng)在人力、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、運(yùn)行機(jī)制等方面制定相應(yīng)措施。

3.1人力和時(shí)間的保障

學(xué)校應(yīng)采取相應(yīng)的培訓(xùn)、實(shí)踐活動(dòng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)教師和相關(guān)人員進(jìn)行較深入的培訓(xùn)，以提高相關(guān)人員的計(jì)算機(jī)能力和實(shí)驗(yàn)操作水平。由于教師存在份內(nèi)的教學(xué)任務(wù)，因此在時(shí)間上往往不足。所以，對(duì)于參與仿真實(shí)驗(yàn)軟件開發(fā)的教師應(yīng)盡量減少教學(xué)任務(wù)，盡可能地在能力和時(shí)間上給予支持。

3.2建立交流機(jī)制

為了使仿真實(shí)驗(yàn)軟件能更廣泛地使用，應(yīng)建立更為廣泛的交流機(jī)制，如實(shí)驗(yàn)教師與軟件制作人員建立長(zhǎng)期的交流，或開展仿真軟件設(shè)計(jì)競(jìng)賽活動(dòng)等，通過這些活動(dòng)進(jìn)一步激勵(lì)軟件制作者的積極性，通過進(jìn)一步交流從而制作出更為廣泛適用的仿真實(shí)驗(yàn)軟件。

3.3提供仿真實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及和發(fā)展，許多學(xué)生都有自己的電腦，應(yīng)用條件會(huì)有很大的提高。因此,學(xué)校在確保計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室充足的同時(shí)盡可能地提供計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用場(chǎng)所，如提供只有網(wǎng)線接口的“機(jī)房”,以方便有自己電腦的學(xué)生使用，從而改善計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用條件。

3.4建立完善的運(yùn)行機(jī)制

在后臺(tái)管理方面應(yīng)有專人負(fù)責(zé)管理,對(duì)需要添加到平臺(tái)的仿真實(shí)驗(yàn)軟件應(yīng)組織實(shí)驗(yàn)人員和軟件設(shè)計(jì)人員進(jìn)行評(píng)審，只有評(píng)審?fù)ㄟ^的仿真實(shí)驗(yàn)軟件才能添加到平臺(tái)上。

4.結(jié)束語(yǔ)

與國(guó)外計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)相比，盡管我國(guó)在這個(gè)方面的研究起步較晚。但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的繼續(xù)迅速發(fā)展，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革和探索也在不斷的深化，作為教學(xué)重要環(huán)節(jié)的實(shí)踐部分，計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)將會(huì)起到越來(lái)越重要的作用，進(jìn)一步建設(shè)和完善集教學(xué)與實(shí)踐、跨學(xué)科、多功能的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并把這些仿真實(shí)驗(yàn)軟件和教學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施整合成一個(gè)全校性的大平臺(tái)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力有著重要意義，同時(shí)對(duì)發(fā)揮綜合教學(xué)效益也有促進(jìn)作用。