计算机仿真平台创建途径

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1.引言

随着计算机技术的不断发展，尤其是计算机虚拟现实技术的发展[1]，以及多媒体仿真技术等各种现代教育手段的发展，仿真技术的应用领域和范围得到了迅速扩大，并逐渐的被引入到实验教学中。实验是教学过程中的一个重要环节[2]，很多高校都把实验教学和实验室建设放在首要位置上，然而，由于受到经费、场地和设备等诸多因素的限制，实验教学并不能达到预期的效果，实验教学的质量受到影响[3]。一方面，对一些耗资大的实验许多学校无法开设，学生只能通过课堂上老师的讲述来对实验仪器及实验操作进行想象，缺乏实际操作经验。另外随着现在学生数量的增多[4]，许多实验受到场地和课时的限制，在规定的时间内学生无法真正完成实验，造成实验课走过场的现象。而另一方面，即使可以增加实验课时（或实验次数），也会大大增加实验成本和实验仪器的维护工作量。因此，在一些高校的相关专业都相继开发相应课程,如：电工电子仿真实验[5]、化学仿真实验[6]等，将计算机仿真实验应用到相关课程的实验教学中，使得仿真实验与真实验结合进行，起到较大效果。然而，各专业有各专业的仿真实验软件，随着仿真实验软件的增多，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实验软件的重复开发和使用，也不利于学生集中学习。而将各专业仿真实验软件整合到一个计算机仿真实验平台上，有利于共享实验教学软件资源，避免软件的重复开发，方便学生进行仿真实验操作，更有利于管理和维护。

2.仿真实验平台的功能与构建

2.1仿真实验平台的功能

计算机仿真实验平台的功能包括前台的仿真实验操作和后台仿真软件和用户管理两部分，主要功能有：

（1）仿真实验平台可以在校园网内使用，学生可以在实验室、宿舍或校园内可以上网的地方进行仿真实验操作。学生可根据管理员（或教师）录入的在册名单进行注册、登录。

（2）学生在登录后，可根据自己的专业课程选择仿真实验项目进行操作，可填写并提交实验报告。

（3）仿真实验平台的后台仿真软件管理，包括添加、删除仿真实验软件。

（4）仿真实验平台的后台用户管理，包括系统管理员可对一般用户（教师或学生）进行添加、删除、修改操作，并设置相应的权限。

（5）教师登录后可以检查、批改实验报告。采用VisualC#和ASP在校园网内构建基于Internet的计算机仿真实验平台。

2.2仿真实验平台的构建

2.2.1构建软件的选择

仿真实验平台是基于Internet的网络平台，采用C/S和B/S模式进行构建，在构建时，可考虑采用VisualC#和ASP语言[7]，有如下优势：（1）VisualC#是一种简单、现代、类型安全和面向对象的语言；（2）VisualC#和ASP语言同属.NET框架,设计的软件更适合运行于.NET平台上，C#是一种范围广泛的企业级应用程序；（3）VisualC#也受益于公共语言运行库的服务（包括：语言互操作性、垃圾回收、增强的安全性以及改进的版本支持等）；（4）VisualC#完全得到项目模板、设计器、属性页、代码助理、对象模型和其他开发环境功能的支持。因此采用VisualC#和ASP构建仿真实验平台是较为理想的选择。

2.2.2仿真软件的连接

目前，计算仿真实验软件常有EWB[3](即ElectronicWorkbench电子工作台)、Pspice[8]（号称电子仿真顶级软件）、MATLAB[9](即MatrixLabo-ratory矩阵实验室)、Labview[10]（是一种先进的图形化编程语言工具[11]）、Java[12]和Flash等等。它们的执行文件主要是exe文件，其运行环境主要可分为两种：一是在Windows（或DOS）环境下执行的EXE文件；另一种是可在页面运行的Java和Flash，因此在连接上分别采用两种连接方法。

3.建设措施

由于计算机仿真实验被要求与真实的实验要有高度的逼真性和一致性，这就需要仿真实验软件的编制人员与相应专业的实验教师密切配合，且软件编制人员要完全熟练和掌握实验操作过程，才能编制出较好的仿真实验软件。而两者常受时间、交流机制、应用条件等多种因素的影响无法完成或不能较好完成仿真实验软件的设计、编制工作。因此应在人力、实验场地、运行机制等方面制定相应措施。

3.1人力和时间的保障

学校应采取相应的培训、实践活动，对实验教师和相关人员进行较深入的培训，以提高相关人员的计算机能力和实验操作水平。由于教师存在份内的教学任务，因此在时间上往往不足。所以，对于参与仿真实验软件开发的教师应尽量减少教学任务，尽可能地在能力和时间上给予支持。

3.2建立交流机制

为了使仿真实验软件能更广泛地使用，应建立更为广泛的交流机制，如实验教师与软件制作人员建立长期的交流，或开展仿真软件设计竞赛活动等，通过这些活动进一步激励软件制作者的积极性，通过进一步交流从而制作出更为广泛适用的仿真实验软件。

3.3提供仿真实验场地

随着计算机应用的普及和发展，许多学生都有自己的电脑，应用条件会有很大的提高。因此,学校在确保计算机实验室充足的同时尽可能地提供计算机仿真实验的应用场所，如提供只有网线接口的“机房”,以方便有自己电脑的学生使用，从而改善计算机仿真实验的应用条件。

3.4建立完善的运行机制

在后台管理方面应有专人负责管理,对需要添加到平台的仿真实验软件应组织实验人员和软件设计人员进行评审，只有评审通过的仿真实验软件才能添加到平台上。

4.结束语

与国外计算机仿真实验相比，尽管我国在这个方面的研究起步较晚。但随着计算机技术的继续迅速发展，实验教学的改革和探索也在不断的深化，作为教学重要环节的实践部分，计算机仿真实验将会起到越来越重要的作用，进一步建设和完善集教学与实践、跨学科、多功能的计算机仿真实验平台，并把这些仿真实验软件和教学基础设施整合成一个全校性的大平台，对培养学生的创新能力和实践能力有着重要意义，同时对发挥综合教学效益也有促进作用。