[發明專利]虛擬物理實驗系統及其搭建方法

在審

• 申請號: 201710462627.2
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107067897A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 郝軍華;王思思
• 申請（專利權）人: 天津大學仁愛學院
• 主分類號: G09B23/06
• 分類號: G09B23/06;G09B5/02
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙)13123
• 代理人: 張明月

技術領域

本發明涉及一種虛擬物理實驗系統及其搭建方法，屬于教學輔助系統技術領域。

背景技術

大學物理實驗課程是理工科學生系統學習實驗方法，培養科學實驗能力的一門主要的基礎課程。然而在實際教學過程，一方面，由于學時有限，教師在課程講授中對實驗原理和操作方法的講解往往無法完全深入展開；另一方面，學生通過課前預習只能了解一些原理方面的知識，無法結合實際進行直觀比較，尤其對一些較復雜和精密的實驗儀器在實驗中的使用，學生更是連儀器的設計原理和運行機理也無法理解。這樣，學生往往在老師設計好的實驗條件下完成實驗，并沒有掌握實驗的設計思想、實驗方法和應有的實驗技能，嚴重影響課堂教學效果。因此，使學生切實理解實驗原理，并在此基礎上熟練掌握操作方法，對于提高學生實驗課程學習效率，進而提升實驗課程教學效果是十分重要的。

一個可行的方案就是給學生提供一套虛擬實驗系統，幫助他們進行課前預習、課上演示操作以及課后復習。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是提供一種虛擬物理實驗系統及其搭建方法，幫助學生進行課前預習、課上演示操作以及課后復習，提高學生實驗課程學習效率，進而提升實驗課程教學效果。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種虛擬物理實驗系統，包括供用戶操作的人機交互界面和與人機交互界面關聯的內部程序結構，內部程序結構包括通過虛擬儀器開發平臺按照物理原理及物理參數編寫的用以控制人機交互界面動作的語言程序。

本發明技術方案的進一步改進在于：人機交互界面包括若干部件，部件為真實儀器儀表的照片，或者部件為通過虛擬儀器開發平臺中的控件將真實儀器儀表中的待替換部位進行替換處理后的真實儀器儀表的照片。

本發明技術方案的進一步改進在于：待替換部位包括但不限于旋鈕、按鈕、開關、顯示屏、指針、刻度、探頭中的一種或多種，也可以是真實儀器儀表其他有可能涉及到的組成構件，虛擬儀器開發平臺為LabVIEW。

一種虛擬物理實驗系統的搭建方法，包括如下步驟：

步驟A、獲取真實儀器儀表的照片，通過作圖軟件將其中的待替換部位去掉，然后用虛擬儀器開發平臺中的控件進行替換；

步驟B、按照真實儀器儀表的量程，利用順序結構給所有控件設置初始值；

步驟C、利用事件結構對具有旋轉功能的控件編寫累加程序，以實現真實儀器儀表的旋轉功能；

步驟D、當具有旋轉功能的控件在不同位置時，根據相應的物理原理利用循環結構寫入相應的公式節點，然后利用條件結構，得出相應的結果，并進行人機交互界面顯示；

步驟E、對顯示的人機交互界面進行美化，以和真實儀器儀表一致；

步驟F、生成可執行文件進行發布。

本發明技術方案的進一步改進在于：步驟A中待替換部位包括旋鈕、按鈕、開關、顯示屏、指針、刻度、探頭中的一種或多種，作圖軟件為photoshop、美圖秀秀或CorelDRAW，虛擬儀器開發平臺為LabVIEW8.5軟件。

本發明技術方案的進一步改進在于：步驟A中還可以將控件用真實儀器儀表的照片替代，并通過語言程序使其具有移動、調節的功能。以雙棱鏡干涉測波長實驗為例，用水平滑動桿作為軌道，可以將軌道上的滑塊替換為采用真實照片的透鏡，然后利用語言程序實現透鏡在軌道上的左右滑動，使實驗更形象、直觀并兼具美觀的功效。

本發明技術方案的進一步改進在于：可執行文件包括.exe文件和/或.install文件。

由于采用了上述技術方案，本發明取得的技術進步是：

虛擬儀器開發平臺選用的是LabVIEW軟件，版本為8.5或其他。LabVIEW軟件具有廣闊的應用前景，且操作便利性好，利用LabVIEW軟件制作多個虛擬物理實驗系統，貫穿整個實驗過程。即在實驗前，學生通過虛擬物理實驗系統，直觀了解和熟悉實驗的原理、步驟及操作方法，達到充分預習；在實驗中，教師結合虛擬物理實驗系統講解實驗，提高課程的生動性；在實驗后，學生利用虛擬物理實驗系統復習實驗，加深對實驗項目的理解。

使學生在做實驗之前，對照著預習報告，在計算機上利用虛擬物理實驗系統進行操作，不僅縮短學生認知實驗儀器的距離，同時可避免損壞實驗設備。

本虛擬物理實驗系統的搭建方法，簡單直觀、易于上手、便于操作，只要擅長順序結構、事件結構、循環結構、條件結構等結構語句，能夠按照物理原理及物理參數編寫用以控制人機交互界面動作的語言程序即可，并不影響編寫人員的其他工作。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的人機交互界面；