基于VB 和Flash的热处理虚拟实验室设计

2013-09-13高运奎李召华

机电产品开发与创新 2013年3期

高运奎，李召华

（空军第一航空学院，河南信阳 464000）

0 引言

热处理实习是机械类相关专业的基础课程，是热处理专业的核心课程。在工科教学中有着举足轻重的作用。热处理实验相关实验科目，除了硬度计使用的实验比较节约时间外，其余的实验科目都要经过长时间的加热、冷却过程，对时间和能源的消耗都是非常巨大的。采用建设虚拟实验室的方法，可以有效解决热处理实验等待时间过长、耗费能源较多的问题，虚拟实验室即可作为主要实习手段，也可作为实验教学的辅助手段进行应用，同时也可以作为学生自学的有效工具。

1 概述

1.1 虚拟实验室

虚拟实验室VL（Virtual Laboratory）也称为合作实验室，最早由美国弗吉尼亚大学的William·Wolf 教授在1989年提出[1]。最初的虚拟实验室的概念是基于网络的一种可彼此共享数据和仪器、交流思想和远程协作的一个网络平台。现在意义上的虚拟实验室，统指以计算机为平台，以各种开发工具为依托，能够实现交互功能的系统。虚拟实验室应具有经济性、安全性、共享性、开发性等特点，在科研、教学、商业等领域得到了广泛的应用。用于虚拟实验室开发的工具很多，包括VRML、3DMAX、Quicktime VR、MAYA、Java 和Flash 等。本文利用VB 和Flash 相结合的方法实现热处理虚拟实验室的开发。

1.2 VB 技术

VB[2]（Visual Basic）是一种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，可用于开发Windows 环境下的各类应用程序。它简单易学、效率高，且功能强大可以与 Windows 专业开发工具SDK 相媲美。在Visual Basic 环境下，利用事件驱动的编程机制、新颖易用的可视化设计工具，使用Windows 内部的广泛应用程序接口（API）函数，动态链接库（DLL）、对象的链接与嵌入（OLE）、开放式数据连接（ODBC）等技术，可以高效、快速地开发Windows 环境下功能强大、图形界面丰富的应用软件系统。

1.3 Flash 技术

Flash[3]是交互式矢量图和Web 动画的标准，2005年Adobe 耗资34 亿美元并购Macromedia。Flash 中，嵌入的遵循ECMAScript 标准面向对象的Actionscript，使得flash 能够实现复杂的交互行为。它通过帧、层、元件、影片剪辑、场景等一系列组合，集成图形、声音、动画、影像文件等各种多媒体素材，制作出交互性强、文件体积小、易于在网络上传播的动画作品。

2 总体设计

2.1 设计目标

热处理虚拟实验室的主要设计目标是搭建一个基计算机的虚拟实验室平台，通过数据库技术及计算机网络技术的使用，将实验资源在计算机上虚拟化。学生可以利用计算机，在此平台上自主选择需要进行的热处理实验项目。

在教学设计方面，学生在学习理论知识的基础上，熟悉实验设备的使用方法，通过实践环节，加深对理论的认识与理解，增强动手实践能力，夯实学生的操作技能，增强学生自主学习能力与实践操作能力，发挥学生的主观能动性，提高学习效率。

2.2 开发环境

本虚拟实验室是基于VB的虚拟实验平台，硬件设备包括作为客户端的一台普通PC 机和一台服务器。考虑到今后虚拟实验室功能的扩充，采用了模块式开发方法，虚拟实验室系统具备教师及学生的注册、登录功能，此外，平台还具有评分、记录实验成绩，查看、修改成绩等功能。

本实验系统的开发，综合运用了VB 技术、Flash 技术、Web 技术、平面技术、三维建模技术和数据库技术。使用了多种开发工具，如VB、Flash、Photoshop、SQL Server 2000、CATIA 等。

2.3 系统结构

虚拟实验室依据 “金属材料及热处里”课程实验的要求进行开发，分为登录、演示、实验三大模块。虚拟实验项目共包括硬度计使用、退火、正火、淬火和回火五大部分。其中，退火、正火、淬火和回火可选择不同的材料进行实验。在演示模块，按照实验步骤提示学生完成实验；在实验模块由学生自主完成实验，如果实验步骤出错，将提示错误信息，并扣除部分实验分数，实验完成后，系统自动给出实验成绩。如图1所示。

图1 热处理虚拟实验系统结构Fig.1 The structure of virtual heat treatment laboratory

3 开发过程

3.1 登陆模块设计

进入虚拟实验室，需要先登录，通过数据库系统核实身份后，才能登陆到虚拟实验系统平台。用户登录界面如图2所示。首先要选择用户身份，可分为教师和学生两种不同的身份进行登陆。以教师身份登陆后，可以对学生进行管理，比如分配用户名和原始密码等。用户登陆后，可对初始密码等个人信息进行更改。此外，还增加了用户注册功能，可供非系统用户进入系统。

图2 用户登陆界面Fig.2 The interface for user login

3.2 演示模块设计

演示模块在虚拟实验室中扮演 “教师”的角色，通过电脑提示学生操作，起到电脑自主教学的作用，学生根据电脑提示完成实验操作。首先利用Flash 软件，采用逐帧动画的方式完成单个实验的制作，利用VB 中的Shockwave Flash 控件，将Flash 文件嵌入VB 中，在VB通过下拉式菜单实现对实验科目的管理，如图3所示。

3.3 实验模块设计

在实验模块通过下拉式菜单来管理实验科目。如图4所示。每个实验科目都分为设备选择、材料选择、操作、实验报告四个栏目，设备和材料的选择通过列表框实现，如图5所示。在实验操作栏目，每一步的操作都利用Flash 来实现，如果出错Flash 将自动关闭，通过判断Flash 插件是否关闭，来判断操作是否正确；如果插件关闭则提示错误信息和扣分情况，如果操作正确则继续下一步，操作到最后一步，提示已完成操作。完成操作后，进入实验报告栏目，填写实验报告，并点击提交，实验报告将自动提交给服务器和本机指定目录。