一種遠(yuǎn)程在線實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

王學(xué)力,李海濤

(1.鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450052；2.商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 商丘 476000)

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一種遠(yuǎn)程在線實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

王學(xué)力1,李海濤2

(1.鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450052；2.商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 商丘 476000)

設(shè)計(jì)一種針對(duì)電子技術(shù)課程的遠(yuǎn)程在線實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可通過瀏覽器實(shí)時(shí)控制遠(yuǎn)程端的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下相同的實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果。同時(shí)，降低對(duì)實(shí)驗(yàn)場地的需求，減少實(shí)驗(yàn)管理工作，大大提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的完全開放。在當(dāng)前大力發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)+教育的大背景下，為滿足實(shí)踐教學(xué)需求，緩解實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足，提供了新的選擇。

在線實(shí)驗(yàn)室；遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)；實(shí)踐教學(xué)； 遠(yuǎn)程教育

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)形式，是學(xué)生在配備了實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備的專門實(shí)驗(yàn)室中，動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備維護(hù)工作量大，實(shí)驗(yàn)室開放成本較高，實(shí)驗(yàn)開出率較低。隨后出現(xiàn)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，如電子技術(shù)中的Multisim，Proteus等，通過這些軟件能夠以很低的成本完成實(shí)驗(yàn)，且靈活方便，在一定程度上滿足了實(shí)驗(yàn)需求。然而，這類實(shí)驗(yàn)生成的結(jié)果過于理想化，與真實(shí)結(jié)果仍有差距，并不利于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，培養(yǎng)獨(dú)立思考和解決實(shí)際問題的能力。

遠(yuǎn)程在線實(shí)驗(yàn)室，是通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制真實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離做實(shí)驗(yàn)的一種實(shí)驗(yàn)形式。這種實(shí)驗(yàn)形式，既能得到真實(shí)設(shè)備實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，又能實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地方便實(shí)驗(yàn)。下面以電子技術(shù)遠(yuǎn)程在線實(shí)驗(yàn)室為例，詳細(xì)介紹遠(yuǎn)程在線實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)方法。

一、系統(tǒng)構(gòu)成

電子技術(shù)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)BS架構(gòu)如圖1。用戶無需安裝客戶端軟件，直接采用瀏覽器訪問，服務(wù)器端與真實(shí)設(shè)備相連，并提供實(shí)驗(yàn)對(duì)象的控制和測量功能。

圖1 電子技術(shù)在線實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在學(xué)生端，用戶可以在任何場所，采用臺(tái)式機(jī)或筆記本，通過瀏覽器，訪問服務(wù)器，調(diào)用真實(shí)的硬件設(shè)備。調(diào)用硬件設(shè)備時(shí)，需要登陸并認(rèn)證。瀏覽器需要預(yù)先安裝插件。

服務(wù)器端，主要實(shí)現(xiàn)真WEB服務(wù)、數(shù)據(jù)庫及實(shí)驗(yàn)管理等功能。采用Apache+PHP+MySQL服務(wù)器結(jié)構(gòu)。

實(shí)驗(yàn)室端，主要由應(yīng)用服務(wù)器與真實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備構(gòu)成。應(yīng)用服務(wù)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)象控制，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測量，并將實(shí)驗(yàn)交互數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，是整個(gè)在線實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的核心。實(shí)驗(yàn)室端根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)數(shù)目配置應(yīng)用服務(wù)器。

二、實(shí)驗(yàn)實(shí)例

電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)主要分為模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)兩大類。分別有單管放大電路、運(yùn)算放大器信號(hào)運(yùn)算電路、TTL集成邏輯門的邏輯功能與參數(shù)測試、555時(shí)基電路及其應(yīng)用等。根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)，調(diào)用不同的實(shí)驗(yàn)板卡?，F(xiàn)以單管放大電路為例，進(jìn)行介紹。該實(shí)驗(yàn)在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中，具有一定的代表性，且比較復(fù)雜。

圖2 單管放大電路實(shí)驗(yàn)面板

在瀏覽器中，取得實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制權(quán)后，進(jìn)入單管放大電路實(shí)驗(yàn)面板，如圖2。在該面板左側(cè)看到的是真實(shí)實(shí)驗(yàn)電路板照片，右側(cè)為控制部分?？蛇x擇測量不同的測試點(diǎn)，同時(shí)在左側(cè)顯示測試表筆的圖標(biāo)。通過點(diǎn)擊右側(cè)“萬用表”、“信號(hào)源”、“示波器”等圖標(biāo)，可以調(diào)出相應(yīng)設(shè)備的面板，可以像操作真實(shí)設(shè)備一樣進(jìn)行設(shè)置、調(diào)節(jié)、測量。調(diào)節(jié)RP，還可以改變遠(yuǎn)程端電阻。

圖3 示波器測試單管放大電路輸出

在實(shí)驗(yàn)同時(shí)，我們?cè)谶h(yuǎn)程端通過通用示波器可采集到相同的波形數(shù)據(jù)，如圖3。需要注意的是，在實(shí)驗(yàn)過程中，測量數(shù)據(jù)如電壓、電流值還有示波器觀察的波形，有時(shí)會(huì)在小范圍內(nèi)波動(dòng)。由于遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)來自真實(shí)設(shè)備，不是計(jì)算出來的，總是會(huì)遇到各種影響，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化。這也正是遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)優(yōu)于虛擬實(shí)驗(yàn)的地方。

在表1中，我們用優(yōu)利德UT58A型數(shù)字萬用表、UTD2102CEX型100 MHz示波器和UTG9010A型信號(hào)發(fā)生器實(shí)際測得了一組數(shù)據(jù)，在表2中，我們采用NI myDAQ數(shù)據(jù)采集卡在遠(yuǎn)程在線實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)也測得了一組數(shù)據(jù)，通過比較，可以看出兩組數(shù)據(jù)基本相同，系統(tǒng)穩(wěn)定。

表1 儀表測試

表2 在線測試

三、結(jié)語

電子技術(shù)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用方便，測量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠，基本滿足了教學(xué)需求。試點(diǎn)成功后，下一步將繼續(xù)擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

[1] 曹曉歡,朱善安.面向電氣工程高等教育的綜合性遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010,29(10):348-351.

[2]劉婷,錢揚(yáng)義,彭豪.基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室研究：國內(nèi)13年研究回顧[J].選程教育雜志，2013(2):107-112.

[3]戰(zhàn)巧玲.基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建[J].科技信息，2008(04):86-87.

[責(zé)任編輯：趙 偉]

A remote Online Experiment System in the Application of Practice Teaching

WANG Xueli1，LI Haitao2

(1. Zhengzhou RailwayVocational and Technical College, Zhengzhou 450052,China；2.Shangqiu Vocational and Technical College,Shangqiu 471000，China)

Based on years of teaching practice put forward and designed a remote online test system for electronic technology courses. By using this system, can through the browser real-time control to the remote laboratory equipment testing, To achieve the same as the circumstances of the laboratory experiment process and results. Also can reduce the demand for the experimental site, reduce the experimental management, greatly improve the utilization of laboratory equipment, and truly achieve completely open laboratory. Currently, in developing the backdrop of the "Internet + education", to alleviate the practice teaching requirements and experimental equipment is insufficient, provides a new choice.

online laboratory; remote experiment; practice teaching; remote education

2016 - 06 - 20

王學(xué)力(1963─)，男，河南西華人，鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向?yàn)殡娮优c通信技術(shù)。 李海濤(1975─)，男，河南商丘人，商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士研究生，研究方向?yàn)榻逃夹g(shù)。

G642.423

A

1008-6811(2016)03-0066-02