新工科背景下虚拟仿真实验室建设分析

孟凡姿

【摘要】    伴随着技术的日益完善，在有关教育培训单位的积极主动提倡和促进下，虚拟仿真实验展现迅猛发展的发展趋势，在新时代教育情况下虚拟仿真实验教学充分发挥着愈来愈关键的功效。文中以proteus虚拟仿真实验室基本建设为例子，剖析虚拟仿真实验教学系统软件在实验教学中的运用。

【关键词】    虚拟仿真    proteus    实验教学

引言

虚拟仿真技术，是在多媒体系统技术、虚拟现实技术技术与通信网络技术等网络科技飞速发展的基本上，将仿真技术与虚拟现实技术技术紧密结合的物质，是一种更高級的仿真技术。虚拟仿真技术以搭建全系统软件统一的详细的虚拟环境为典型性特点，并根据虚拟环境集成化与操纵为数众多的实体线。实体线能够 是手机模拟器，还可以是别的的虚拟仿真系统软件，也能用一些简易的数学分析模型表明。实体线在虚拟环境中相互影响，或与虚拟环境功效，以主要表现客观性全球的真正特点。虚拟仿真技术的这类一体化、虚拟化技术与数字化的特点，充足达到了当代仿真技术的发展趋势要求。

一、传统实验存在的问题

传统实验是一种社会实践活动，它使用测试设备来执行操作过程。传统实验是验证真理的最基本，最有效的方法。传统的实验方法在社会科学的发展趋势中发挥了重要作用。在教学实验中，由于优秀人才的培养和发展，传统的实验方法做出了巨大的贡献。此外，传统实验还存在许多问题：

1）不利的实验设备的管理及维护。目前，电气类的电子设备实验室主要包括你电源电路实验室，电子电路实验室，数字电路设计实验室，单片机设计实验室，微计算机原理实验室等。在每种类型的实验室中，都涉及到机械和设备的类型。而且总数很大。

2）不利于保持实验室的创新。由于当代电子信息技术的飞速发展，出现了各种新的机械设备，新的部件和零件，通常会导致以下情况：某种类型的实验仪器到手时可能已经过时了。客户。更不用说在两到三年后消除这种现象是多么正常。因此，根据机械和设备的硬件配置方式創建的实验室遇到了随时随地都可能过时的情况。

3）不能提高测试的实际效果。目前，大多数电子设备实验室采用封闭式实验教学法，即在规定的时间内，学生在规定的地点进行规定的考试内容。这种封闭式实验教学方法是因为，一方面，时间和地点的局限性通常导致学生没有足够的时间来了解科学研究实验的内容，而且这种局限性也消除了他们对实验的兴趣。

4）不利于培养学生的实验兴趣和创造性思维能力。

通常，学生必须对特定课程内容实验的兴趣爱好进行长时间的调整。但是，当前的课程内容实验并非随时随地对学生开放，而且对外界开放的时间也非常有限。 这不能引起学生对实验的兴趣，此外，他们的创造性思维能力和工作能力的塑造也受到相同的限制。

二、Proteus虚拟仿真实验室的优点

1）开放式。因为其硬件配置基于在线平台，例如企业局域网或公司网络，或校园宽带或Internet客户。因此，其测试客户将不受传统实验室的时间，室内空间和测试内容的限制。客户可以超越时间，室内空间和考试内容的限制，充分发挥他们的考试兴趣和创新思维能力。

2）具备多功能性。 Proteus不仅可以进行模拟电路分析测试，模拟电子电路的测试和数字电路的设计测试，还可以模拟嵌入式操作系统的测试。它的主要功能取决于能否显示嵌入式操作系统的仿真实验。

3）创新能力。 Proteus仿真软件中自带的丰富软件资源为进行技术创新实验的科学研究奠定了基础。它自带的一些仪器设备，信号源，电子设备和组件物理模型均可用。教师和学生可以在此处进行有关自主性创新实验，实验可以是综合性实验，可以完成从计划、设计到实施的全部过程，可以不受场地和时间的限制。

4）简便的管理方法和可维护性。因为关键是Proteus仿真软件，所以测试是无损的。虚拟软件的管理和维护可以由厂家协助教师进行，可以做到多次修改，随时修改，大大减少了教师设备维护的劳动量。

5）成本低。与传统的实验室计划相比，Proteus实验室计划可以称为低资本，高收益实验室。学校只需要建立一个完整的电子计算机在线平台，再购买一套Proteus Internet板手机软件，以及一些实验板即可。一个电子计算机可以对不同课程内容的多个实验项目进行虚拟仿真，这样可以充分节省实验设备和场地资源。而且维修费基本上为零。

三、 Proteus实验系统应用

3.1 Proteus实验室体系结构

Proteus实验室包括在线平台，软件系统，测试系统软件和独立的创新/培训平台。不同的网络空间有不同的设备法规。网络空间包括中小型局域网的自然环境和校园宽带的自然环境。中小型局域网的自然环境通常限于实验室或部门内部网络空间的自然环境。它是某些类别中的共享资源。 Internet和网络服务器上的法规不高。您只需要制造一台可以兼作网络服务器的PC。

校园宽带的自然环境可以帮助完成Proteus实验室的开放性，使大部分的师生可以使用该服务平台。 Proteus系统软件可以显示智能电路原理图设计计划系统软件，SPICE数字集成电路，数字电路设计和MCU组件混合的模拟仿真系统软件和PCB设计系统功能。它不仅可以模拟传统的电路分析测试，模拟的模拟电子电路测试，数字电路设计测试等，还可以模拟和模拟嵌入式操作系统测试。

3.2 Proteus实验系统

Proteus实验教学系统软件包括数字电路设计测试，数字集成电路测试，单片机设计测试，ARM7嵌入式实验教学。根据Proteus仿真绘图软件和测试系统软件的集成，抽象的电子教学既美观又精致。可以在Proteus实验室中执行的实验级别以及可以在每个测试级别中执行的实验内容。实验级别可以分为三个级别：

1）基础实验层;

2）综合实验层;

3）自主创新实验层。

基础实验层的实验是通过培养学生的操作技能来进行的;综合实验层的实验是通过塑造学生在综合设计计划中的工作能力来进行的。自主创新实验层的实验是通过塑造学生在创造性思维能力设计方案中的工作能力来进行的。以嵌入式操作系统课程内容为例，在基础实验层，可以进行嵌入式操作系统课程内容中要求的基础实验的仿真设计方案和设计方案认证;如模拟仿真51系列产品，AVR，PIC，摩托罗拉68HC11系列产品以及其他常见的MCU软件系统仿真设计方案和认证;在综合测试层面，教师可以对某种类型的MCU进行综合测试，例如51系列产品MCU，受训人员进行电路图设计，编码编写，仿真的全过程根据设置的问题类型的内容进行调整，PCB设计，PCB制造和认证PCB设计。在技术创新实验或科学研究中，师生可以根据自己的想法或爱好进行相关的设计计划或科学研究。

3.3基于Proteus实验室的实验实训流程

根据Proteus的实验和实际步骤，它也基于Proteus仿真模拟服务平台。所有测试都首先在仿真模拟服务平台上进行，依靠仿真模拟服务平台的各种调整和实际的专用工具来充分掌握虚拟仿真实验技术全过程的关键，并进行整个实验过程。所有仿真实验，为此，免费将代码下载到真实的硬件系统上，并比较特定的操作结果，从虚拟到实际，从设计到实现，整个过程。

四、结语

虚拟仿真软件的出现为电气、自动化、电子相关专业的教学实验产生了新的思路和对策。本文分析了传统教学实验和Proteus仿真软件的优缺点，得出了Proteus实验室的结构，给出了Proteus实验系统的三个层次，最后给出了基于Proteus实验室的实验实训流程。

参  考  文  献

[1] 冯珊珊. 虚拟仿真实训平台在实践教学中的应用[J]. 《电子技术与软件工程》， 2016.11

[2] 孙纪勃，张学伟. 基于虚拟仿真的大学物理实验教学研究[J]. 《现代职业教育》， 2018.03

[3] 付利，潘杰. 高校虚拟仿真实验室建设与创新[J]. 《新校园》， 2017.12