电路虚拟实验教学系统的研究与应用 - 图文(7)

北京邮Ｉ【｝人学硕：｝ｊ论义模拟ｌ乜路席拟实聆教学系统的ｆ１）｜＝究‘ｊＪⅣ用第三章模拟电路虚拟实验系统３．１系统的设计指导思想３．１．１可用性ＩＳＯ９２４１一１１国际标准对可用性１３２Ｊ作了如下定义：产品在特定使用环境下为特定用户用于特定用途时所具有的有效性、效率和用户主观满意度。通俗的讲，可用性指的是产品对用户来说有效、易学、高效、好记、少错和令人满意的程度，即用户能否用产品完成他的任务，效率如何，主观感受怎样，实际上是从用户角度所看到的产品质量，是产品竞争力的核心。因此它是以用户为中心的。可用性是产品的一个基本的自然属性，在产品和用户的相互作用中体现出来。可用性的基本评价指标【３３Ｊ是效率、满意和安全（容错、无错）。可用性测试是“利用潜在用户来评估产品达到某些可用性标准的程度”的过程，它根源于传统实验方法学，是人类工效学的重要研究领域。对以教育软件而言其可用性丰要指用户在利用软件进行学习时操作的方便性，教育的有效性，它直接影响到学牛学习学习的效果。从实验操作着的角度来考虑，我们希望模拟电路虚拟实验教学系统不仅可以完成实验电路的搭建，进行各种实验操作，同时能够保证得到实验正确的实验结果。而不像过去所谓的虚拟实验教学系统仅仅提供实验的演示功能，而不能进行实际的操作。３．１．２实时性所谓“实时性”是指系统能够在有限的时问内执行完成规定的功能，并对外部的异步事件做出反应的能力。在模拟电路虚拟实验系统中，我们希望当用户在实验台上搭建好实验电路的同时，打开相应的测罩仪器的开关，’就可以得到所要测量的电路数据，看见电路的变化等情况。’而不是像ＰＳｐｉｃｅ或者Ｑｕｃｓ那样的软件一样要等待一会时问，等待电路计算完成后才可以看见实验结果。模拟ｌＵ路席拟实验教学系统的｛ｌＪＩ＝究’，ＪⅣ用３．２系统设计原则虚拟实验系统以实验为牛要内容，通过建立实验环境，仿真实验过程，实现其在教育教学中的运用。设计中要遵循科学性、开放性、交瓦性、适用性、易于扩充和维护等原则。：（１）科学性原则实验教学是理论与实践相结合的环节，其教学目标是不仅要让学生掌握相应的知识点，同时培养学牛的实践和操作技能，开拓他们的创新思维能力。所以，在系统的设计上不能像一般的教学软件一样，一定要同时兼顾实验环境、实验内容、实验方法和步骤等的科学性，从而培养学生的科学意识。要求系统中的器材设备的操作与真实器材设备的操作相似，实验过程和实验现象与实际相符。’（２）．一致性原则一致性指虚拟实验系统中所涉及的实验内容既要与实际教学所需要的实验内容一致，又要与学生的认知水平达到一致。（３）开放性原则开放性原则是希望系统能够给学牛提供最大的自由度和灵活性。系统不仅在使用时问和空间上开放，同时在内容和组织形式上开放，不仅满足远程教育教学的需要，同时满足日常教学的需要。教师可以根据实际的教学情况自由安排和组织实验内容。学牛可以在课下按照自己的实际情况和兴趣爱好，随时开展实验操作，进行学习。（４）交互性原则交互性影响着学习者对环境的感知效果，系统提供了虚拟实验的环境，使学牛在这样一个环境中进行实验学习，构建知识体系。学牛在实验学习过程中应该获得与实物实验操作过程一样的信息反馈。（５）适用性原则虚拟实验系统是为教学服务的，在开发和设计中既要对实验内容和编程技术进行合理划分，同时义要考虑系统能够支持多种计算机操作系统平台以及用户界面标准、编程和组建通信标准，建立统一的设计规范，以便系统能够提升性能，采用跨平台的设计。此外对于虚拟实验系统及其学习内容应该符合相应的教育资源建设技术规范。’’?‘’．?。?，－（６）易于扩充及维护原则．，虚拟实验系统应该提供一个用于维护与更新实验内容的界面，方便不同的教学需求和教学组织形式。教师可以根据需要自行添加实验内容或修改实验要求。同时系统在设计中垂充分考虑模块的莺用性，以便于系统的添加新的实验器材和设备或增加新的实验课程内容。１８平台通过其包含的各类教学系统实现相应的教育教学功能。其中模拟电路虚拟实。验系统是教学平台中的虚拟实验系统的子系统。教师、学生和系统管理人员在通过系统身份认证后进入系统，可进行对应各自不同身份的操作。垒夥盥１：鬟鸯，缀瀚图４－１虚拟实验系统的组成ｆ３４Ｊ●●－●●●３．４模拟电路虚拟实验系统的介绍～．．’模拟电路虚拟实验系统分为实验管理和实验模块两个部分，教师和学牛驽录后，进入模拟电路虚拟实验系统不同的界面。教师进入的是实验管理界面，在这个界面上，教师可以在实验列表上按照要求添加、修改和删除实验项目；学牛进入实验学习界面，ｊ－Ｊ．以在实验列表．卜．选择想要完成的实验、查看实验任务和已完１９北京邮ｌＵ人学坝ｌｊ论义模拟Ｉ【ｌ路虚拟实验教学系统的川究’ｏＪ，．’，ＪＮ成实验的成绩、或者进行自ｉ｛ｉ实验练＿≥＝｜。教师界而（如图４—２）：。，赣凝噍？。…：ｉ夹釜窭藿实验安捧岔；她翔袭Ｊ碍霉箍ｉ．霉羹髯●鬻挪典餮奚验餮鏊嚣器毫立着磊｛＃，善辕震援；；致辔织露歉廛彰实验虐｛＃露赣繇簧毪蒜蒉砼蔬笺箍熬燕箍繇荛移获赢笔曩掰爨劈掰￡掺譬芝爱鼍毫蓐鸯套着髂改疆鼹｝导出壹看耪改箍牌导出查看鲣敬嬲醇导出查看修改删酴导出蠢看妊数船璐导出妻看修敬删除导盘查看謦筏蛐除导出查看蟹改删除导出．嚣落案蓼射移簟譬敏大嚷虿÷｝船耜尊摩鼯幸畦｝端成缓壹诲窑箍２霉鏊３窑蛩毒窖鏊ｊ窑餮砸窑挚７，委静实验一自主实验两够簧｝§照戈峨籀舟劈虢努；基既集酶洋照矽丈器ｉ旨嚣鞠！式叠薤镇擅走器单管交淹鼹天窀路虚搏鬟虢．繇蓑臻‘盛｛０窦毅虚拯实数疆摄实强蒜黄箍蒜曩耱熬甍礁要襞耢毫援诱巴爱苟￡鬟嚣芝发耪窑辩窑鼍９实鏊１０宴验ｉ｛雾验ｌ：舞藏远；魄：锩自缓难度爵～壤摄ｌ爱自妫寨绣遥簋趣冀瓣的囊瘩葭篇一毒鳝ｉ蠡渡器玻鬻爱接￡≈辫羲劲敏戈嚣查看修改腑孽出查看修改删除导出瑶援赛鏊簸舞镗震织ｉ激繇茺毪芒爱尚已爰荀错移改膦导出煮看蟛改嬲羰导出查看修改删除导出查着蟹改删除导出查看修改册黪导出盯匿靛壤箍藩嚣：Ｃ逸劳蕺ｔ卑：ｒ正弦筘蒋￡氅潞翦露鼹辨嚣麓撵箍荔嚣摩织饔靛｝蘩薨镑；灌１３雾验ｌ《餐警１５虑叛餐醺簿萋磴￡赞枯虑樵霹砖廛般箕照际甓秘簌毳硷￡嬲￡麓帮图４－２教师登录界面学生界面（如图４－３）：ｊ麓鹅密赫霉箍任务私ｊ巍豹勰强务痹譬震祷糍舔荤蛰奠虢缬ｌ：嚏臻基关餮蒸囊拜络Ｉ量吐对胄扔徽熊藏餐罄软嘉攮律君主实验一ｌ驻撑雾虢：酲鼽ｊ０．露｝３ｌｇ：３瓮ｔ８∞，，钇ｌ￡１２伪努锨富竣穿懿餮虢密擞餮浆妊徽鬻虢茹赣串开始雾酝掌耘聋开始茹验霉翰华并赫宾强霉黪串开蠹鲁雾赣２３囊照透麓艘麓凇０菝答理粥～帝燕如鞍褥壤箍箨赣麓秽．ｊ２，荔ｉ０；９弼。毅∞鼻嚣｛ｏｉｊ。。０，勉１８：９。。囊或磊努辨ｔ辑舻嚣率露璐谬臻童搬电嚣袭魏震虢２∞９，ｉ２兹治：９鲐２。；０寨糍露麓艘笼嚣∞蕴荔驻ｊ｝ｌ一碍辔嚣穗器～张缀貔张一貔五秘辕勰瓣ｊ２．拢１８篱ｊ０麓ｔ０国，．托嚏∞鞠４一教棚Ｉ镰豪孝冀霞豪｛精筘ｊ剪矩！Ｖ贾翁嚣筘一舅磊一舞第雾图４－３学生登录界面３．４．１模拟电路虚拟实验模块实验平台模块卓要为模拟电路实验教学提供了一个仿真的实验环境，包括２０北京邮Ｉ乜人学坝ｔ！论文模拟ＩＵ路虚拟实验教学系统的研究‘ｊＩ一用实验台和器材栏．两部分内容（如图４．４）。在进入模拟电路虚拟实验系统后，在相应的实验条目后而选择“开始实验＂选项即可进入实验模块。这是模拟电路虚拟实验教学系统的核心。学习者可以在实验台上进行验证性实验，也可以进行综合设计性实验。通过从器材栏中选择所需要的实验仪器和器材，建立实验电路，对实验现象、数据和结果进行分析，从而达到实验教学的目的。器材栏以树形结构的方式，将实验器材和仪器设备分ｆ－］另ｌｊ类存放，所有实验器材和仪器设备均以实物的形式展现于用户，而非电路符号的形式。用户可以根据需要，选择相应的实验器材和设备，用鼠标将其拖拽到实验台上即可获取。在实验台上，用户可以利用鼠标对选取的实验器材或设备进行连线、修改名称、设置参数属性值、旋转等操作，建立实验电路，进行实验，并通过虚拟仪器上显示的测量结果获取相应的实验数据。这与在实验窒进行实物操作的实验是一致的。图４－４实验平台模块３．４．２虚拟仪器根据对当前模拟电路实验课程的调研和分析，以及实验内容的选取情况，目前模拟电路虚拟实验系统提供的虚拟仪器有以下几种：１、双踪示波器：示波器有两路信号输入，ＣＨＩ和ＣＨ２，可同时观测两路信号。