虚拟实验平台 2

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1、虚拟实验平台一、背景分析随着电子技术的飞速发展，新的电子技术实验方法层出不穷，传统的实验教学方法难以适应时代的发展。上世纪80年代末期，美国仪器公司(NI)提出了“软件就是仪器”的新概念，它将计算机技术与现代仪器技术相结合，开发出虚拟仪器这种全新概念的测量仪器，从而打破了传统仪器的结构固定、功能单一、可扩展性差等限制。为此，电子技术教学的计算机化以及电子实验的数字化已是毫无争议的发展趋势。学生可以在计算机上完成电路设计计算、电路模拟仿真。在电路测试和故障查询时，应用虚拟仪器技术，可对各种实际典型电路进行分析、对实际参数进行测量等，充分利用虚拟

2、仪器的优势，对培养学生设计电路系统和实际操作的能力都有很大地提高。以上这些教学新手段，正在改变传统的教学模式，这也是时代发展及现代教育技术发展的必然。以虚拟仪器为基础的虚拟实验平台应运而生。虚拟实验室(Virtuallaboratory)的概念，于1989年由美国的WilliamWolf教授最早提出，用来描述一个计算机网络化的虚拟实验室环境。Wolf教授形象的把虚拟实验室称为“没有围墙的研究中心”。随着网络技术的发展，虚拟实验室已不再局限于其原有的范畴，已经逐渐将成为一种崭新的教学形式。所谓虚拟实验室，实际上是利用虚拟技术仿真或虚构实验情景，

3、利用鼠标的点击、拖动，将微机上虚拟的各种仪器，按实验要求、过程组装成一个完整的实验系统，并完成整个实验，包括原材料的添加，实验条件的设置、数据采集以及实验结果的处理、分析，同时可利用网络与教师和同学进行交流，真正实现了学生的主体性地位。到目前为止，按一般意义上的理解，虚拟实验的发展经历了两个阶段：(1)计算机仿真阶段，它主要利用计算机在处理数据方面的优势，选用的实验对象常是高度抽象的数值关系，较注重逻辑性和确定性，基本上将用户视为旁观者，限制了其应用范围；(2)虚拟现实阶段，虚拟现实技术系统营造虚拟实验室，实验者运用某些设备完全进入虚拟实验室

4、环境中，并可根据需要通过多种交互设备（如头盔、数据手套和刚性外骨架衣服等）来驾驭该环境，同时用于操纵该环境中的物体（如仪器设备、实验对象、实验资料等）突出了实验的形象性和直观性。从技术层面上看,各类虚拟实验系统的基本思想是一致的,即用软件方法来模拟硬件设备的功能。为了实现上述功能和目的，需要使用一些相关的技术：(1)VR技术，虚拟现实技术(VirtualReality，简称VR)是以计算机技术为核心，综合使用交互设备融视、听、触、感为一体的模仿现实的三维空间再现技术；(2)LabVIEW技术，LabVIEW(LaboratoryVirtual

5、InstrumentEngineeringWorkbench)程序称为“虚拟仪器程序”(简称VI)，是一种基于图形编程语言的开发环境；(3)Java作为一种程序设计语言，具有可移植性和安全性，提供了并发机制，具很高的性能；(4)ActiveX技术，它可将复杂的任务分割成小的模块，作为组件。采用组件思想为构造虚拟仪器带来了很大方便；(5)ASP技术提供一个服务器端的脚本环境，用于产生和执行动态、高效率的网络服务器应用程序；(6)交互式Flash技术。Flash技术用于网络虚拟实验室的开发具有开发速度快、界面美观、视觉冲击效果强、体积小、不需要安

6、装、可直接在浏览器中进行操作等特点，但在交互性方面尚有不足，视觉效果不如3D。二、目的与意义随着电子技术的飞速发展，新的电子技术实验方法层出不穷，传统的实验教学方法难以适应时代的发展。随着信息技术的蓬勃发展，部分虚拟实验环境的设计与开发成为现实，并在一定的理论指导下应用于实践，使各类虚拟实验室建设成为可能。而且，虚拟实验环境的研究与实现，极大地降低了实验室建设成本，缓解了由于财政压力给实验实训教学环节带来的不利影响，有利于学生实践操作能力的培养，因此，虚拟实验教学环境的研究也就具有了极大的经济效益和社会效益，从而引起了更多学者、专家的关注。三

7、、国内外发展现状1.国外研究现状目前，虚拟实验室在发达国家已十分普及。作为首先提出虚拟实验室概念，并具有雄厚的科研实力和强大财力的美国，从一开始就十分重视虚拟实验室的研究与开发，在该领域的研究和应用已处于领先地位，在大学的普及程度也相当广泛，其中麻省理工学院的WebLab远程实验室于1998年开发并投入使用。它提供了用于进行微电子学和电路设计课程的实验教学，它允许学生在自己的电脑上设计并修改电路模型，然后通过一个用Java激活的Web浏览器使用在远程实验室里的昂贵的测试设备来获取测试数据，验证自己的设计，最近还实现了通过手机远程控制实验的功能

8、。VLAB是美国俄勒冈大学物理系主办的物理实验网站。该网站包含了天体物理、能量与环境、力学、热学等方面的几十种虚拟实验。该系统采用Java语言开发，实验程序需要从服