1. 研究目的与意义（文献综述）

由于教育技术实验教学现状在教育技术实验方面内容覆盖面广，其内容庞杂且实验原理抽象、操作性、实践性强。多媒体教学设备和系统的操作与维护是实验教学的重点，也是教育技术专业学生必须掌握的专业技能，正确而熟炼地掌握多媒体教学设备需要不断地实践与强化。然而由于受实验的时间和空间所限制，实验教学模式比较单一和固定，并且实验设备投入有限，传统的实验教学由于教学资金投入有限，且教育技术实验器材昂贵易损，实验教学仪器相对落后等问题，导致了实验内容陈旧，无法和现代科学技术的发展程度相联系，由于实验系统的构建模式不够完善，实验项目的开发受到影响，限制了学生参与实验的开发和独立操作^[7]。传统的实验已不适应现代化教学改革的需要，教学改革的不断深化对实验教学在培养学生的科研能力和综合素质提出更高的要求，虚拟实验为实验教学改革提供了最佳的解决方案。虚拟实验是将计算机技术、网络技术与传统实验仪器结合起来，改变实验系统的构建模式，提升实验仪器的整体性能。虚拟实验是传统实验方法的变革和有效的补充，也是加强实践教学、提高教学质量的重要手段。虚拟实验在当今教育技术领域的研究，不仅代表着理论研究的新思潮与热点，而且是新媒体技术发展的方向，通过综合性的实验培养学生解决实际问题的能力。虚拟实验系统的交互式接口和良好的界面的特点可以完成模拟实验，以便更好地帮助学生理解、消化、吸收学习内容，重点解决教学和实验过程中的一些难点问题^[6]。

虚拟实验室概念的提出至今仅为10余年的时间,但因其诱人的应用前景,各国均在大力开发,已经取得了很大的进展。目前,虚拟实验室在发达国家已十分普及。作为首先提出虚拟实验室概念,并具有雄厚的科研实力和强大财力的美国,从一开始就十分重视虚拟实验室的研究与开发,在该领域的研究和应用已处于领先地位,在大学的普及程度也相当广泛,其中麻省理工学院的web lab远程实验室于1998年开发并投入使用。vlab是美国俄勒冈大学物理系主办的物理实验网站，采用java语言开发；由美国michigan大学化学工程系创建的vrcel实验室,主要用来探索和开发虚拟现实技术在化学工程领域的应用。美国霍华德#8226;休斯医学研究会(hhmi)建立的虚拟实验室是完全交互式的生物医学的实验室模拟。德国ruhr大学网络虚拟实验室是一个有关控制工程的学习系统,西班牙大学电子系开发了电子仪器虚拟工作平台。意大利帕瓦多大学建立了远程虚拟教育实验室。新加坡国立大学开发了远程示波器实验和压力容器实验,在远程控制实验方面取得很大的成果。在国内,虚拟实验室的建设也得到了应有的重视。由于虚拟实验技术的特点,它的实际应用在理工教学中大有作为,尤其在电工电子、医学、建筑、生化等学科有重要作用。据了解,目前国内的多数高校都根据自身教学需求建立了虚拟实验室,典型的有：中国科技大学在虚拟实验室的建设和使用方面形成的如物理仿真实验软件、广播电视大学物理虚拟实验、几何光学设计实验平台、大学物理虚拟实验远程教学系统;(2)浙江大学的虚拟化学实验,是基于web的虚拟实验,以vrml为基础构筑虚拟实验环境,并利用java技术来实现虚拟实验场景的人机交互;同济大学建筑学院建成的可以对建筑景观、结构进行仿真的虚拟现实实验室;西南交通大学开发的tds-jd机车驾驶模拟装置等;清华大学的“电力系统及大型发电设备安全控制和仿真”国家重点实验室和利用虚拟仪器构建的汽车发动机检测系统等等^[18]。

从技术层面上看,各类虚拟实验系统的基本思想是一致的,即用软件方法来模拟硬件设备的功能。为了实现上述功能和目的,需要使用一些相关的技术:(1)vr技术,虚拟现实技术(virtual reality,简称vr)是以计算机技术为核心,综合使用交互设备融视、听、触、感为一体的模仿现实的三维空间再现技术;(2) labview技术, labview程序称为“虚拟仪器程序”(简称vi),是一种基于图形编程语言的开发环境;(3)java作为一种程序设计语言,具有可移植性和安全性,提供了并发机制,具有很高的性能;(4)activex技术,它可将复杂的任务分割成小的模块,作为组件。采用组件思想为构造虚拟仪器带来了很大方便;(5)asp技术提供一个服务器端的脚本环境,用于产生和执行动态、高效率的网络服务器应用程序;(6)交互式flash技术。flash技术用于网络虚拟实验室的开发具有开发速度快、界面美观、视觉冲击效果强、体积小、不需要安装、可直接在浏览器中进行操作等特点,但在交互性方面尚有不足,视觉效果不如3d^[19]。其中基于matlab的虚拟实验系统也较多,用软件模拟了实际硬件的全部功能。解决了目前自动控制实验中的一些问题,并在一定程度上提高了目前“控制工程基础”教学效果。但是,由于matlab的局限性,这些虚拟实验系统仅限于软件模拟,这样不能锻炼学生的动手能力和硬件调试能力,并且软件模拟实验给学生的印象并不如硬件实验那样深刻。另外,由于matlab软件模拟往往需要学生对其有一定的熟悉和了解,这对于低年级的学生来说比较困难。所以,实验效果并不很理想^[4]。随着计算机技术的发展，采用ni公司的labview的语言系统，与其他仿真软件相比，labview 强大的与硬件结合甚至是“植入”硬件的功能使得它更容易在硬件上实现，也更容易检验所设计算法和系统的正确行、有效性与应用性^[17]。labview 的 灵活性、模决化以及其编程的便利性，方便学生的学习和掌握。开发出基于labview虚拟实验系统，结合第三方公司的数据采集卡，从而实现在课堂上进行模拟实验，并且结合学校原有的硬件电路设备进行硬件实验的综合实验系统，达到显著提高教学效果和实验效果^[9]。

本课题是研究通过labview技术来构建自动控制工程这门课程相关实验的虚拟实验网络平台，解决教学和实验过程中的一些难点，提高“控制工程基础”教学效果。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

首先要进行大量文献调研，了解国内外虚拟实验相关研究概况和发展趋势，同时要熟悉“控制工程基础”课程的相关理论和实验体系；掌握并熟练运用labview软件，利用labview软件设计“控制工程基础”的虚拟实验系统，运用到教学过程中以便提高教学质量和学生学习效果。

2.2 研究目标

（1）熟悉“控制工程基础”的虚拟实验系统；

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，确定技术方案，并完成开题报告。

第4－5周：熟悉“控制工程基础”课程的相关理论和实验体系。

第6－8周：学习并熟练掌握labview软件。

第9－12周：利用labview软件设计“控制工程基础”的虚拟实验系统。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]杨叔子,杨克冲,吴波等.机械控制工程基础[m].武汉：华中科技大学出版社，2011.

[2]ogata k.modern control engineering[m].prentice hall，2002.

[3]stefanovic m, cvijetkovic v, matijevic m, et al. a labview‐based remote laboratory experiments for control engineering education[j]. computer applications in engineering education, 2011, 19(3): 538-549.

[4]赵剑锋,吴继平.基于labview的自动控制原理虚拟实验系统[j].电气电子教学学报,2007,29(1):85-87.