一种基于WEB的交互型PROTEUS实验教学管理平台

张洪胜

（淮南联合大学 计算机系，安徽 淮南 232038）

一种基于WEB的交互型PROTEUS实验教学管理平台

张洪胜

（淮南联合大学 计算机系，安徽 淮南 232038）

通过将基于计算机网络的WEB应用与基于Proteus软件的单片机、嵌入式系统仿真实验相结合，建立一种能够在实验室网络环境下开展交互型实验教学的PROTEUS仿真实验教学管理平台，使实验教学活动在一种可管理控制的状态下有效地进行，同时利用动态WEB的资源共享和良好的交互性充分提高学生在实验教学过程中的积极性、主动性，并且使实验教学能够真正摆脱时间与空间上的限制，从而使PROTEUS仿真实验教学具有更广泛的应用空间.

Web；仿真实验；Proteus

1 前言

Proteus是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件.它除了具有其它EDA工具软件的原理布图、PCB自动或人工布线、SPICE电路仿真等仿真功能，还具有互动的电路仿真、仿真处理机及其外围电路等新特点[1].由于PROTEUS提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因此将PROTEUS仿真设计运用于实验教学，能够弥补计算机硬件实验室在实验器材、检验仪器上不足，克服传统实验方式在实验教学上所遭受的时间与空间上的限制、灵活地扩展实验项目、便于指导学生开展设计类实验，因而也提供了一个培养学生实践精神、创造精神的平台.

在将PROTEUS仿真设计运用于实验教学的过程中，一般的做法是将PROTEUS仿真软件分别安装在学校机房局域网中的教师机和学生机中，根据计算机硬件课程对实验的需要，安排并由老师指导学生完成相关的仿真实验，整个实验的过程虽有老师的指导和对学生实验过程中疑问的解答，但总体上看，这种仿真实验基本上是在一种教师机和学生机缺少交互，并且缺少对实验过程有效控制的状态下完成的.同时由于时间上的限制，在实验课结束时，教师对学生实验过程和完成情况也很难做出一个即时评价，实验的完成情况和实际达到的效果主要取决于学生自身学习的自觉性和主动性.另外，教学计划中所安排的机房仿真实验教学一般仍是要求学生当堂完成，因此仍然无法摆脱传统实验在实验时间和空间上对学生的限制，从而影响学生积极性和创造性的充分发挥.

对于利用局域网开展实验教学，国内一些教师曾经进行过积极、有效的探索尝试：例如，王毓俊等开展的“开放式实验教学中的对等局域网技术平台研究”[2]，夏新恩所进行的“多媒体网络实验教学平台研究”[3]，以及其结合学校的多媒体教学网络所进行的“Proteus仿真实验教学方法的研究”[4].利用局域网和多媒体教学软件开展计算机硬件仿真实验教学，老师和学生在实验过程中能够进行良好的互动并能对教学过程进行一定的控制，不过其实验教学方法的使用仍然局限在多媒体教室的局域网范围内，并且其对实验教学过程的控制更多的是靠教师的实验教学经验，而缺少一种对实验过程进行控制和评价的有效机制.

针对利用Proteus仿真实验开展硬件课程实验教学过程中的上述问题，本文提出一种基于WEB的交互型实验教学管理模式，通过利用具有资源共享和良好交互特性的WEB技术，开发一个基于WEB技术的分布式实验教学管理平台，该平台既可用于具有局域网络环境的PROTEUS实验机房，对实验教学的过程进行有效控制和及时评价，同时也可用于互联网环境下仿真实验的教学和指导，使仿真实验教学真正摆脱时间和空间的限制，充分发挥学生学习的积极性、主动性和创造性.

2 基于WEB的互动型PROTEUS实验教学管理模型

2.1 Web技术简介

Web是World Wide Web(环球信息网)的缩写，Web技术是一种分布式应用结构，Web应用中的每一次信息交换都是在客户端和服务器端之间进行的.Web服务器称为WWW服务器，其作用是整理和存储各种WWW资源，并响应客房端软件的请求.Web客户端的主要任务是展现信息内容.Web应用的开发通常会采用动态网页技术，如ASP、JSP、PHP技术等.动态网页是指可以根据访问者的不同需要，对访问者提供不同响应的网页，动态网页技术的原理是：将使用不同技术编写的动态页面保存在Web服务器中，当客户端向服务器端申请访问动态页面时，Web服务器将该页面提交给相应的解释引擎，解释引擎执行页面上的脚本程序以实现相应的功能，最后将执行的结果连同页面上的HTML内容以及各种客户端脚本一同传递给客户端[5].因此利用WEB技术能够实现资源的共享，同时客户端和服务器端具有良好的交互性.

2.2 基于Web的交互型PROTEUS实验教学管理模型

对于每一个PROTEUS仿真实验，其实验内容、实验要求和实验步骤以及实验过程的演示等相关资料事先保存在WEB服务器上，学生根据实验的内容要求在本地利用PROTEUS完成实验，并将实验的中间和最终结果上传给WEB服务器由教师指导和评价.利用WEB开展PROTEUS课堂仿真实验教学的过程如下：

（1）上课时，教师和学生分别以自身的角色登录Web网站.

（2）学生首先通过WEB查看本节实验课的实验内容、要求、实验步骤等信息.

（3）在明确实验任务要求的基础上，学生在本地计算机上使用PROTEUS软件按照实验步骤的要求分步完成实验，实验过程中每一步在完成后可以提交分步结果到WEB服务器.实验过程中，学生对实验如果有疑问，可以自己观看网上的实验过程演示的视频资料，也可以在网上向指导老师提问，指导教师可以利用WEB对问题进行解答，也可现场进行指导.

（4）教师在自己的机器上查看WEB上学生提交的分步实验结果，并通过WEB给出指导意见和评价.

（5）实验课结束前，学生利用WEB填写实验报告并当场提交.

（6）教师根据学生提交的实验结果了解学生整个实验的完成情况，当场或在课后进行评价打分.

在基于Web的交互型PROTEUS实验教学管理模型中，整个实验教学的过程是由教师和学生通过WEB的交互性进行控制和管理的.教师对学生实验过程的分步评价驱动学生完成整个实验.由于采用分布式结构，对于由于某种原因无法在课堂上当场完成实验的学生，则可以让他们在课后通过其他场合登录该平台继续完成.另外，采用这种教学模式，教师可以在时间空间不受限制的情况下，指导学生完成诸如课程设计、课后实验作业等实验教学活动.

3 基于Web的交互型PROTEUS实验教学管理平台

3.1 交互型PROTEUS教学管理平台的主要功能

基于Web的交互型PROTEUS教学管理平台的用户包括：管理员、PROTEUS实验指导教师和参与做实验的学生，该平台的主要功能有：

（1）注册和登录功能：无论教师还是学生，首先必须注册成为平台的合法用户，才登录和使用本系统.

（2）浏览查看实验成绩功能：学生可以在以学生身份登录后，查看某门课程各个实验的实际完成情况和教师的评价.

（3）实验项目管理功能：负责指导实验的教师在以教师身份登录后，可以对自己所承担课程的实验项目进行管理，包括增加、删除、更改实验项目的内容、实验目的、实验步骤等实验相关信息；上传教师自己开发的模型元件库等教学相关资料、实验项目的操作视频资料供学生参考.

（4）实验结果分步提交和填写实验报告功能：学生在实验过程中，需要将实验过程的分步结果及实验完成后的实验报告提交到服务器上，供实验指导教师指导和评价.

（5）学生实验结果的成绩评价功能：实验指导教师根据学生的分步实验完成情况对分步结果及总的实验效果进行评价或打分，以作为本门课程的考核参考依据.

（6）实验项目的视频演示功能：学生在实验过程中，可以根据需要选择观看相关实验操作过程的视频资料，以帮助自己完成实验项目.

（7）实验过程的指导功能：教学在实验过程中遇到问题可以在网上直接向教师提问，指导教师则可以现场指导，也可以通过网络平台解答指导.

（8）学习资料的下载功能：学生可以下载教师提供的PROTEUS模型元件库等各类学习资料，拓展自己的学习空间和领域.

3.2 交互型PROTEUS教学管理平台的构成

基于Web的PROTEUS网络实验教学环境采用B/S结构，由一台Web服务器和若干客户端机器组成，客房端采用IE浏览器与服务器端进行交互，在客户端需要安装供完成实验使用的PROTEUS工具软件.将计算机硬件、嵌入式系统等课程的相关实验信息存储在Web服务器端的数据库服务器中，其中包括实验的内容、目的、要求、实验步骤和实验的演示等.另外数据库中还存储有参与实验教学的学生和教师的相关信息.

3.3 交互型PROTEUS教学管理平台的设计实现

基于Web的交互型PROTEUS教学管理平台的设计实现，在学生机上采用IE浏览器作为客户端界面，在服务器端采用JSP动态网页技术，WEB服务器采用Tomcat6.0,数据库服务器采用MYSQL5.0.

（1）系统模块结构图，如图1所示：

（2）数据库设计

本系统涉及6张数据库表，分别为学生信息表studentinfo、管理员表 manager、教师信息表teacherinfo、实验项目信息表experimentinfo、实验步骤表experimentstep和实验结果表experimentresult.各表的结构和相互关系如图2所示.

（3）JavaBean的设计

JavaBean是JSP技术中可以可以重复使用、具有跨平台性能的JAVA组件.交互型PROTEUS教学管理平台中的JAVABEAN包括封装数据信息的JAVABEAN和封装业务逻辑的JAVABEAN.封装数据信息的JAVABEAN用于一引起要存储于数据库中的数据，这些数据来自于界面，将其封装于JavaBean中,然后对其进行业务操作，其中的属性和数据库中的字段定义相同.封装业务逻辑的JavaBean，主要实现对封装数据的业务逻辑处理，包括数据库的连接和操作，以及WEB中其他功能实现的业务逻辑.

图2 数据库表设计

4 结束语

基于WEB的交互型PROTEUS教学管理平台利用WEB资源的共享性，可以充分利用教师在PROTEUS实验方面开发的PROTEUS元件模型等教学资源，便于学生开展自主学习.通过对学生实验过程进行控制和评价，提高了学生完成实验的自觉性和主动性，同时利用开放的互联网，使学生的PROTEUS实验过程能够摆脱传统实验方法在时间和空间上的限制,使实验教学可以拓展到课程设计和毕业设计等更多的教学领域.

〔1〕百度百科http://baike.baidu.com/view/40936.htm.

〔2〕王毓俊,等.开放式实验教学中的对等局域网技术平台［J］.实验室研究与探索,2004,23(6):5-6.

〔3〕夏新恩,多媒体网络实验教学平台研究与实施［J］.实验室研究与探索,2005,24(12):53-57.

〔4〕夏新恩，基于PROTEUS实验教学平台的研究与实施，广东技术师范学院学报，2009（1）：53-56.

〔5〕宋迎秋,JSP实用教程[M].大连：大连理工大学出版社，2007.

TP368.1

A

1673-260X（2012）05-0037-03

安徽省教育厅教学研究项目（20101177）