远程虚拟实验室的设计与实现

论文摘要

随着高校招生规模的扩大,当前教学资源已满足不了教学需求,以理工科必修基础课程电子电路为例,实践要求较高,实验室条件虽在不断改善,但实验人数众多,时间、空间及设备数量均满足不了实际需求,不利于学生实践能力的培养;另外,近年来我国远程教育发展迅速,但实验教学效果不理想。随着计算机技术、虚拟仪器技术的发展,虚拟实验室应运而生。虚拟实验作为传统实验的必要有益补充,既能节约大量教育经费,也使实验在时间和空间上得到有效延伸,在教育、科研等领域中具有广阔的应用前景,是实验教学的一个新的发展方向,也是当前研究的热点课题之一。本文在分析国内外虚拟实验室研究现状及虚拟仪器开发技术的基础上,将虚拟仪器技术、数据库技术、EDA仿真技术和J2EE技术应用于虚拟实验室的开发,构建了基于网络的虚拟实验室系统,为用户提供了集虚拟实验及虚拟实验室管理、实验教学、实验编辑和教学机构管理于一体的网络化实验教学平台。论文对虚拟实验室系统的实施方案进行了研究,采用B/S体系结构,提出并建立了基于网络的虚拟实验室框架模型;研究了虚拟仪器程序的设计及其网络化技术,以NI的LabVIEW8.20为虚拟仪器软件开发工具,完成了信号发生器、示波器、滤波器以及频谱分析仪的设计;支持远程网络实验,利用HTML语言实现了虚拟仪器的网络发布;设计并实现了实验室信息管理系统,可对实验室系统中的实验内容、实验数据等信息进行有效的网络化管理,实现了从辅助教学、自主实验到实验报告的网上提交与批阅的全程操作与管理。本文研究并构建的基于网络的虚拟实验室,实现了远程控制、资源共享和数据共享,不仅可以节省大量仪器设备的经费投入,而且为教学提供了一种全新的现代化教学手段,彻底打破了传统实验模式,有助于学生创新能力的培养。系统具有良好的开放性和灵活性,可以在今后的实际使用中根据需要不断增加新的功能,以适应实际需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 虚拟实验室概述
• 1.1.1 远程虚拟实验室概念
• 1.1.2 远程虚拟实验室特征
• 1.1.3 远程虚拟实验室的基本要求
• 1.2 远程虚拟实验教学的国内外研究现状
• 1.2.1 纯软件仿真形式的虚拟实验室
• 1.2.2 直接操作远程实验的虚拟实验室
• 1.3 虚拟实验教学的现实意义和应用前景
• 1.4 本论文的课题来源和主要研究内容
• 2 远程虚拟实验室系统框架
• 2.1 远程虚拟实验室平台总体设计原则
• 2.2 远程虚拟电子实验室系统目标
• 2.3 远程虚拟电子实验室系统体系结构
• 2.3.1 C/S 模式和B/S 模式
• 2.3.2 本系统解决方案
• 2.4 小结
• 3 基于 LabVIEW 的虚拟仪器设计
• 3.1 LabVIEW 虚拟仪器开发平台
• 3.1.1 LabVIEW 概述
• 3.1.2 LabVIEW 的特点
• 3.1.3 LabVIEW 的程序组成
• 3.2 LabVIEW 虚拟仪器实验设计
• 3.2.1 信号发生器实验设计
• 3.2.2 示波器实验设计
• 3.2.3 滤波器实验设计
• 3.2.4 频谱分析实验设计
• 3.3 LabVIEW 程序的发布
• 3.3.1 在Web 上发布LabVIEW 程序设置
• 3.3.2 在Web 上发布程序前面板
• 3.3.3 在Web 上发布HTML 文件
• 3.4 小结
• 4 基于 NI Multisim 的仿真实验设计
• 4.1 NI Multisim 平台简介
• 4.2 Multisim 仿真实验概述
• 4.3 NI Multisim 仿真实验过程
• 4.4 小节
• 5 虚拟实验室系统管理平台设计
• 5.1 系统实现所涉及的主流技术
• 5.1.1 设计模式简介
• 5.1.2 UML 概述
• 5.1.3 MVC 模式概述
• 5.1.4 Struts 框架
• 5.2 系统需求分析
• 5.2.1 实验教学子系统
• 5.2.2 实验室管理子系统
• 5.2.3 系统管理子系统
• 5.3 系统总体架构设计
• 5.3.1 View
• 5.3.2 Controller
• 5.3.3 Logic
• 5.3.4 Service－Data Persistence
• 5.4 网上虚拟实验室管理平台设计与实现
• 5.4.1 实验教学子系统设计与实现
• 5.4.2 实验室管理子系统设计与实现
• 5.4.3 系统管理子系统设计与实现
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文