新工科背景下虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)分析

1、    新工科背景下虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)分析    摘要：伴隨著技術(shù)的日益完善，在有關(guān)教育培訓(xùn)單位的積極主動(dòng)提倡和促進(jìn)下，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)迅猛發(fā)展的發(fā)展趨勢(shì)，在新時(shí)代教育情況下虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)充分發(fā)揮著愈來愈關(guān)鍵的功效。文中以proteus虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室基本建設(shè)為例子，剖析虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)軟件在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用。關(guān)鍵詞：虛擬仿真，proteus，實(shí)驗(yàn)教學(xué)引言虛擬仿真技術(shù)，是在多媒體系統(tǒng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)技術(shù)與通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等網(wǎng)絡(luò)科技飛速發(fā)展的基本上，將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)技術(shù)緊密結(jié)合的物質(zhì)，是一種更高級(jí)的仿真技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)以搭建全系統(tǒng)軟件統(tǒng)一的詳細(xì)

2、的虛擬環(huán)境為典型性特點(diǎn)，并根據(jù)虛擬環(huán)境集成化與操縱為數(shù)眾多的實(shí)體線。實(shí)體線能夠是手機(jī)模擬器，還可以是別的的虛擬仿真系統(tǒng)軟件，也能用一些簡(jiǎn)易的數(shù)學(xué)分析模型表明。實(shí)體線在虛擬環(huán)境中相互影響，或與虛擬環(huán)境功效，以主要表現(xiàn)客觀性全球的真正特點(diǎn)。虛擬仿真技術(shù)的這類一體化、虛擬化技術(shù)與數(shù)字化的特點(diǎn)，充足達(dá)到了當(dāng)代仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)要求。一、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)存在的問題傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是一種社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，它使用測(cè)試設(shè)備來執(zhí)行操作過程。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證真理的最基本，最有效的方法。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法在社會(huì)科學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)中發(fā)揮了重要作用。在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，由于優(yōu)秀人才的培養(yǎng)和發(fā)展，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法做出了巨大的貢獻(xiàn)。此外，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)還存在許多問題

3、：1）不利的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的管理及維護(hù)。目前，電氣類的電子設(shè)備實(shí)驗(yàn)室主要包括你電源電路實(shí)驗(yàn)室，電子電路實(shí)驗(yàn)室，數(shù)字電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室，單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室，微計(jì)算機(jī)原理實(shí)驗(yàn)室等。在每種類型的實(shí)驗(yàn)室中，都涉及到機(jī)械和設(shè)備的類型。而且總數(shù)很大。2）不利于保持實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新。由于當(dāng)代電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了各種新的機(jī)械設(shè)備，新的部件和零件，通常會(huì)導(dǎo)致以下情況：某種類型的實(shí)驗(yàn)儀器到手時(shí)可能已經(jīng)過時(shí)了。客戶。更不用說在兩到三年后消除這種現(xiàn)象是多么正常。因此，根據(jù)機(jī)械和設(shè)備的硬件配置方式創(chuàng)建的實(shí)驗(yàn)室遇到了隨時(shí)隨地都可能過時(shí)的情況。3）不能提高測(cè)試的實(shí)際效果。目前，大多數(shù)電子設(shè)備實(shí)驗(yàn)室采用封閉式實(shí)驗(yàn)教學(xué)法，即在規(guī)定的

4、時(shí)間內(nèi)，學(xué)生在規(guī)定的地點(diǎn)進(jìn)行規(guī)定的考試內(nèi)容。這種封閉式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法是因?yàn)椋环矫?，時(shí)間和地點(diǎn)的局限性通常導(dǎo)致學(xué)生沒有足夠的時(shí)間來了解科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，而且這種局限性也消除了他們對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣。4）不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣和創(chuàng)造性思維能力。通常，學(xué)生必須對(duì)特定課程內(nèi)容實(shí)驗(yàn)的興趣愛好進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)整。但是，當(dāng)前的課程內(nèi)容實(shí)驗(yàn)并非隨時(shí)隨地對(duì)學(xué)生開放，而且對(duì)外界開放的時(shí)間也非常有限。這不能引起學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，此外，他們的創(chuàng)造性思維能力和工作能力的塑造也受到相同的限制。二、proteus虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)點(diǎn)1）開放式。因?yàn)槠溆布渲没谠诰€平臺(tái)，例如企業(yè)局域網(wǎng)或公司網(wǎng)絡(luò)，或校園寬帶或internet客

5、戶。因此，其測(cè)試客戶將不受傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間，室內(nèi)空間和測(cè)試內(nèi)容的限制?？蛻艨梢猿綍r(shí)間，室內(nèi)空間和考試內(nèi)容的限制，充分發(fā)揮他們的考試興趣和創(chuàng)新思維能力。2）具備多功能性。proteus不僅可以進(jìn)行模擬電路分析測(cè)試，模擬電子電路的測(cè)試和數(shù)字電路的設(shè)計(jì)測(cè)試，還可以模擬嵌入式操作系統(tǒng)的測(cè)試。它的主要功能取決于能否顯示嵌入式操作系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)。3）創(chuàng)新能力。proteus仿真軟件中自帶的豐富軟件資源為進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的科學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)。它自帶的一些儀器設(shè)備，信號(hào)源，電子設(shè)備和組件物理模型均可用。教師和學(xué)生可以在此處進(jìn)行有關(guān)自主性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)可以是綜合性實(shí)驗(yàn)，可以完成從計(jì)劃、設(shè)計(jì)到實(shí)施的全部過程，可

6、以不受場(chǎng)地和時(shí)間的限制。4）簡(jiǎn)便的管理方法和可維護(hù)性。因?yàn)殛P(guān)鍵是proteus仿真軟件，所以測(cè)試是無損的。虛擬軟件的管理和維護(hù)可以由廠家協(xié)助教師進(jìn)行，可以做到多次修改，隨時(shí)修改，大大減少了教師設(shè)備維護(hù)的勞動(dòng)量。5）成本低。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃相比，proteus實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃可以稱為低資本，高收益實(shí)驗(yàn)室。學(xué)校只需要建立一個(gè)完整的電子計(jì)算機(jī)在線平臺(tái)，再購(gòu)買一套proteus internet板手機(jī)軟件，以及一些實(shí)驗(yàn)板即可。一個(gè)電子計(jì)算機(jī)可以對(duì)不同課程內(nèi)容的多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行虛擬仿真，這樣可以充分節(jié)省實(shí)驗(yàn)設(shè)備和場(chǎng)地資源。而且維修費(fèi)基本上為零。三、proteus實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用3.1 proteus實(shí)驗(yàn)室體系結(jié)

7、構(gòu)proteus實(shí)驗(yàn)室包括在線平臺(tái)，軟件系統(tǒng)，測(cè)試系統(tǒng)軟件和獨(dú)立的創(chuàng)新/培訓(xùn)平臺(tái)。不同的網(wǎng)絡(luò)空間有不同的設(shè)備法規(guī)。網(wǎng)絡(luò)空間包括中小型局域網(wǎng)的自然環(huán)境和校園寬帶的自然環(huán)境。中小型局域網(wǎng)的自然環(huán)境通常限于實(shí)驗(yàn)室或部門內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)空間的自然環(huán)境。它是某些類別中的共享資源。internet和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上的法規(guī)不高。您只需要制造一臺(tái)可以兼作網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的pc。校園寬帶的自然環(huán)境可以幫助完成proteus實(shí)驗(yàn)室的開放性，使大部分的師生可以使用該服務(wù)平臺(tái)。proteus系統(tǒng)軟件可以顯示智能電路原理圖設(shè)計(jì)計(jì)劃系統(tǒng)軟件，spice數(shù)字集成電路，數(shù)字電路設(shè)計(jì)和mcu組件混合的模擬仿真系統(tǒng)軟件和pcb設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能。它不僅

8、可以模擬傳統(tǒng)的電路分析測(cè)試，模擬的模擬電子電路測(cè)試，數(shù)字電路設(shè)計(jì)測(cè)試等，還可以模擬和模擬嵌入式操作系統(tǒng)測(cè)試。3.2 proteus實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)proteus實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)軟件包括數(shù)字電路設(shè)計(jì)測(cè)試，數(shù)字集成電路測(cè)試，單片機(jī)設(shè)計(jì)測(cè)試，arm7嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)。根據(jù)proteus仿真繪圖軟件和測(cè)試系統(tǒng)軟件的集成，抽象的電子教學(xué)既美觀又精致?？梢栽趐roteus實(shí)驗(yàn)室中執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)級(jí)別以及可以在每個(gè)測(cè)試級(jí)別中執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)級(jí)別可以分為三個(gè)級(jí)別：1）基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層；2）綜合實(shí)驗(yàn)層；3）自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)層?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)層的實(shí)驗(yàn)是通過培養(yǎng)學(xué)生的操作技能來進(jìn)行的；綜合實(shí)驗(yàn)層的實(shí)驗(yàn)是通過塑造學(xué)生在綜合設(shè)計(jì)計(jì)劃中的工作能力來進(jìn)行

9、的。自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)層的實(shí)驗(yàn)是通過塑造學(xué)生在創(chuàng)造性思維能力設(shè)計(jì)方案中的工作能力來進(jìn)行的。以嵌入式操作系統(tǒng)課程內(nèi)容為例，在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層，可以進(jìn)行嵌入式操作系統(tǒng)課程內(nèi)容中要求的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的仿真設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)方案認(rèn)證；如模擬仿真51系列產(chǎn)品，avr，pic，摩托羅拉68hc11系列產(chǎn)品以及其他常見的mcu軟件系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)方案和認(rèn)證；在綜合測(cè)試層面，教師可以對(duì)某種類型的mcu進(jìn)行綜合測(cè)試，例如51系列產(chǎn)品mcu，受訓(xùn)人員進(jìn)行電路圖設(shè)計(jì)，編碼編寫，仿真的全過程根據(jù)設(shè)置的問題類型的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，pcb設(shè)計(jì)，pcb制造和認(rèn)證pcb設(shè)計(jì)。在技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)或科學(xué)研究中，師生可以根據(jù)自己的想法或愛好進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)劃或科學(xué)

10、研究。3.3 基于proteus實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)流程根據(jù)proteus的實(shí)驗(yàn)和實(shí)際步驟，它也基于proteus仿真模擬服務(wù)平臺(tái)。所有測(cè)試都首先在仿真模擬服務(wù)平臺(tái)上進(jìn)行，依靠仿真模擬服務(wù)平臺(tái)的各種調(diào)整和實(shí)際的專用工具來充分掌握虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)全過程的關(guān)鍵，并進(jìn)行整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程。所有仿真實(shí)驗(yàn)，為此，免費(fèi)將代碼下載到真實(shí)的硬件系統(tǒng)上，并比較特定的操作結(jié)果，從虛擬到實(shí)際，從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)，整個(gè)過程。四、結(jié)語虛擬仿真軟件的出現(xiàn)為電氣、自動(dòng)化、電子相關(guān)專業(yè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了新的思路和對(duì)策。本文分析了傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)和proteus仿真軟件的優(yōu)缺點(diǎn)，得出了proteus實(shí)驗(yàn)室的結(jié)構(gòu)，給出了proteus實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的三個(gè)層次，最后給出了基于proteus實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)流程。參考文獻(xiàn)：1馮珊珊.虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)在實(shí)踐