新工科背景下虛擬仿真實驗室建設分析

孟凡姿

【摘要】 ? ?伴隨著技術的日益完善，在有關教育培訓單位的積極主動提倡和促進下，虛擬仿真實驗展現(xiàn)迅猛發(fā)展的發(fā)展趨勢，在新時代教育情況下虛擬仿真實驗教學充分發(fā)揮著愈來愈關鍵的功效。文中以proteus虛擬仿真實驗室基本建設為例子，剖析虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)軟件在實驗教學中的運用。

【關鍵詞】 ? ?虛擬仿真 ? ?proteus ? ?實驗教學

引言

虛擬仿真技術，是在多媒體系統(tǒng)技術、虛擬現(xiàn)實技術技術與通信網(wǎng)絡技術等網(wǎng)絡科技飛速發(fā)展的基本上，將仿真技術與虛擬現(xiàn)實技術技術緊密結合的物質，是一種更高級的仿真技術。虛擬仿真技術以搭建全系統(tǒng)軟件統(tǒng)一的詳細的虛擬環(huán)境為典型性特點，并根據(jù)虛擬環(huán)境集成化與操縱為數(shù)眾多的實體線。實體線能夠 是手機模擬器，還可以是別的的虛擬仿真系統(tǒng)軟件，也能用一些簡易的數(shù)學分析模型表明。實體線在虛擬環(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。虛擬仿真技術的這類一體化、虛擬化技術與數(shù)字化的特點，充足達到了當代仿真技術的發(fā)展趨勢要求。

一、傳統(tǒng)實驗存在的問題

傳統(tǒng)實驗是一種社會實踐活動，它使用測試設備來執(zhí)行操作過程。傳統(tǒng)實驗是驗證真理的最基本，最有效的方法。傳統(tǒng)的實驗方法在社會科學的發(fā)展趨勢中發(fā)揮了重要作用。在教學實驗中，由于優(yōu)秀人才的培養(yǎng)和發(fā)展，傳統(tǒng)的實驗方法做出了巨大的貢獻。此外，傳統(tǒng)實驗還存在許多問題：

1）不利的實驗設備的管理及維護。目前，電氣類的電子設備實驗室主要包括你電源電路實驗室，電子電路實驗室，數(shù)字電路設計實驗室，單片機設計實驗室，微計算機原理實驗室等。在每種類型的實驗室中，都涉及到機械和設備的類型。而且總數(shù)很大。

2）不利于保持實驗室的創(chuàng)新。由于當代電子信息技術的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了各種新的機械設備，新的部件和零件，通常會導致以下情況：某種類型的實驗儀器到手時可能已經(jīng)過時了。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)機械和設備的硬件配置方式創(chuàng)建的實驗室遇到了隨時隨地都可能過時的情況。

3）不能提高測試的實際效果。目前，大多數(shù)電子設備實驗室采用封閉式實驗教學法，即在規(guī)定的時間內(nèi)，學生在規(guī)定的地點進行規(guī)定的考試內(nèi)容。這種封閉式實驗教學方法是因為，一方面，時間和地點的局限性通常導致學生沒有足夠的時間來了解科學研究實驗的內(nèi)容，而且這種局限性也消除了他們對實驗的興趣。

4）不利于培養(yǎng)學生的實驗興趣和創(chuàng)造性思維能力。

通常，學生必須對特定課程內(nèi)容實驗的興趣愛好進行長時間的調(diào)整。但是，當前的課程內(nèi)容實驗并非隨時隨地對學生開放，而且對外界開放的時間也非常有限。 這不能引起學生對實驗的興趣，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虛擬仿真實驗室的優(yōu)點

1）開放式。因為其硬件配置基于在線平臺，例如企業(yè)局域網(wǎng)或公司網(wǎng)絡，或校園寬帶或Internet客戶。因此，其測試客戶將不受傳統(tǒng)實驗室的時間，室內(nèi)空間和測試內(nèi)容的限制?？蛻艨梢猿綍r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不僅可以進行模擬電路分析測試，模擬電子電路的測試和數(shù)字電路的設計測試，還可以模擬嵌入式操作系統(tǒng)的測試。它的主要功能取決于能否顯示嵌入式操作系統(tǒng)的仿真實驗。

3）創(chuàng)新能力。 Proteus仿真軟件中自帶的豐富軟件資源為進行技術創(chuàng)新實驗的科學研究奠定了基礎。它自帶的一些儀器設備，信號源，電子設備和組件物理模型均可用。教師和學生可以在此處進行有關自主性創(chuàng)新實驗，實驗可以是綜合性實驗，可以完成從計劃、設計到實施的全部過程，可以不受場地和時間的限制。

4）簡便的管理方法和可維護性。因為關鍵是Proteus仿真軟件，所以測試是無損的。虛擬軟件的管理和維護可以由廠家協(xié)助教師進行，可以做到多次修改，隨時修改，大大減少了教師設備維護的勞動量。

5）成本低。與傳統(tǒng)的實驗室計劃相比，Proteus實驗室計劃可以稱為低資本，高收益實驗室。學校只需要建立一個完整的電子計算機在線平臺，再購買一套Proteus Internet板手機軟件，以及一些實驗板即可。一個電子計算機可以對不同課程內(nèi)容的多個實驗項目進行虛擬仿真，這樣可以充分節(jié)省實驗設備和場地資源。而且維修費基本上為零。

三、 Proteus實驗系統(tǒng)應用

3.1 Proteus實驗室體系結構

Proteus實驗室包括在線平臺，軟件系統(tǒng)，測試系統(tǒng)軟件和獨立的創(chuàng)新/培訓平臺。不同的網(wǎng)絡空間有不同的設備法規(guī)。網(wǎng)絡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)境通常限于實驗室或部門內(nèi)部網(wǎng)絡空間的自然環(huán)境。它是某些類別中的共享資源。 Internet和網(wǎng)絡服務器上的法規(guī)不高。您只需要制造一臺可以兼作網(wǎng)絡服務器的PC。

校園寬帶的自然環(huán)境可以幫助完成Proteus實驗室的開放性，使大部分的師生可以使用該服務平臺。 Proteus系統(tǒng)軟件可以顯示智能電路原理圖設計計劃系統(tǒng)軟件，SPICE數(shù)字集成電路，數(shù)字電路設計和MCU組件混合的模擬仿真系統(tǒng)軟件和PCB設計系統(tǒng)功能。它不僅可以模擬傳統(tǒng)的電路分析測試，模擬的模擬電子電路測試，數(shù)字電路設計測試等，還可以模擬和模擬嵌入式操作系統(tǒng)測試。

3.2 Proteus實驗系統(tǒng)

Proteus實驗教學系統(tǒng)軟件包括數(shù)字電路設計測試，數(shù)字集成電路測試，單片機設計測試，ARM7嵌入式實驗教學。根據(jù)Proteus仿真繪圖軟件和測試系統(tǒng)軟件的集成，抽象的電子教學既美觀又精致?？梢栽赑roteus實驗室中執(zhí)行的實驗級別以及可以在每個測試級別中執(zhí)行的實驗內(nèi)容。實驗級別可以分為三個級別：

1）基礎實驗層;

2）綜合實驗層;

3）自主創(chuàng)新實驗層。

基礎實驗層的實驗是通過培養(yǎng)學生的操作技能來進行的;綜合實驗層的實驗是通過塑造學生在綜合設計計劃中的工作能力來進行的。自主創(chuàng)新實驗層的實驗是通過塑造學生在創(chuàng)造性思維能力設計方案中的工作能力來進行的。以嵌入式操作系統(tǒng)課程內(nèi)容為例，在基礎實驗層，可以進行嵌入式操作系統(tǒng)課程內(nèi)容中要求的基礎實驗的仿真設計方案和設計方案認證;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)仿真設計方案和認證;在綜合測試層面，教師可以對某種類型的MCU進行綜合測試，例如51系列產(chǎn)品MCU，受訓人員進行電路圖設計，編碼編寫，仿真的全過程根據(jù)設置的問題類型的內(nèi)容進行調(diào)整，PCB設計，PCB制造和認證PCB設計。在技術創(chuàng)新實驗或科學研究中，師生可以根據(jù)自己的想法或愛好進行相關的設計計劃或科學研究。

3.3基于Proteus實驗室的實驗實訓流程

根據(jù)Proteus的實驗和實際步驟，它也基于Proteus仿真模擬服務平臺。所有測試都首先在仿真模擬服務平臺上進行，依靠仿真模擬服務平臺的各種調(diào)整和實際的專用工具來充分掌握虛擬仿真實驗技術全過程的關鍵，并進行整個實驗過程。所有仿真實驗，為此，免費將代碼下載到真實的硬件系統(tǒng)上，并比較特定的操作結果，從虛擬到實際，從設計到實現(xiàn)，整個過程。

四、結語

虛擬仿真軟件的出現(xiàn)為電氣、自動化、電子相關專業(yè)的教學實驗產(chǎn)生了新的思路和對策。本文分析了傳統(tǒng)教學實驗和Proteus仿真軟件的優(yōu)缺點，得出了Proteus實驗室的結構，給出了Proteus實驗系統(tǒng)的三個層次，最后給出了基于Proteus實驗室的實驗實訓流程。

參 ?考 ?文 ?獻

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