計算機仿真平臺創(chuàng)建途徑

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1.引言

隨著計算機技術的不斷發(fā)展，尤其是計算機虛擬現實技術的發(fā)展[1]，以及多媒體仿真技術等各種現代教育手段的發(fā)展，仿真技術的應用領域和范圍得到了迅速擴大，并逐漸的被引入到實驗教學中。實驗是教學過程中的一個重要環(huán)節(jié)[2]，很多高校都把實驗教學和實驗室建設放在首要位置上，然而，由于受到經費、場地和設備等諸多因素的限制，實驗教學并不能達到預期的效果，實驗教學的質量受到影響[3]。一方面，對一些耗資大的實驗許多學校無法開設，學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行想象，缺乏實際操作經驗。另外隨著現在學生數量的增多[4]，許多實驗受到場地和課時的限制，在規(guī)定的時間內學生無法真正完成實驗，造成實驗課走過場的現象。而另一方面，即使可以增加實驗課時（或實驗次數），也會大大增加實驗成本和實驗儀器的維護工作量。因此，在一些高校的相關專業(yè)都相繼開發(fā)相應課程,如：電工電子仿真實驗[5]、化學仿真實驗[6]等，將計算機仿真實驗應用到相關課程的實驗教學中，使得仿真實驗與真實驗結合進行，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開發(fā)和使用，也不利于學生集中學習。而將各專業(yè)仿真實驗軟件整合到一個計算機仿真實驗平臺上，有利于共享實驗教學軟件資源，避免軟件的重復開發(fā)，方便學生進行仿真實驗操作，更有利于管理和維護。

2.仿真實驗平臺的功能與構建

2.1仿真實驗平臺的功能

計算機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內使用，學生可以在實驗室、宿舍或校園內可以上網的地方進行仿真實驗操作。學生可根據管理員（或教師）錄入的在冊名單進行注冊、登錄。

（2）學生在登錄后，可根據自己的專業(yè)課程選擇仿真實驗項目進行操作，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（教師或學生）進行添加、刪除、修改操作，并設置相應的權限。

（5）教師登錄后可以檢查、批改實驗報告。采用VisualC#和ASP在校園網內構建基于Internet的計算機仿真實驗平臺。

2.2仿真實驗平臺的構建

2.2.1構建軟件的選擇

仿真實驗平臺是基于Internet的網絡平臺，采用C/S和B/S模式進行構建，在構建時，可考慮采用VisualC#和ASP語言[7]，有如下優(yōu)勢：（1）VisualC#是一種簡單、現代、類型安全和面向對象的語言；（2）VisualC#和ASP語言同屬.NET框架,設計的軟件更適合運行于.NET平臺上，C#是一種范圍廣泛的企業(yè)級應用程序；（3）VisualC#也受益于公共語言運行庫的服務（包括：語言互操作性、垃圾回收、增強的安全性以及改進的版本支持等）；（4）VisualC#完全得到項目模板、設計器、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行的Java和Flash，因此在連接上分別采用兩種連接方法。

3.建設措施

由于計算機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、交流機制、應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計、編制工作。因此應在人力、實驗場地、運行機制等方面制定相應措施。

3.1人力和時間的保障

學校應采取相應的培訓、實踐活動，對實驗教師和相關人員進行較深入的培訓，以提高相關人員的計算機能力和實驗操作水平。由于教師存在份內的教學任務，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)的教師應盡量減少教學任務，盡可能地在能力和時間上給予支持。

3.2建立交流機制

為了使仿真實驗軟件能更廣泛地使用，應建立更為廣泛的交流機制，如實驗教師與軟件制作人員建立長期的交流，或開展仿真軟件設計競賽活動等，通過這些活動進一步激勵軟件制作者的積極性，通過進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

隨著計算機應用的普及和發(fā)展，許多學生都有自己的電腦，應用條件會有很大的提高。因此,學校在確保計算機實驗室充足的同時盡可能地提供計算機仿真實驗的應用場所，如提供只有網線接口的“機房”,以方便有自己電腦的學生使用，從而改善計算機仿真實驗的應用條件。

3.4建立完善的運行機制

在后臺管理方面應有專人負責管理,對需要添加到平臺的仿真實驗軟件應組織實驗人員和軟件設計人員進行評審，只有評審通過的仿真實驗軟件才能添加到平臺上。

4.結束語

與國外計算機仿真實驗相比，盡管我國在這個方面的研究起步較晚。但隨著計算機技術的繼續(xù)迅速發(fā)展，實驗教學的改革和探索也在不斷的深化，作為教學重要環(huán)節(jié)的實踐部分，計算機仿真實驗將會起到越來越重要的作用，進一步建設和完善集教學與實踐、跨學科、多功能的計算機仿真實驗平臺，并把這些仿真實驗軟件和教學基礎設施整合成一個全校性的大平臺，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實踐能力有著重要意義，同時對發(fā)揮綜合教學效益也有促進作用。