计算机电路基础课程网络课件中虚拟实验的操作研究

计算机电路基础课程网络课件中虚拟实验的操作研究

四川广播电视大学冯乃光

【摘要】本文以“计算机电路基础”网络课件的网上虚拟实验操作为例，首先介绍了网络虚拟实验教学中遇到的种种问题与解决的方法；然后，以实践为基点，探讨了网上虚拟实验的教学过程的建立、实施及考核方案；最后重点介绍了“计算机电路基础”网络课件部分网上虚拟实验的实施过程和在线考试的具体操作过程。

【关键词】虚拟实验；网络视频；在线考试

网络教育技术是近年来新兴的一种现代化教育方式，它主要是通过计算机网络技术实施教育的一种现代教育形式。现代科学技术的发展，终身教育的兴起，促进了现代化远程教育的高速发展。支撑现代化远程教育的重要手段是网络资源建设及应用。网络资源以信息量大、链接内容广泛而丰富体现出其巨大的优势，网络教育可以用文字、音频、视频等多种媒体手段来实现，但也有其局限。远程教育的一大特点是授课与学习在时空上的分离，这种时空上的分离使得师生间的互动变为非实时，因此必然在课程设计、学习支持方面有非常高的要求。如教师和学生的沟通问题、作业批改问题、交互操作问题、实验问题、考核问题等都有待进一步的完善和解决。本文以“计算机电路基础”网络课件为例，就网上实验操作及考核问题作一些探讨。
　

一、网上虚拟实验教学过程的构建理念

(一)网上远程教育中虚拟实验的意义及构建方法
实验是教学活动中一个必不可少的过程，学生只有通过足够的验证性实验和一定数量的综合性实验，才能真正理解和掌握该学科的理论知识，才能获得一定的综合测试技能和实验能力。传统实验教学模式是近距离性的，而远程的网络教学形式则由于教学机构与用户在时空上分离，部分用户由于诸多原因到学校实验室做近距离的现场实验有困难，这样就产生了在远程教育中实验教学与远程教学模式不适应的状况，并已成为了制约远程教育质量的一个重要因素。虚拟实验的出现正是为解决上述困难而提出的一种新型的现代化教育手段。
从构成上来说，虚拟实验的实现是利用计算机，配上相应的专用软件，形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型实验环境。在使用上来说，虚拟实验利用PC计算机强大的图形环境，建立界面友好的虚拟仪器面板（即软面板），用户通过友好的图形界面进行实验设备的选择、控制和运行等，完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、存储及数据生成。
(二)虚拟实验软件

EWB虚拟实验软件是一种界面友好、操作简便、易学易懂、容纳实验科目多、不需要安装即能直接运行且程序小巧的一种新型虚拟实验软件。该虚拟实验软件可完成电路基础、数字电路、模拟电路、单片机等众多实验的构成、设计、运行和测试等。该软件的操作空间是二维空间，虽然目前是在单机上运行，但比起现在使用较多的虚拟实验设备如LabVIEW等既需要硬件支持，又需要软件支持，且还需专业人员进行相应的编程才能应用来说，在弱电虚拟实验中更具专业性、使用性和灵活性。另一方面，目前许多学校和公司都在探索网络虚拟实验这一重要课题，但从实践效果来看，目前的网络虚拟实验范围窄、编程复杂，交互操作不够灵活，操作过程受到网络运行的限制等，总之，至今还没有形成一个完整的、值得推崇的网络虚拟实验。但远程网络教育中急需这方面的资源，因此，本文着重探讨的就是在现阶段条件下，利用功能强大的单机版虚拟实验完成在网络课件中实施网上虚拟实验教学的改革。
网上虚拟实验教学与本地操作相结合

由于网上不能直接运行单机版的软件，需要下载后才能在本机上运行。因此可采用网上进行虚拟实验操作过程的演示与用户下载软件在本地运行操作相结合的方法来完成虚拟实验的教学过程，并建立起一套考核方式。具体措施方案如下：

1.教师在本机上将所有要演示的实验在EWB软件环境下先制作成能在网上播放的视频格式（如rm格式），在制作过程中，教师应在视频中配以动画实时操作过程、声音及相应的背景音乐等，以充分利用计算机的多媒体功能进行教学。并在技术上充分考虑各种不同类型计算机的运行机制及网络接收速率，视频应能在窄带和宽带网上流畅运行。
2.为用户设立下载软件接口，使用户能将EWB软件下载在本机上（该软件17MB左右，压缩后589MB），在观看了网上的视频演示播放后能在自己的机器上进行操作，并能举一反三，设计出更多的电路进行操作和测试。
3.实验报告的写作和交作业的机制。用户可将实验结果数据记录下来或将屏幕上的结果拷贝到Office文档中，通过E—mail 方式发送给教师，或在在线讨论中将自己的成果上传到讨论区供大家讨论。
4.在线考试的前台操作和后台管理。网上在线考试已经逐步纳入教学环节的一个过程。实验部分的在线考试可让学生将实验结果拷贝到Office文档中，通过考试中的上传图标将结果上传到考试结果中去，教师通过浏览器观看学生上传的内容进行评分（详细内容见第二大点的在线阅卷部分）。
二、网络实验教学环境的构建与实施
“计算机电路基础”网络课件按网站管理方式制作，分前台用户使用部分和后台管理员管理模式进行设计，下图为该网络课件的部分示意图：

计算机电路基础网络课件实验部分

用?户?使?用?部?分

信息接收部分虚拟实验播放在线讨论

在线考试

在线成绩查询

后台管理员管理部分

用户管理信息发布

在线生成试卷

在线阅卷

图1 网络课件的部分示意图

(一)前台内容包含有：虚拟实验演示、在线练习、网上考试、成绩查询等

虚拟实验分三部分：电路基础知识、数字电路和模拟电路三个部分，全部实验采用EWB软件来实现虚拟实验。电路基础虚拟实验包含有基本仪器及连线操作的使用，基本电路的测量、交流电路的测量和过渡过程的测量；数字电路包含门电路的测量、组合逻辑电路的应用、触发器电路的测量、时序逻辑电路的应用、计数器的应用和555定时器的应用；模拟电路包括三极管放大电路的静态工作点的测量、单管放大电路的测量、负反馈放大电路的应用和集成运算放大器的应用等。所有的演示实验通过技术处理成rm格式，放在网上供学生直接点播。考虑到边远地区上网条件差，宽带网还未完全建立起来等情况，rm格式的播放条件放在下至mo nden288kbps和上至宽带网的全部接收条件上，电路、数字和模拟中的全部实验均以实时操作过程进行演示，有声音，有动画，并在讲解过程中配有背景音乐，突破了在网上进行视频演示的困难。用户经过反复观看，也可自己EW软件中进行虚拟实验的操作，并用Office软件写出实验报告，用E—mail的形式提交给教师进行批阅。其中实验结果可将软件的操作过程用抓屏方式拷贝到Office文档中，最后将Office软件进行压缩处理，使邮件的附件小一些。

在线讨论：在线讨论为专用讨论区，与其它内容均相互独立。使用户能在一个环境中讨论相同的问题，信息集中、问题集中，更有利于课程的学习，且能上传图片，在提问或答问中将相应的图片进行上传，以解决理工科对公式、特殊符号及图形的处理问题。同时还可向管理员发邮件，定期交网上作业或提问等。
网上考试：网上考试采用的是数据库管理方式，考题由管理员配置题型，每一位同学所抽的题都不一样，除单选、多选、判断以外，其余各题均可上传图片，保证答题的完整性。

成绩查询：考生考完交卷后，可立即看见所做的客观题的具体情况，包括正确、错误和分数；但主观题必须经过教师批改后给出具体分数，由计算机自动统计总分和各题的分数，

(二)后台管理模式主要是为了避免管理员和用户混在一个界面中，或被黑客解密后管理系统安全受到威胁(管理功能见上图)。
用户管理主要包括注册管理和使用管理。注册管理主要管理登陆过程的注册信息，即使注册信息完成，注册成功，也还要经过管理员的认可方可进入本课件进行浏览；用户管理主要管理经过注册后的用户的激活或禁止，使用软件的次数等。
信息发布管理主要上传一些公告信息、通知、大纲、实施意见、复习提要等，以便考生进行浏览。
考生管理主要管理考生的注册信息，考试次数、考试专业等。
题库管理主要是采用数据库管理模式对题库进行填充、删除和修改等。本题库的管理先进之处在于：一是将题型进行分章、分难度和分用户于在线练习中出现还是不出现的管理模式；二是在在线练习或网上考试中可将图片进行上传，为理工科作题提供了可操作的平台；三是题库提供主观题和客观题两种模式，主观题由计算机自行判断用户的答案是否正确，给出肯定答案，而客观题则只提供参考答案，成绩评定权在管理员。
试卷生成在确定章节内容、分数、难度的前提下，计算机随机配题，每个考生在相同的内容、分数和难度下所抽的题可完全不同，以避免考试作弊；另外还解决了考生同时点击某一答案时造成服务器死机的现象，解决了10万人次同时点击某答案时可能死机的问题。
在线阅卷管理主要提供管理员在线进行网上考试的阅卷的工作环境。考生在考试结束后能看见标准答案和客观题的分数。但主观题需经管理员阅卷后考生才能看见，且考生所看见的成绩透明度非常大，不但能看见总分，且能看见主、客观题的小分和全部标准（客观题）或参考（主观题）答案。
不过，无论虚拟实验有多么"真实"，它都不应该将真实实验取而代之。因为，虚拟实验毕竟是虚拟的，在真实实验中通过对故障的产生、分析及排除等培养学生能力的情景在虚拟实验中是不可能完全做到的。虚拟实验训练与测试都只是一种手段而已，而不是最终的目的。我们相信，随着网络基础设施建设进一步的完善，远程教育将提供高速、优质的上网服务和学习环境。
附：计算机电路基础网络课件的网址： http://www.scrtvu.net/support/wlkj

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