高校《数字逻辑》虚拟实验教学系统的构建

高校《数字逻辑》虚拟实验教学系统的构建

郭同柱

郭同柱（安徽理工大学计算机科学与工程学院）

摘要：本文分析了高校传统《数字逻辑》实验教学的局限性，提出了一种利用Web技术和EDA仿真技术构建的虚拟实验教学系统，有效地解决了传统《数字逻辑》实验教学的种种弊端，对提高实验教学效果和培养学生实验素质能起到明显的促进作用。

关键词：虚拟试验Web技术EDA仿真技术

0引言

随着科学技术的发展，教学手段实时更新，利用虚拟实验系统进行实验教学是目前实验教学中采用的一种新型的教学模式。传统的《数字逻辑》实验教学在许多方面都滞后于形势的发展，成为教育现代化和创新人才培养的阻力。EDA仿真技术在进入21世纪后，得到了很大的发展，同时也冲击和改变着传统的《数字逻辑》实验教学，给提高《数字逻辑》实验教学的质量和创新人才的培养带来了新的机遇。

1传统《数字逻辑》实验教学的局限性

《数字逻辑》实验教学目的是让学生掌握掌握数字逻辑电路基本概念、基本理论、基本方法，巩固理论教学成果，同时培养学生系统设计的能力、自主开发能力和创新能力。但由于传统的教学模式存在一定的局限性，从而影响了实验教学的效果，主要表现在如下几个方面：

1.1过分强调实验结果，而忽略了学生自主设计的过程。在传统实验的过程中，很多学生只是机械的按照实验指导书上的电路图连线，不能自主地参与到设计中去，从而造成了知其然而不知其所以然的情况。

1.2对于一些较复杂的实验，学生需要投人大部分的精力和时间进行电路连接和线路的检查，而用于对实验出现的问题进行分析、解决的时间明显不足，实验效果不理想，不利于学生从实验整体上进行把握。

1.3实验室储备的电子元器件有限，无法满足各种电路的设计和试验要求，实验的规模有限，从而限制了学生自主开发能力和创新能力。

由于传统实验教学以上的弊端，建立《数字逻辑》虚拟实验教学系统就成为必然。

2《数字逻辑》虚拟实验教学系统的构建

虚拟实验利用虚拟现实技术，根据物理性的实验原理，在计算机软件平台上实现对实验器材、实验过程及实验结果等信息的模拟，使其产生在功能、行为和感官等特性方面与实际物理性实验尽可能相同的效果，是目前一种新型的实验教学模式。针对《数字逻辑》实验教学的特点，笔者给出了一种基于Web技术和EDA仿真技术的《数字逻辑》虚拟实验教学系统。

2.1利用Web技术建立虚拟实验室虚拟实验室(VirtualLaboratory)概念是由美国弗吉尼亚大学的威廉·沃尔夫(WilliamWolf)教授于1989年首先提出的，它描述了一个基于网络通信技术和多媒体仿真技术的虚拟实验室环境。基于Web技术建立的虚拟实验室，突破了空间和时间的限制，为学生创造了一个开放友好的实验平台，还极大方便了资源共享和信息交流，使实验内容更丰富，实验更高效。笔者根据实际教学经验设计了虚拟实验室，该实验室不仅提供虚拟实验教学涉及的资料以及难点提示等，同时注重学生与老师之间的交流，从而使实验达到很好的效果。

2.2利用EDA仿真技术进行实验EDA是电子自动化(ElectronicDesignAutomation)的缩写，是现代电子设计技术的核心，EDA技术是依托强大的计算机，在EDA工具软件平台上，完成逻辑设计、逻辑编译、逻辑简化、逻辑分割、逻辑综合、结构综合及优化和仿真测试，实现所有系统设计的要求。

在传统《数字逻辑》实验教学中，受元器件的影响，实验规模有限，同时器件翻新和淘汰十分迅速，造成了实验室器件跟不上时代的发展，而EDA技术具有数以万计的元器件和各类精度极高的虚拟仪器仪表，给学生提供了广阔的设计资源，学生的设计能真正做到随心所欲、百花齐放，有效的提高了学生自主动手能力和创新能力。

EDA仿真技术常用的软件平台是MAXPLUSII，学生可以使用MAXPLUSII来进行仿真设计，而设计图、程序代码、波形图等可以传到基于Web的虚拟实验室里供教师检查，这样EDA仿真设计和虚拟实验室就构成了一个完整的《数字逻辑》虚拟实验教学系统

3数字逻辑虚拟实验教学评价

在传统的数字逻辑实验教学评价中，对学生实验评价的指标过于单一，过分依赖于学生的实验文档；而在虚拟实验系统教学评价中，教师除了评价学生的实验文档，分析实验操作的逻辑性、完整性之外，还将学员在虚拟教室里参与的情况纳入评价范畴来考虑，比如学员参与讨论的次数、与其他同学网上协作的情况、与教师互动的状况等，虚拟实验系统对虚拟试验教学的全过程实现了自动记录和控制，这就为虚拟实验教学效果的评价提供了很好的客观依据。

4结束语

利用Web技术和EDA仿真技术构建《数字逻辑》虚拟实验教学系统，克服了传统实验模式的局限性，给学生提供了一个广阔、开放的实验平台，在加深学生对这门课理论知识掌握的同时，极大地锻炼了学生的交流能力、动手能力和创新能力，有益于全面提高了学生的实验素质。

参考文献：

[1]张晓晖，杜学东.EDA仿真技术在《数字逻辑》实验教学中的应用.科技信息.2008.26（20）：220-221.

[2]曾芬芳.虚拟现实技术[M].上海交通大学出版社.1997.

[3]王诗兵，陈蕴.浅谈数字逻辑实验教学改革.阜阳师范学院学报(自然科学版).2004.21（1）:69-70.