计算机专业硬件类课程内容包括电路原理、模拟电路和数字逻辑等，大部分都是计算机专业本科生的专业核心课程。硬件类课程理论严密、逻辑性强，它对提高学生分析与解决实际硬件中问题的能力有十分重要的作用，同时应用性也很强，是学生将来解决计算机相关的实际工程问题的基础。计算机类专业开设硬件类课程与电工电子专业的要求稍有不同，学生既要比较熟练地掌握电工电子技术的方法和应用，又不要求深入研究，同时，它对分析与设计都有一定的要求，以便掌握计算机相关硬件知识和从事计算机接口电路的分析与设计。
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但是，在传统硬件类课程理论教学中，只是通过教授基础知识和讲解例题，达到学生对这门课理解的目的，会让学生觉得过于抽象。而在硬件类课程的实验教学中，一直使用的传统的实验方式，即主要基于电力电子实验平台，利用各种电表、双踪示波器及电路板，按照教师设计好的电路，连接导线、搭建电路，按照实验题目对电路的响应进行分析，这样的实验方法虽然直观，但是也存在一些弊端：(1)在实际的实验中，由于实验仪器设备的使用损耗，及实验元件的坏旧，教师设计好的实验题目的具体实现受到一定的影响，往往出现在实验课堂上需要临时改动实验设计。(2)在实际操作中，实验设备的老化也会使得实验结果不准确甚至出现异常情况，使得实验教学的效果变差，而且影响了学生对知识的直观学习和理解。(3)在电力电子技术实验中，教师和学生都是直接接触实验平台的，且正常使用的都是220V电源，如果对实验仪器设备检查不及时，会给使用者带来一定的危险性。(4)由于学生在实验中难免会因为误操作而损坏一些元器件，也会造成学校经费的不小的浪费。
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所以，针对计算机专业的特点，建设硬件类课程虚拟实验平台是对传统教学的改革，是对新的教学方式的探索。我们可以通过借鉴已有的对虚拟实验平台系统的研究和建设经验[3-6]，设计出符合计算机专业特色的硬件类课程的虚拟实验平台系统，使得计算机专业学生大大提高对硬件类课程的学习兴趣和学习效果。
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1 计算机专业硬件类课程虚拟实验平台建设目标
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计算机类专业硬件类课程虚拟实验平台建设不仅是为硬件类课程理论课和实验课教学服务，而且可以方便师生的随时的学习、交流及课业管理。具体来说，包括：
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1)辅助理论课教学。教师在上理论课时可以在教室里登录虚拟实验平台，结合实验软件进行演示，可以取得更好的课程讲解效果;学生只要利用联网的电脑，通过学习计算机类专业硬件类课程虚拟实验平台图形界面的使用，并熟悉模块库的内容，就可以方便地进行仿真实验，并通过实验平台提出疑问和上传实验报告。
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2)提高实验课效率和质量。在传统硬件电路实验的基础上，将虚拟实验软件例如Multisim仿真]等引入到硬件类课程虚拟实验平台中。通过登录虚拟实验平台系统，老师可以对学生实验情况进行实时观察、答疑、批改实验报告，并在虚拟实验平台系统中给出学生成绩。虚拟实验平台不仅能够解决传统硬件类实验课程的弊端，并且具有控制功能强大、方便快捷的优势。
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3)方便师生交互、激发学生学习热情。虚拟实验平台具有即时交流的功能,学生可以随时登陆虚拟实验平台系统中,把问题放在交流讨论空间中,而教师看到就可以随时进行解答。这种交流方式可以大大激发学生的学习热情。
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2 硬件类课程虚拟实验平台构建
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计算机专业硬件类课程虚拟实验平台既要满足现有的实验课程的所有功能，又要具有更多的扩展功能。在教学方面，教师在教室里进行理论教学时也可以随时登录虚拟实验平台进行实时操作演示，从而实现对理论课教学的互补，并且该平台不仅可以集成现有的虚拟实验课程，而且能够扩展以后开设的新的课程;对教师而言，能够方便地在此平台上进行虚拟实验准备、对学生实验进行管理，和学生进行互动交流;对学生而言，使用该平台不仅可以进行对实验的自学，而且随时随地可以进行实验操作练习。总的来说，计算机专业硬件类课程虚拟实验平台的设计需要遵循集成性、可扩展性、共享性、操作性强及使用安全等原则。虚拟实验平台可以通过C/S的体系结构，利用Visual C++进行集成开发。下面，本文将详细介绍该硬件类课程虚拟实验平台架构和功能。
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2.1 硬件类课程虚拟实验平台构成
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网络管理系统包括”系统管理模块”、”用户管理模块”和”平台外置接口”三部分。其中，”系统管理模块”主要管理虚拟实验平台网站。”用户管理模块”主要管理用户权限、用户信息和用户访问记录等，教师通过”用户管理模块”可以获得高权限的管理资格，从而再通过”虚拟实验课系统”可以进行虚拟实验的设置和准备等，学生通过”用户管理模块”可以获得较低权限的访问资格，可以访问虚拟实验课程系统，进行相关学习和操作，也可以通过该虚拟实验平台和教师进行交流互动。而”平台外置接口”可以实现对其他院系或机构虚拟实验资源的链接，更加方便师生的学习，而本校或外校师生如果获得访问权限，可以随时随地访问该虚拟实验平台。
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数据库系统包括”教师课程管理”、”学生作业管理”和”系统安全管理”三个部分。任课教师通过”教师课程管理”模块可以管理历年所上课程的相关资料，包括多媒体课件、教辅材料、实验指导书、实验考核等。而选课的学生则可以通过虚拟实验平台上传虚拟实验完成后生成的实验报告或作业等到”学生作业管理”数据库中。”系统安全管理”可以完成对用户的创建、修改，对教师提供较高的管理和实验权限，教师可以管理学生上传的相关作业及报告，对学生提供较低的管理和实验权限，学生可以管理自己课程的作业和报告，可以在交流讨论空间对教师提问。此外，”系统安全管理”旨在采取必要维的技术和措施来维护系统安全，防止来自外界和内部对系统的破坏，主要体现在：用户必须通过用户名和密码才能登录虚拟实验平台系统，这样可以拒绝非法访问者的进人;对于正当的用户，如果出现了不当操作，也要及时中止;定时维护和更新系统软件和硬件，对进入系统的用户，首先进行正当操作介绍，对于下载平台中的资料的要求，需要其提出申请。
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虚拟实验课系统是计算机专业硬件类课程虚拟实验平台的核心，网络管理系统和数据库系统都是对其支撑和服务的。我们按照现有的课程设置对虚拟实验课系统进行了设计，分为电路基础虚拟实验、模拟电路虚拟实验、数字逻辑虚拟实验等硬件课程的虚拟实验。该子系统具有良好的扩展性，如果以后开设新的硬件类课程，则在此子系统中随时进行扩充即可。进入每门硬件课程的虚拟实验空间，就像进入一个独立的实验室，虚拟实验课会模拟真实的实验课堂，教师可以在虚拟实验室中对实验课程进行管理，对实验课进行详细的布置、介绍，对学生实验报告进行审阅，对学生提问可以及时反馈。
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2.2 虚拟实验课子系统功能
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虚拟实验课子系统是硬件类课程虚拟实验平台的核心，建立功能完善、便于维护、更新和扩展的虚拟实验课子系统关系到整个硬件类课程虚拟实验平台的教学效果。总的来说，虚拟实验课子系统要遵循实时性、交互性、易于扩充和维护的原则去设计，并且虚拟实验课要按照教师引导、学生主导的启发式的方式教学。
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每个虚拟实验子系统即每个虚拟实验课上要求实验环境中的实验仪器的操作与真实设备的操作相似，实验过程、实验现象要与实际相符，并要求虚拟实验平台反应灵敏，搭建电路、接通虚拟电源并打开测量仪器开关后，可以立即读取待测量数据，立即观察到电路的变化，这样，学生在虚拟实验平台上进行学习才可以得到与传统实验实物操作过程一样的观察和反馈结果。
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教师可以通过”虚拟实验管理”模块对虚拟实验课堂进行布置，主要是对实验前的准备、实验原理、实验步骤指导等，也包括设置实验要求、对学生实验的实时查看等。”虚拟实验操作”就是虚拟实验具体操作空间，使用者可以用虚拟实验操作空间里的仿真软件如Multisim软件进行仿真实验。在这个虚拟实验环境中，学生可以按照实验目的和要求，进行实验电路的搭建，通过虚拟仪器，对电路进行测试。对实验操作和实验内容或原理不熟悉的学生可以同时结合”多媒体课件学习”模块进行学习，使得虚拟实验操作同传统实验课上一样，将实验和多媒体教学结合起来。学生利用各种虚拟仪器仪表和虚拟元件搭建电路，可以得到仿真结果，学生结束实验后，可以在实验平台中将实验结果进行保存，并可以写上实验分析等生成最终标准的电子实验作业或报告。通过”教师实验评阅”模块，教师可以审阅学生实验作业或报告，通过系统对学生打分并录入系统中。同传统实验课堂一样，虚拟实验课堂同样可以进行学生提问、教师解答及交流讨论，这些都可以通过”交流讨论空间”模块实现。
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2.3 虚拟实验课教学思路
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虚拟实验本身是新颖的教学模式，其教学方式应该吸收传统实践教学的经验，不仅在虚拟实验内容设计上要兼顾到实验环境的可行性和实验方法、步骤的科学性，而且要给学生更大的尝试空间，积极锻炼学生的分析问题解决问题的能力，从高效的虚拟实验平台上得到更大的提高。总的来说，采用教师引导、学生主导的启发式的虚拟实验教学思路。针对这点，我们可以考虑按照如下进行教学设计。
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2.3.1″实验—结论—问题—讨论—实验”的教学模式
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硬件类实验是应用性很强的实践课程，也与计算机软件体系紧密联系。在虚拟实验教学中，可以采用”实验—结论—问题—讨论—实验”的模式，这种启发式实验教学方法，不仅可以巩固学生的理论知识，而且可以培养学生解决实际问题的能力，从”讨论”环节启发他们解决问题的思路，从而变被动为主动，去积极地探索新的知识，找到解决问题的途径，从而实现教师引导，学生主导，激发学生对虚拟实验和硬件类课程的浓厚兴趣。
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2.3.2″基础性实验→验证性实验→设计性实验→综合性实验→创新性实验”的实验内容设计
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由于受到有限仪器设备的约束，传统实验教学往往是全班同学做同一个实验，且实验项目连续若干年改动不大。而虚拟实验不用受此约束，教师可以设计更丰富的实验题目，采用更多样的实验设备及元器件。在实验内容设计上，可以按照”基础性实验→验证性实验→设计性实验→综合性实验→创新性实验”的方式。这样的实验教学方式非常科学，遵循了由浅入深、由易到难的方式，循序渐进地提高学生的学习和钻研的能力，并积极鼓励学生基于虚拟实验平台，根据自己的兴趣爱好，大胆提出并验证自己的实验设计方案，引导和支持他们开展有意义的实验研究。这种实验设计和培养方式，有利于培养学生创新的兴趣和科研能力。
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3 结束语
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设计科学合理的、交互强的、便于维护和更新的计算机专业硬件类课程虚拟实验平台能够避免真实电路电子实验的诸多弊端，不仅大大节省了教学成本，而且虚拟实验操作快捷高效，可以提高学生的学习效率。虚拟实验教学采用启发式的教学模式，结合便捷的虚拟实验平台，势必成为理论课程教学的良好补充，是今后教学发展的趋势所在。然而目前虚拟实验平台的设计依然不够完善，建设功能强大、操作灵活、对实物实验扬长避短的计算机硬件类虚拟实验平台是我们努力的方向。