【文章內(nèi)容簡介】 學(xué)生通過使用虛擬儀器或真實儀器、裝置或系統(tǒng)的模擬裝置來熟悉實驗過程，掌握相關(guān)技術(shù)；能滿足不同知識背景學(xué)生的要求，根據(jù)其能力、實驗經(jīng)驗等調(diào)整資源模塊 （ 如設(shè)備、組件、儀器、生成器、數(shù)據(jù)采集板等 ） ，保證學(xué)生在單獨使用模擬環(huán)境時能進行各種實驗操作。虛擬實驗室可以給 學(xué)生提供更為廣闊的學(xué)習(xí)空間，有利于突破學(xué)時的限制，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，增強自信力，對提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力有很大的幫助。 采取虛擬化實驗室教學(xué)，無疑將會在人才的培養(yǎng)上走出一條新的路子。網(wǎng)上虛擬實驗室是實驗教學(xué)技術(shù)的發(fā)展方向，是現(xiàn)代化教學(xué)尤其是實驗教學(xué)改革的必然趨勢。 網(wǎng)絡(luò) 虛擬實驗室的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實驗室概念的提出至今僅有十余年的時間，目前國內(nèi)的研究還處于萌芽階段，國外已經(jīng)有很多大學(xué)進行了這方 面 的研究。其發(fā)展 一 般經(jīng)歷以 下 三個階段 ： 8 (1) 虛擬實驗室最初是以某 一 學(xué)科 （ 專業(yè) ） 的仿真計算軟件為基礎(chǔ)進行的， 一 般不具有網(wǎng)絡(luò)交互功能，只是單機版本，如基于 Workbench的電 子 技術(shù)實驗等 ； (2) 后來發(fā)展到具備網(wǎng)絡(luò)交互功能，如現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)比較流行的虛擬設(shè)計等，但是不具備實際測試設(shè)備接口 ； (3) 基于 Web的瀏覽器 /服務(wù)器的虛擬實驗室模式，在這種模式 下，服務(wù)器通過軟件技術(shù)對 各種實驗環(huán)境進行仿真，完成用戶的實驗需求。 目前，網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室在發(fā)達國家已十分普及。作為首先提出虛擬實驗室概念，并具有雄厚的科研實力和強大財力的美國從 一 開始就十分重視虛擬實驗室的研究與開 發(fā)，在該領(lǐng)域的研究已處于領(lǐng)先地位。美國為繼續(xù)保持其在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，尤其重視信息技術(shù)的研究，并已將虛擬實驗室列入其科研發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃。 在我國，虛擬實驗室的建設(shè)也得到了應(yīng)有的重視。目前，已有部分高校初步建立了虛擬實驗室。例如 ： 清華大學(xué)、華中理 工 大學(xué)、四川聯(lián)合大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、 廣 州暨南大學(xué)等高校走在了前列，都在這方 面 進行了 一 些嘗試，但基本上還都是小規(guī)模的。比如用于某 一 個實驗等， 而且 在 形 式上也還只是傳統(tǒng)實驗室的模仿。但是要真正開展網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的建設(shè)與應(yīng)用，先要在理論上解決以下問題： ①、 如 何把以教師為中心的實驗?zāi)Ｊ睫D(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的實驗?zāi)Ｊ?，以充分體現(xiàn)構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論。 ②、 如何評價學(xué)生的實驗結(jié)果，如何評估個虛擬實驗室的實驗效果。 ③、 虛擬實驗室與傳統(tǒng)實驗室的關(guān)系問題，它可以完全并代傳統(tǒng)的實驗室，還是僅作為傳統(tǒng)實驗室的一種補充。 ④、 如何準(zhǔn)確定位教師在實驗中的地位，使之由組織者轉(zhuǎn)變?yōu)橹笇?dǎo)者。 ⑤、 成本問題，如何保證基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實驗室成本低于傳統(tǒng)實驗室。 隨著計算機技術(shù)及高速網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，在教學(xué)中，虛擬儀器與傳統(tǒng)的測試儀器的結(jié)合能更好的發(fā)揮各自的優(yōu)勢，并逐步實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，不僅改變了測量領(lǐng)域的測 控模式，同 時也增強了實驗人員的基礎(chǔ)理論系統(tǒng)，激發(fā)對學(xué)習(xí)的熱情，豐富現(xiàn)代化綜合信 息 技術(shù)。 本次設(shè)計的目的與內(nèi)容 本 次畢業(yè)設(shè)計的目的是 通過研究現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器技術(shù)，實現(xiàn)虛擬 儀器 在B/S模式下的網(wǎng)絡(luò)化 并 為網(wǎng)絡(luò)虛擬儀器實驗室搭建軟件平臺，同時對實驗室多用戶進 9 行有效管理 ,形成一個完善的網(wǎng)站系統(tǒng)，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源 為校內(nèi) 學(xué) 生的課程實驗創(chuàng)建了一個高效，便利，完善的實驗環(huán)境， 并且 為同學(xué)進行自主創(chuàng)新研究建立了一個開放的實驗平臺。 我畢 業(yè)設(shè)計所做的 就是對 2020級李黨盈同學(xué)所建立的 基于 Web的虛擬實驗室進行設(shè)計與制 作上的完善，使其頁面更加美觀、統(tǒng)一，實驗內(nèi)容更加豐富、完整，同時功能強大，易于管理，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，達到建立網(wǎng)絡(luò)測控實驗室作為一個開放平臺的預(yù)期目的。 10 第 二 章 基于 LabVIEW 的虛擬實驗室 前臺網(wǎng)站 設(shè)計 我這次進行的虛擬實驗室建設(shè)，是在原有 基于 Web的虛擬實驗室的基礎(chǔ)上的完善與創(chuàng)新。網(wǎng)站使用網(wǎng)頁三劍客和 Access數(shù)據(jù)庫，進行網(wǎng)站頁面和管理系統(tǒng)的開發(fā)，用IIS作為 Web服務(wù)器 。在網(wǎng)站模版的選擇上，鑒于以上對實驗室風(fēng)格的論述，我選擇了一個天藍色的簡約的網(wǎng)頁作基 調(diào)，在此基礎(chǔ)上作一些改變，使其適合實驗室網(wǎng)站建設(shè)的要求。 基于 Web的虛擬實驗室的前臺網(wǎng)站框架結(jié)構(gòu)是：有首頁、虛擬實驗室 、留言板、聯(lián)系我們、幫助中心、 相關(guān)資源下載 、 登錄、注冊和管理 八 大頁面的鏈接。還可顯示站點訪問次數(shù)和服務(wù)器日期、時間。 網(wǎng)站 主要開發(fā)工具介紹 眾所周知 , 建立網(wǎng)絡(luò)是為了利用各種網(wǎng)絡(luò)工具或應(yīng)用軟件 , 最終達到實現(xiàn)資源共享和促進信息交流的目的。盡管國際互聯(lián)網(wǎng)問世的時間不長 , 但為之開發(fā)的應(yīng)用軟件恰似雨后春筍 ,無法一一詳述。在這里，僅介紹在建立 虛擬 實驗室網(wǎng)站系統(tǒng)過程中使用到的軟件。 Macromedia Dream weaver MX 2020 及其特點 Dream weaver是美國 MACROMEDIA公司出品的動網(wǎng)頁編輯工具，它集網(wǎng)頁制作和網(wǎng)站管理與一身，是專為網(wǎng)頁設(shè)計者開發(fā)的可視化網(wǎng)頁編輯工具。利用它設(shè)計的網(wǎng)頁可以跨越平臺、瀏覽器限制，是目前最受歡迎的工具軟件。 Dream weaver跟 Front Page 、 Word一樣 ,提供了一個可視化的編輯環(huán)境 ,可以直接對網(wǎng)頁內(nèi)容編排 , 而自動產(chǎn)生相對應(yīng)的 HTML源碼。但是完全自動產(chǎn)生源碼的編輯方式往往不能滿足專業(yè)網(wǎng)頁設(shè)計者的需求 ,對于這點 Dream weaver提供了能同時對源碼編輯的功能。除了可視化的編輯環(huán)境 ,對于動態(tài) HTML的效果 ,Dream weaver提供瀏覽器預(yù)覽的功能 ,可以指定不同的網(wǎng)頁瀏覽器來預(yù)覽。使用網(wǎng)站架構(gòu)圖 （ Sitemap） 可以快速制作網(wǎng)站雛形 ,設(shè)計、更新和重組網(wǎng)頁。改變網(wǎng)頁位置或文件名稱 ,Dream weaver會自動更新所有鏈接。使用支持文字、 HTML碼、 HTML屬性標(biāo)簽和一般語法的查找及替換功能使得復(fù)雜的網(wǎng)站更新工作變得迅速又簡單。使 Dream weaver的站點管理器 ,你不僅可以完成必備的 FTP（ 一種互聯(lián) 網(wǎng)傳輸協(xié)議 ,用于大規(guī)模文件的上傳和下載 ） 上傳、 11 下載功能 ,更可以用于實現(xiàn)對整個網(wǎng)站結(jié)構(gòu)的控制和管理。如自動生成網(wǎng)站架構(gòu)圖、檢查網(wǎng)站錯誤鏈接等。 Dream weaver徹底地將內(nèi)容與設(shè)計完全分開 ,應(yīng)用于快速網(wǎng)頁更新 ,更加適合于團隊合作 （ term） 網(wǎng)頁編輯。創(chuàng)建網(wǎng)頁外觀的模板 , 指定可編輯或不可編輯的部分 , 內(nèi)容采編者可直接編輯以樣式為主的內(nèi)容卻不會因為不慎而改變定制好的樣式。你也可以使用模板正確地輸入或輸出 XTML內(nèi)容。 Macromedia Fireworks MX 2020 及其特點 Fireworks是優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)圖形、圖像制作軟件 ,用該軟件可方便地繪制與編輯矢量圖形 ,為其設(shè)置填充圖案、邊線形式及效果 ,對圖像或選區(qū)進行變形等。更為重要的是 ,它還具有諸多專門用于處理網(wǎng)絡(luò)圖像的特性。 Fireworks綜合了矢量作圖軟件和位圖編輯軟件的優(yōu)點，不需要借助其它軟件就可以完成全部 Web圖形的制作工作。具體表現(xiàn)在： (1) 支持?jǐn)?shù)字相機和掃描儀；支持所有主流圖像文件格式；可同時打開多個文件。 (2) 專業(yè)的矢量作圖工具，并能隨時切換到位圖編輯狀態(tài)；可以在對象模式和圖像模式之間自由轉(zhuǎn)換。 (3) 可使用填充、漸變、陰影等編輯方式，可選擇各種風(fēng)格和特效，也可調(diào)用Photoshop中的插件。 (4) 專業(yè)的動畫制作環(huán)境，支持層和幀， 支持“洋蔥脫皮”、“幀間過渡”等動畫技術(shù)，支持可重復(fù)使用的 Symbol和 Instance，并可對每一幀進行優(yōu)化，因而可以制作出文件較小但變化多端的 GIF動畫。 (5) 在文字處理上應(yīng)用單字符風(fēng)格控制技術(shù)，精確到可以在一個文本框里改變每個字符的顏色。同時文本在任何時候都可編輯。 (6) 自動選擇安全的調(diào)色板， 并可以鎖定特定顏色；對 GIF和 JPEG圖像自由優(yōu)化 ，可即時在預(yù)覽窗口或指定的瀏覽器預(yù)覽圖像效果。 Fireworks最大的優(yōu)點在于為網(wǎng)頁設(shè)計提供了一個獨立的、自足的環(huán)境，使網(wǎng)頁的創(chuàng)建、維護、修改、更新變得非常簡單，從而大大提高了工作效率。 12 Access 及其特點 Access是 Office辦公套件中一個極為重要的組成部分。 Access是一種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，不但能存儲和管理數(shù)據(jù)，還能編寫數(shù)據(jù)庫管理軟件，用戶可以通過 Access提供的開發(fā)環(huán)境及工具方便地構(gòu)建數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序，大部分是直觀的可視化的操作，無需編寫程序代碼，是一種使用方便、功能較強 的數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具。 Access不僅是一個數(shù)據(jù)庫，而且它具有強大的數(shù)據(jù)管理功能，它可以方便地利用各種數(shù)據(jù)源，生成窗體（表單），查詢，報表和應(yīng)用程序等。 數(shù)據(jù)庫是有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)集合 ,它與一般的數(shù)據(jù)文件不同，是一串文字或數(shù)字流。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可以是文字、 圖像 、聲音等。 Access 數(shù)據(jù)庫由六種對象組成，它們是表、查詢、窗體、報表、宏和模塊。 (1) 表 （ Table） 表是數(shù)據(jù)庫的基本對象，是創(chuàng)建其他 5種對象的基礎(chǔ)。表由記錄組成，記錄由字段組成，表用來存貯數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，故又稱數(shù)據(jù)表。 (2) 查詢 （ Query） 查詢可以按索引快速查找到需要的記錄，按要求篩選記錄并能連接若干個表的字段組成新表。 (3) 窗體 （ Form） 窗體提供了一種方便的瀏覽、輸入及更改數(shù)據(jù)的窗口。還可以創(chuàng)建子窗體顯示相關(guān)聯(lián)的表的內(nèi)容。窗體也稱表單。 (4) 報表 （ Report） 報表的功能是將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)分類匯總，然后打印出來，以便分析。 (5) 宏 （ Macro） 宏相當(dāng)于 DOS中的批處理，用來自動執(zhí)行一系列操作。 Access列出了一些常用的操作供用戶選擇，使用起來十分方便。 (6) 模塊 （ Module） 模塊的功能與宏類似，但它定義的操作比宏 更精細(xì)和復(fù)雜，用戶可以根據(jù)自己的需要編寫程序。模塊使用 Visual Basic編程 。 前臺 網(wǎng)站 的設(shè)計與構(gòu)建 基于 Web的虛擬實驗室的網(wǎng)站要求界面友好，信息量大，用戶使用方便，功能強大。 因此，對虛擬 實驗室的網(wǎng)站系統(tǒng)的建設(shè)，很重要的一步就是網(wǎng)站整體風(fēng)格的設(shè)計與制作。 首先，作為內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)一個校級工科實驗室的網(wǎng)站，不能像一些個人網(wǎng)站那樣花哨、個性，而應(yīng)該穩(wěn)重、大方 。 既要表現(xiàn)出學(xué)校深厚的文化底蘊，又要體現(xiàn)孜孜不倦、追求真理的工科實驗精神。 13 其次，基于 Web的虛擬實驗室畢竟是新興事物，在網(wǎng)站的風(fēng)格定位上 ，又要體現(xiàn)出創(chuàng)新、活潑的整體感覺。 最后，因為基于 Web的虛擬實驗室中的很多實驗室要求學(xué)生在自己的電腦上通過網(wǎng)絡(luò)自己完成的，這就決定了網(wǎng)站既要內(nèi)容豐富，又要有很強的指導(dǎo)性和服務(wù)性，力圖做到每個實驗都能讓訪問者很快找到，每個實驗過程都有明確清楚的說明，每個實驗要求都表述的完整清楚。 在進一步的設(shè)計中，我會基于以上幾點認(rèn)真考慮，為網(wǎng)站建立統(tǒng)一的整體風(fēng)格。另外，統(tǒng)一網(wǎng)站的文件系統(tǒng)也是我的任務(wù)之一。這就是在建立了統(tǒng)一的網(wǎng)站風(fēng)格的基礎(chǔ)上，把網(wǎng)站相關(guān)的文件也進行整理與歸納，便于后續(xù)管理。 （一）網(wǎng)站主頁 網(wǎng)站的主頁的設(shè) 計是非常重要的，主頁代表這整個的網(wǎng)站風(fēng)格，不但整體要簡潔明了 、 功能要齊全完善而且所占空間不能太大，否則影響打開速度。 打開 網(wǎng)站主頁后，如果想進行進一步的操作就必須登陸。 圖 網(wǎng)站主頁 （二）網(wǎng)站用戶管理系統(tǒng) 基于 Web的虛擬實驗室用戶管理系統(tǒng)共有三類用戶：超級管理員用戶、管理員用戶、普通用戶。用戶管理包括用戶登陸注冊時的注冊資料管理，用戶留言板的管理，用戶權(quán)限設(shè)置以及用戶操作信息管理。 14 圖 管理員頁面 (1) 超級管理員用戶由系統(tǒng)幫助其注冊。點擊管理員登陸按鈕進入登陸頁面， 根據(jù)填寫的用戶 名、 密碼分別進入 超級 管理員 和管理員 頁 面 。 （頁面相同功能不同） 功能：添加普通管理員；管理注冊用戶信息和留言板信息。 (2) 普通管理員用戶通過 系統(tǒng)或超級管理員用戶幫其注冊 。 功能：管理注冊用戶信息和留言板信息。 圖 管理注冊用戶信息 顯示 頁面 管理注冊用戶信息頁面可以對已經(jīng)注冊的用戶 信息 進行編輯和刪除功能。 15 圖 管理留言板頁面 管理留言板信息頁面可以對用戶的留言進行編輯、刪除和回復(fù)功能。 (3) 學(xué)生用戶通過實驗室網(wǎng)站注冊。點擊登陸進入登陸頁面，認(rèn)真填寫正確的用戶名和密碼登陸后進入首頁。 圖 網(wǎng)站注冊頁面 16 圖 網(wǎng)站 登陸 頁面 圖 網(wǎng)站首頁 功能：直接進行首頁上的各種操作。如 ： 試驗 、 留言 、 相關(guān)資源下載 、 查看幫助中心 以及修改個人資料等 。 （三）網(wǎng)站留言板系統(tǒng) 在 基于 Web的虛擬實驗室 網(wǎng)站上建立留言 板 ，是想將訪問者的意見、建議、心得 17 體會等信息記錄下來，提供給其它 訪問者瀏覽、觀看，同時可以進行實時在線答疑，解決同學(xué)們實驗中可能遇到的各種問題，方便老師與同學(xué)的互動與交流。留言 板 的主要任務(wù)是向訪問者提供給網(wǎng)站留言的功能，故需要提供一個接受用戶輸入留言信息的表單，為將用戶 的留言信息保存下來，需設(shè)計相應(yīng)的存儲留言信息的數(shù)據(jù)庫表。此外，留言 板