数字逻辑虚拟实验教学研究..docVIP

数字逻辑虚拟实验教学研究 摘要：本文阐述了将虚拟现实及网络技术应用到数字逻辑实验教学中的理论过程。并详细介绍了运用Flash、插件等多媒体编程技术建设数字逻辑虚拟实验室的详细过程。同时，对未来计算机实验教学的发展方向进行了讨论。br　　关键词：虚拟；数字逻辑；实验教学br　　　　　　 br　　1前言br　　br　　在我国，高等学校的计算机学科教学长期以来停留在以理论课为主，缺乏或不重视实验教学的被动局面。按照这样的培养模式造就的毕业生往往需要在各自的工作岗位上重新进行技术实践环节的再培训和二次指导才能符合用人单位的基本要求，这无形中也增加了社会的人才培养开销和负担。近年来，随着社会层面的反馈以及大学办学模式的逐步开放和交流加大，广大高校逐渐认识到了实验教学在计算机人才培养过程中的重要性并逐步贯彻以实践为主体的计算机学科新的办学理念。计算机学科实验教学的目的，在于提高学生的综合实践能力和创新精神，使学生能够理解所学的计算机理论知识，掌握一定的应用技能，以适应未来实际工作需要。br　　与之相对的是，大量先进的实验教学设备和具备优良实验教学环境的大批现代化教学实验室的建设和使用，这些都为计算机人才培养质量提供了保证。但是，在这些积极因素的笼罩下，我们也应清醒地认识到存在潜在威胁和障碍，设备的更新换代和维修保养是一笔庞大的开支，每年均占实验室日常运行经费的70%以上，伴随着人才培养目标的提高，我们为学生提供了大量的可操作性的实验内容，实践环节的加强突出反映在设备的超负荷运行以及易损器件的高消耗上。特别是对计算机硬件系列实验教学来说，无论是芯片，导线等常见元器件损坏率直线上升，还是实验平台等高端设备保修频率提高，都说明这样一个严峻的问题，即有限的经费和设备已经无法适应由于新的人才培养模式以及办学理念转变所带来的设备更新换代，特别是易损器件高消耗带来的经费问题。从本质上，当这种矛盾激化到一定程度，将反作用于实践教学，使我们的办学路线和学生培养目标发生停滞，甚至倒退。br　　虚拟实验教学是解决上述一系列问题的根本措施。虚拟实验教学利用计算机仿真，虚拟现实等技术对实验教学内容进行模拟，从而达到降低实验教学成本，提高教学质量的目的。通过引入虚拟实验教学可以有效解决设备的高消耗、易损同学生人数日益增加之间的矛盾，使实验不受时间、空间的限制，同时，允许学生在虚拟教学平台上进行大量的DIY实践，在提高教育质量方面起着重要作用。br　　本文结合作者们的实验教学经验以及实际的实验教学改革成果，利用计算机硬件实验教学体系中较为基础的“数字逻辑实验”为突破口，率先利用仿真及虚拟现实技术实现了数字逻辑虚拟实验教学平台，并对平台进行了细致分析和论证。br　　br　　2数字逻辑虚拟实验教学的理论基础br　　br　　数字逻辑实验是计算机硬件实验教学课程体系中的基础课程，通过数字逻辑实验的学习，可以使学生从硬件最底层对计算机体系结构有一个详细的认识和了解。同时，数字逻辑实验长期以来都是基于不同种类的实验台进行逻辑器件的连接、测试、验证模式的实验教学，各种元器件，连接导线都属于高消耗的实验器材，每年实验室都要投入大笔资金来满足学生的实验需要。br　　在这样的情况下，我们将器件虚拟化，将平台模拟化，将教学仿真化，无论是从人力还是物力上都是一种极大的节约，而从调动学生实践能力，发挥自主创新精神的方面来看，则是更加积极的。虚拟仿真技术正是创新型计算机人才培养改革的产物。在仿真环境下，学生既可以避免实验器件本身损坏造成的实验阻碍，同时可以更主动地、重复性地进行综合性实验，极大地拓展了学生的创新空间和创新领域。br　　虚拟实验的原理正式借助动态仿真、虚拟现实等计算机技术，利用多媒体，声音，视频等方式将实验教学环节的基本环境通过虚拟现实技术在计算机平台上予以实现，同时，将物理设备、器件在映射的基础上进行扩展，以方便学生进行更加全面的创新实践活动。其原理图如图1所示。br　　br　　图1 虚拟实验教学与现实映射关系br　　br　　虚拟现实环境的搭建、实验检测及评定系统的实现、虚拟专家成绩评判系统是虚拟实验教学系统的三个主体部分。通过虚拟实验教学环境与实际实验教学的无缝连接，我们定义了如下模式的虚拟实验教学模型(如图2所示)。br　　br　　图2 虚拟实验教学系统体系图br　　br　　数字逻辑虚拟实验系统从逻辑角度主要包括以下几个部分：br　　(1) 实验平台效果发生器：贯穿于学生操作始终，为实验搭建支撑平台，为演示提供动态效果，为测试提供虚拟测试环境。br　　(2) 环境建模及实景仿真器：定义了虚拟实验教学系统的运行过程及容错，报警机制；其次，属于虚拟实验系统的控制终端，时刻纪录用户的操作行为；为用户访问实验系统及各个模块之间