計算機(jī)仿真平臺創(chuàng)建途徑

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1.引言

隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是計算機(jī)虛擬現(xiàn)實技術(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驗教學(xué)中。實驗是教學(xué)過程中的一個重要環(huán)節(jié)[2]，很多高校都把實驗教學(xué)和實驗室建設(shè)放在首要位置上，然而，由于受到經(jīng)費(fèi)、場地和設(shè)備等諸多因素的限制，實驗教學(xué)并不能達(dá)到預(yù)期的效果，實驗教學(xué)的質(zhì)量受到影響[3]。一方面，對一些耗資大的實驗許多學(xué)校無法開設(shè)，學(xué)生只能通過課堂上老師的講述來對實驗儀器及實驗操作進(jìn)行想象，缺乏實際操作經(jīng)驗。另外隨著現(xiàn)在學(xué)生數(shù)量的增多[4]，許多實驗受到場地和課時的限制，在規(guī)定的時間內(nèi)學(xué)生無法真正完成實驗，造成實驗課走過場的現(xiàn)象。而另一方面，即使可以增加實驗課時（或?qū)嶒灤螖?shù)），也會大大增加實驗成本和實驗儀器的維護(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：電工電子仿真實驗[5]、化學(xué)仿真實驗[6]等，將計算機(jī)仿真實驗應(yīng)用到相關(guān)課程的實驗教學(xué)中，使得仿真實驗與真實驗結(jié)合進(jìn)行，起到較大效果。然而，各專業(yè)有各專業(yè)的仿真實驗軟件，隨著仿真實驗軟件的增多，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驗軟件的重復(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)仿真實驗軟件整合到一個計算機(jī)仿真實驗平臺上，有利于共享實驗教學(xué)軟件資源，避免軟件的重復(fù)開發(fā)，方便學(xué)生進(jìn)行仿真實驗操作，更有利于管理和維護(hù)。

2.仿真實驗平臺的功能與構(gòu)建

2.1仿真實驗平臺的功能

計算機(jī)仿真實驗平臺的功能包括前臺的仿真實驗操作和后臺仿真軟件和用戶管理兩部分，主要功能有：

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

（2）學(xué)生在登錄后，可根據(jù)自己的專業(yè)課程選擇仿真實驗項目進(jìn)行操作，可填寫并提交實驗報告。

（3）仿真實驗平臺的后臺仿真軟件管理，包括添加、刪除仿真實驗軟件。

（4）仿真實驗平臺的后臺用戶管理，包括系統(tǒng)管理員可對一般用戶（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、批改實驗報告。采用VisualC#和ASP在校園網(wǎng)內(nèi)構(gòu)建基于Internet的計算機(jī)仿真實驗平臺。

2.2仿真實驗平臺的構(gòu)建

2.2.1構(gòu)建軟件的選擇

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

2.2.2仿真軟件的連接

目前，計算仿真實驗軟件常有EWB[3](即ElectronicWorkbench電子工作臺)、Pspice[8]（號稱電子仿真頂級軟件）、MATLAB[9](即MatrixLabo-ratory矩陣實驗室)、Labview[10]（是一種先進(jìn)的圖形化編程語言工具[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

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

3.1人力和時間的保障

學(xué)校應(yīng)采取相應(yīng)的培訓(xùn)、實踐活動，對實驗教師和相關(guān)人員進(jìn)行較深入的培訓(xùn)，以提高相關(guān)人員的計算機(jī)能力和實驗操作水平。由于教師存在份內(nèi)的教學(xué)任務(wù)，因此在時間上往往不足。所以，對于參與仿真實驗軟件開發(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間上給予支持。

3.2建立交流機(jī)制

為了使仿真實驗軟件能更廣泛地使用，應(yīng)建立更為廣泛的交流機(jī)制，如實驗教師與軟件制作人員建立長期的交流，或開展仿真軟件設(shè)計競賽活動等，通過這些活動進(jìn)一步激勵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驗軟件。

3.3提供仿真實驗場地

隨著計算機(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)用條件會有很大的提高。因此,學(xué)校在確保計算機(jī)實驗室充足的同時盡可能地提供計算機(jī)仿真實驗的應(yīng)用場所，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，從而改善計算機(jī)仿真實驗的應(yīng)用條件。

3.4建立完善的運(yùn)行機(jī)制

在后臺管理方面應(yīng)有專人負(fù)責(zé)管理,對需要添加到平臺的仿真實驗軟件應(yīng)組織實驗人員和軟件設(shè)計人員進(jìn)行評審，只有評審?fù)ㄟ^的仿真實驗軟件才能添加到平臺上。

4.結(jié)束語

與國外計算機(jī)仿真實驗相比，盡管我國在這個方面的研究起步較晚。但隨著計算機(jī)技術(shù)的繼續(xù)迅速發(fā)展，實驗教學(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)的實踐部分，計算機(jī)仿真實驗將會起到越來越重要的作用，進(jìn)一步建設(shè)和完善集教學(xué)與實踐、跨學(xué)科、多功能的計算機(jī)仿真實驗平臺，并把這些仿真實驗軟件和教學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施整合成一個全校性的大平臺，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力有著重要意義，同時對發(fā)揮綜合教學(xué)效益也有促進(jìn)作用。