用于电气工程教学的虚拟试验方法、系统及电子设备与流程

1.本发明涉及教育技术领域，尤其涉及一种用于电气工程教学的虚拟试验方法、系统及电子设备。


背景技术：

2.电气工程专业课程教学中，电磁场与微波试验是十分重要的实践性教学环节。在教学环节中，学生可以通过动手试验，更好地理解电磁波的基本特性、电磁场与电磁波的形态等理论知识。
3.随着学生规模不断增长，使得试验教学环节所使用的硬件无法匹配实际教学的需求，试验教学环节无法得到有效保障。
4.相关技术中，可以通过在虚拟试验系统上观看统一的教学演示来降低试验对硬件的需求，但是，无法满足老师对学生教学的个性化需求。


技术实现要素：

5.为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种用于电气工程教学的虚拟试验方法、系统及电子设备，所述试验方法可以根据学生的不同展示不同的试验项目，并能够根据学生对参数配置信息的调整实时更新试验结果，满足了老师在教学中对学生的个性化需求。
6.本发明第一方面提供了一种用于电气工程教学的虚拟试验方法，包括：
7.当确认学生端登录虚拟试验系统成功后，将试验项目信息展示在所述虚拟试验系统的第一展示界面中；其中，所述试验项目信息为与所述学生端的学生信息匹配的电气工程试验项目信息；
8.当所述第一展示界面中任一试验项目信息被选中时，在所述虚拟试验系统的第二展示界面中展示选中的试验项目信息所对应的参数配置信息以及试验结果；其中，所述试验结果能够根据所述参数配置信息的变化而实时更新。
9.在一些实施例中，所述将试验项目信息展示在所述虚拟试验系统的第一展示界面中具体包括：
10.获得所述学生端的学生信息；
11.确定与所述学生信息匹配的试验模板；
12.依据所述试验模板确定可展示的试验项目信息；
13.将至少一个所述可展示的试验项目信息展示在所述虚拟试验系统的第一展示界面中。
14.在一些实施例中，所述在所述虚拟试验系统的第二展示界面中展示选中的试验项目信息所对应的参数配置信息以及试验结果具体包括：
15.确定所述试验模板中与选中的试验项目信息所匹配的参数配置信息；
16.计算与所述参数配置信息相对应的试验结果；
17.将所述试验结果展示在所述虚拟试验系统的第二展示界面中。
18.在一些实施例中，所述参数配置信息具体包括：可配置参数和不可配置参数。
19.在一些实施例中，所述计算与所述参数配置信息相对应的试验结果具体包括：
20.获取所述可配置参数对应的第一参数以及所述不可配置参数对应的第二参数；
21.将所述第一参数以及所述第二参数发送给与所述选中的试验项目信息对应的运算函数中；
22.接收所述运算函数返回的运算结果作为试验结果。
23.在一些实施例中，所述试验项目信息为导体条件边界研究，则所述运算函数为有限元算法函数。
24.在一些实施例中，所述可配置参数为与所述学生端的学生信息相匹配的数值。
25.在一些实施例中，所述可配置参数的计算方法包括：
26.提取所述学生信息中的学号；
27.根据运算规则对所述学号进行运算得到运算结果；所述运算规则为与所述学生信息匹配的试验模板中的预设运算规则；
28.将所述运算结果作为所述可配置参数的预设值。
29.本发明第二方面提供了一种用于电气工程教学的教学系统，包括学生端和服务端；
30.所述服务端具体用于：
31.当确认学生端登录虚拟试验系统成功后，将试验项目信息展示在所述虚拟试验系统的第一展示界面中；其中，所述试验项目信息为与所述学生端的学生信息匹配的电气工程试验项目信息；
32.当所述第一展示界面中任一试验项目信息被选中时，在所述虚拟试验系统的第二展示界面中展示选中的试验项目信息所对应的参数配置信息以及试验结果；其中，所述试验结果能够根据所述参数配置信息的变化而实时更新。
33.本发明第三方面提供了一种电子设备，包括：
34.处理器；以及
35.存储器，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被所述处理器执行时，使所述处理器执行前述所述的一种用于电气工程教学的虚拟试验方法。
36.本发明提供的技术方案提供了一种用于电气工程教学的虚拟试验方法、系统及电子设备，所述方法当确认学生端登录虚拟试验系统成功后，将试验项目信息展示在所述虚拟试验系统的第一展示界面中；其中，所述试验项目信息为与所述学生端的学生信息匹配的电气工程试验项目信息；当所述第一展示界面中任一试验项目信息被选中时，在所述虚拟试验系统的第二展示界面中展示选中的试验项目信息所对应的参数配置信息以及试验结果；其中，所述试验结果能够根据所述参数配置信息的变化而实时更新。
37.可见，本发明提供的技术方案可以根据不同的学生来展示不同的试验项目，并能够根据学生对参数配置信息的调整实时更新试验结果，使学生能够动手试验，满足了老师在教学中对学生的个性化需求。
38.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
39.通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
40.图1是本发明提供的一种用于电气工程教学的虚拟试验方法流程示意图。
41.图2是本发明提供的模拟试验系统的界面示意图。
42.图3是本发明提供的一种用于电气工程教学的虚拟试验方法中在第一展示界面中进行展示的流程示意图。
43.图4是本发明提供的一种用于电气工程教学的虚拟试验方法中在第二展示界面中进行展示的流程示意图。
44.图5本发明提供的一种用于电气工程教学的教学系统的系统架构示意图。
45.图6是本发明实施例提供的的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
46.下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
47.在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
48.应当理解，尽管在本发明可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
49.本发明实施例，主要应用电气工程专业课程教学中，相关技术中，学生可以通过登录到虚拟试验系统来观看电磁场与微波试验的相关视频，但是，无法做到手动的操作，也无法实现教师一对一教学的要求。例如，教师希望学生通过试验来生成试验报告，但是需要每个学生的试验报告都应当是基于学生自己的试验来得出的，相关技术中无法实现个性化的要求。
50.为了解决该问题，本发明实施例中，提供了一种用于电气工程教学的虚拟试验方法，来使得学生能动手参与到试验中，更好去理解电磁场与微波等相关试验，理解知识内容；并且，每个学生均可以做出与其他学生不同的试验从而得到完全仅与自己相关的试验报告，满足教学的个性化需要。
51.参见图1，图1是本发明提供的一种用于电气工程教学的虚拟试验方法流程示意图。
52.本发明实施例中，提供了一种用于电气工程教学的虚拟试验方法，包括：
53.步骤10、当确认学生端登录虚拟试验系统成功后，将试验项目信息展示在所述虚拟试验系统的第一展示界面中；其中，所述试验项目信息为与所述学生端的学生信息匹配的电气工程试验项目信息。
54.本发明实施例中，虚拟试验系统可以包括用户端以及服务端，用户端可以包括学生端以及教师端，教师端可以通过登录到虚拟试验系统创建试验项目等操作。学生端可以通过自己的学生号以及密码登录到虚拟试验系统中来实现虚拟试验的相关操作。
55.本发明实施例种，确认学生端登录是否成功可以是校验学生端录入的学生号、密码或者是生物特征信息如人脸图像、指纹信息等表证该使用学生端的学生的身份认证信息是否成功，如过校验通过则确认学生端登录成功。其中，学生端可以采用app或者登录web等方式登录服务端。服务端可以是服务器也可以是云平台，只要能过实现功能即可。
56.可以理解的是，学生端与服务端的系统架构不仅限于bs或cs架构。
57.本发明实施例中，确认登录成功后，会展示试验项目信息。试验项目信息与学生端对应的学生信息相匹配。其中，学生信息可以包括学号、姓名、班级、性别、专业等与使用该学生端的学生相关的身份信息。当然，还可以包括该学生的人脸图像、指纹数据等身份信息。
58.可以理解的是，本发明实施例中所展示试验项目信息与学生端所输入的学生信息相关联，能够个性化的设置每个学生所能够参与的试验项目。
59.试验项目信息可以是从教师端设置的试验模板中所提取的能够被学生所选择的电气工程试验项目信息。
60.本发明实施例种，虚拟试验系统在进行展示时，可以包括多个展示界面，其中，如图2所示，图2是本发明提供的模拟试验系统200的界面示意图，模拟试验系统在进行展示时可以包括至少两个展示界面，第一展示界面210和第二展示界面。其中，第一展示界面中用于展示试验项目信息。第二展示界面可以用于展示具体试验项目信息对应的参数配置信息以及试验结果，第二展示界面可以包括两个展示子界面，第一展示子界面220以及第二展示子界面230。其中，第一展示子界面220中可以展示与试验项目信息相关联的试验结果，例如图形a以及图形b，第二展示子界面231中可以展示如数据表格231等试验结果。
61.步骤20、当所述第一展示界面中任一试验项目信息被选中时，在所述虚拟试验系统的第二展示界面中展示选中的试验项目信息所对应的参数配置信息以及；其中，所述试验结果能够根据所述参数配置信息的变化而实时更新。
62.本发明实施例种，可以通过学生端选择在第一展示界面中所展示的试验项目信息中任意一项进行展示。
63.当第一展示界面中有试验项目信息被选中后，可以在第二展示界面展示与试验项目信息所对应的参数配置信息以及试验结果。当然，还可以在第一展示界面中显示选中试验项目信息所对应的试验说明或课程知识，以便于学生能更好的理解该试验。
64.其中，参数配置信息是该试验项目所对应的多个维度的参数信息。试验结果为以该参数配置信息为基础所仿真后得出的试验结果。
65.可以理解的是，试验结果与参数配置信息相关联，当参数配置信息发生变化时，试验结果也随之改变，可以实时的显示出与参数配置信息相匹配的试验结果。
66.由于电气工程教学中，学生通过自己动手试验可以深入理解电磁波的基本特性，熟悉电磁波理论、掌握电磁场与电磁波的形态，从而循序渐进地提高学生对理论的理解，有利于培养学生的解决工程问题的能力。本发明实施例中，学生可以通过调整参数配置信息来实现对试验项目的理解。从而得出具有个性化的试验报告。
67.由此可见，本发明实施例可以根据不同的学生来展示不同的试验项目，并能够根据学生对参数配置信息的调整实时更新试验结果，使学生能够动手试验，满足了老师在教学中对学生的个性化需求。
68.前述实施例介绍了在第一界面中进行展示的相关内容，下面进行详细介绍。
69.图3是本发明提供的一种用于电气工程教学的虚拟试验方法中在第一展示界面中进行展示的流程示意图。
70.在一些实施例中，所述将试验项目信息展示在所述虚拟试验系统的第一展示界面中具体包括：
71.s101、获得所述学生端的学生信息；
72.s102、确定与所述学生信息匹配的试验模板；
73.s103、依据所述试验模板确定可展示的试验项目信息；
74.s104、将至少一个所述可展示的试验项目信息展示在所述虚拟试验系统的第一展示界面中。
75.本发明实施例中，学生信息可以通过在登录时所接收到的登录请求中进行解析，也可以是确定登录成功后通过登录凭证所得到的，本发明实施例并不限制具体方式，只要能获得学生信息即可。
76.本发明实施例中，可以预先设置有多个试验模板。其中，试验模板中可以包括试验项目信息，每一种试验项目对应的算法，参数配置信息的预设值，与学生信息的关联关系等多项具体内容。可以理解的是，试验模板可以由教师登录到虚拟试验系统后进行设置以及修改。
77.本发明实施例中，可以通过试验模板确定出可以展示给该学生端的试验项目信息。如果有多个试验项目信息，则可以同时展示多个，且每一个均是可以被选择的，便于学生根据自己的课程进行有针对性的选择和动手试验。在步骤104中可以将这些试验项目信息在第一展示界面中进行展示，以便于学生根据自己的需要进行选择。
78.前述实施例介绍了在第二界面中进行展示的相关内容，下面进行详细介绍。
79.图4是本发明提供的一种用于电气工程教学的虚拟试验方法中在第一展示界面中进行展示的流程示意图。
80.在一些实施例中，所述在所述虚拟试验系统的第二展示界面中展示选中的试验项目信息所对应的参数配置信息以及试验结果具体包括：
81.s201、确定所述试验模板中与选中的试验项目信息所匹配的参数配置信息；
82.本发明实施例中，选定试验项目信息后，可以从试验模板中匹配出对应的参数配置信息。
83.在一些实施例中，所述参数配置信息具体包括：可配置参数和不可配置参数。
84.其中，可配置参数为在展示过程中，可以被修改的参数，不可配置参数为不能够被修改的参数。
85.可以理解的是，可配置参数和不可配置参数均可以设置有预设值，在一些实施例中，所述可配置参数为与所述学生端的学生信息相匹配的数值。
86.在一些实施例中，所述可配置参数的计算方法包括：
87.提取所述学生信息中的学号；
88.根据运算规则对所述学号进行运算得到运算结果；所述运算规则为与所述学生信息匹配的试验模板中的预设运算规则；
89.将所述运算结果作为所述可配置参数的预设值。
90.本发明实施例种，可以提取出学生信息中的学号，例如20221000，然后调用试验模板中的该试验项目信息所对应的预设运算规则，例如学号除以600，将得到的运算结果作为预设值。
91.当然，运算结果应当是处于一个阈值范围内，该阈值范围与试验项目相关联，每一个试验模板中也均可以预先设置出该阈值范围。
92.可以理解的是，运算规则的作用是使得每一个学生所对应的同一个试验项目中的可配置参数和/或不可配置参数与其他学生的均不相同，使得每一个学生所得出的试验报告是独一无二的。
93.s202、计算与所述参数配置信息相对应的试验结果；
94.在一些实施例中，所述计算与所述参数配置信息相对应的试验结果具体包括：
95.获取所述可配置参数对应的第一参数以及所述不可配置参数对应的第二参数；
96.将所述第一参数以及所述第二参数发送给与所述选中的试验项目信息对应的运算函数中；
97.接收所述运算函数返回的运算结果作为试验结果。
98.本发明实施例中，能够自动计算出试验结果。
99.其中，每一种试验项目对应的算法可以是不同的。
100.例如，在实际使用中，可以采用的算法可以包含点电荷电场算法、电流元磁场分布算法、电场高斯定律和环路定理算法、磁场高斯定律和环路定理算法、平行板电容器中插入导体的静电场算法、赫兹电偶极子辐射特性算法和天线阵原理算法。
101.在实际使用中，点电荷电场算法为公式算法，其原理是在坐标原点放置一个点电荷，计算出其不用切面处的电场强度大小和方向。电流元磁场分布算法为公式算法，其原理是在坐标原点放置一个电流元，计算出不同切面处的磁场强度大小和方向。场高斯定律其原理是在原点处放置一段无穷长的线电荷，在线电荷周围绘制16边形，当16边形包含或不包含线电荷时，其电位移矢量对线段法向积分的结果不同，可以计算出包含或不包含线电荷时的每一个线段处的电位移矢量和线段法向，由学生自行计算乘积与加和。电场环路定理、磁场高斯定律、磁场环路定理与场高斯定律相类似。
102.平板电容器中插入导体的静电场算法为有限元算法，根据离散算法将不同区域的网格离散后形成连续网格，在网格中设置材料以区分金属和空气，在每个网格单元的积分点处制作插值函数，通过二阶偏微分对应的泛函极值求解每个网格内部的电位和电场强度，给出平行板内部的电位分布和导体对整个电场的影响。
103.赫兹电偶极子算法为公式算法，在天线近场区计算偶极子天线的辐射方向图并取出e面和h面的数值。
104.天线阵原理则采用两个天线做方向图的合成，根据天线距离和辐射方向角差异，计算方向图的具体形态。
105.可以理解的是，试验结果可以包括有图形和数据两个部分，图形可以在第二展示界面中的第一区域展示，数据可以在第二展示界面中的第二区域展示。
106.在一些实施例中，所述试验项目信息为导体条件边界研究，则所述运算函数为有限元算法函数。
107.s203、将所述试验结果展示在所述虚拟试验系统的第二展示界面中。
108.本发明实施例种，可以将试验结果即时展示到第二展示界面中。其中，如果参数配置信息发生了变化，可以实时计算出试验结果并更新第二展示界面中所仿真的图像以及数据。
109.可以看出，本发明实施例可以依据不同的学生信息针对性的计算和展示出不同的试验结果。学生可以根据动手参与到试验过程中并依据虚拟试验系统所给出的试验结果撰写自己的试验报告。使得教师能有针对性的对每个学生做出不同的项目试验内容。提高了学生对理论知识的理解，丰富了教师的需求。
110.与前述方法相对应的，本发明实施例还提供了一种用于电气工程教学的教学系统500，参见图5，图5本发明提供的一种用于电气工程教学的教学系统的系统架构示意图。
111.本发明实施例提供的教学系统100可以包括学生端1和服务端2；
112.所述服务端具体用于：
113.当确认学生端登录虚拟试验系统成功后，将试验项目信息展示在所述虚拟试验系统的第一展示界面中；其中，所述试验项目信息为与所述学生端的学生信息匹配的电气工程试验项目信息；
114.当所述第一展示界面中任一试验项目信息被选中时，在所述虚拟试验系统的第二展示界面中展示选中的试验项目信息所对应的参数配置信息以及试验结果；其中，所述试验结果能够根据所述参数配置信息的变化而实时更新。
115.可以理解的是，教学系统还可以包括教师端300，教学系统中各个部分执行的步骤与前述一种用于电气工程教学的虚拟试验系统能够相互对应，具体参见前述方法实施例中所执行的过程即可，再此不进行赘述。
116.与前述应用功能实现方法实施例相对应，本发明还提供了一种电子设备及相应的实施例。
117.图6是本发明实施例示出的电子设备的结构示意图。
118.电子设备1000包括存储器1010和处理器1020。
119.处理器1020可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
120.存储器1010可以包括各种类型的存储单元，例如系统内存、只读存储器(rom)，和永久存储装置。其中，rom可以存储处理器1020或者计算机的其他模块需要的静态数据或者
指令。永久存储装置可以是可读写的存储装置。永久存储装置可以是即使计算机断电后也不会失去存储的指令和数据的非易失性存储设备。在一些实施方式中，永久性存储装置采用大容量存储装置(例如磁或光盘、闪存)作为永久存储装置。另外一些实施方式中，永久性存储装置可以是可移除的存储设备(例如软盘、光驱)。系统内存可以是可读写存储设备或者易失性可读写存储设备，例如动态随机访问内存。系统内存可以存储一些或者所有处理器在运行时需要的指令和数据。此外，存储器1010可以包括任意计算机可读存储媒介的组合，包括各种类型的半导体存储芯片(dram，sram，sdram，闪存，可编程只读存储器)，磁盘和/或光盘也可以采用。在一些实施方式中，存储器1010可以包括可读和/或写的可移除的存储设备，例如激光唱片(cd)、只读数字多功能光盘(例如dvd-rom，双层dvd-rom)、只读蓝光光盘、超密度光盘、闪存卡(例如sd卡、min sd卡、micro-sd卡等等)、磁性软盘等等。计算机可读存储媒介不包含载波和通过无线或有线传输的瞬间电子信号。
121.存储器1010上存储有可执行代码，当可执行代码被处理器1020处理时，可以使处理器1020执行上文述及的方法中的部分或全部。
122.上文中已经参考附图详细描述了本发明的方案。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。另外，可以理解，本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减，本发明实施例装置中的模块可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
123.此外，根据本发明的方法还可以实现为一种计算机程序或计算机程序产品，该计算机程序或计算机程序产品包括用于执行本发明的上述方法中部分或全部步骤的计算机程序代码指令。
124.或者，本发明还可以实施为一种非暂时性机器可读存储介质(或计算机可读存储介质、或机器可读存储介质)，其上存储有可执行代码(或计算机程序、或计算机指令代码)，当所述可执行代码(或计算机程序、或计算机指令代码)被电子设备(或电子设备、服务器等)的处理器执行时，使所述处理器执行根据本发明的上述方法的各个步骤的部分或全部。
125.本领域技术人员还将明白的是，结合这里的申请所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。
126.附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统和方法的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标记的功能也可以以不同于附图中所标记的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
127.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的
其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。