秦皇島市學(xué)生楊曉卓在她家電腦上登錄了一個(gè)系統(tǒng)，杭州浙江大學(xué)玉泉校區(qū)教2樓225室的實(shí)驗(yàn)室里，有一盞燈亮了。
因?yàn)檫@一系統(tǒng)，楊曉卓才有可能通過(guò)遠(yuǎn)程教育學(xué)習(xí)電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)。此前，由于無(wú)法解決實(shí)驗(yàn)難題，工科電類專業(yè)的遠(yuǎn)程教育在全球都是個(gè)難題。
綜合了幾十個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的這個(gè)浙大實(shí)驗(yàn)室，是目前全球最完備的虛擬實(shí)驗(yàn)室。浙江大學(xué)開發(fā)的這個(gè)系統(tǒng)不但引來(lái)了國(guó)際學(xué)界的興趣，還創(chuàng)造了一個(gè)新紀(jì)錄：開發(fā)主力多為本科生。
家里的實(shí)驗(yàn)課
10月30日晚7時(shí)半，楊曉卓在秦皇島的家里打開了電腦，登錄浙江大學(xué)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室終端。根據(jù)課程進(jìn)度，她這次實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容是“吹擺”實(shí)驗(yàn)。
吹擺實(shí)驗(yàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，是《控制理論》教學(xué)課程中的一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)利用PID及各種自定義算法，對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制，將擺葉吹到所設(shè)定的角度。
具體而言，就是通過(guò)閉環(huán)控制，將角度傳感器測(cè)到的角度與設(shè)定角度進(jìn)行比較，采用脈沖寬度控制輸出電壓控制風(fēng)扇，輸出風(fēng)力吹動(dòng)吹擺。
打個(gè)比方，類似于我們對(duì)著掛在橫桿上的一張紙片吹氣，令其達(dá)到一個(gè)預(yù)先設(shè)定的角度并相對(duì)固定下來(lái)。
實(shí)際的任務(wù)，就是記錄這個(gè)過(guò)程中設(shè)定的控制參數(shù)和實(shí)驗(yàn)波形，并掌握PID控制算法中各參數(shù)對(duì)控制效果的影響。
楊曉卓憑自己的用戶名登實(shí)驗(yàn)室后，進(jìn)入“吹擺”實(shí)驗(yàn)界面，開始了她的實(shí)驗(yàn)之旅。
實(shí)驗(yàn)室里，吹擺實(shí)驗(yàn)位置上的一盞燈自動(dòng)打開，照亮了實(shí)驗(yàn)裝置。
接著，一只攝像頭啟動(dòng)工作，對(duì)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)裝置。通過(guò)這只攝像頭，楊曉卓可以在電腦屏幕上清楚地看到實(shí)驗(yàn)室里擺葉被吹起的整個(gè)過(guò)程。
“網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)設(shè)有一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)視頻服務(wù)子系統(tǒng)，使遠(yuǎn)程教育的學(xué)生可以觀看實(shí)驗(yàn)對(duì)象的實(shí)際動(dòng)作，達(dá)到和在實(shí)驗(yàn)室里直接觀看實(shí)驗(yàn)同樣的直觀感受?！敝鞒诌@項(xiàng)工作的浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院朱善安教授說(shuō)。
除了操作實(shí)驗(yàn)裝置，各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)會(huì)即時(shí)顯示在電腦界面上，實(shí)驗(yàn)步驟是否正確，以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，均同步反應(yīng)，學(xué)生可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，以達(dá)到完美的實(shí)驗(yàn)效果。
令楊曉卓有一點(diǎn)點(diǎn)不滿的是，由于學(xué)校的服務(wù)器老化，加上要上實(shí)驗(yàn)課的學(xué)生太多，有些學(xué)生操作比較慢，導(dǎo)致她等待的時(shí)間太長(zhǎng)。
“這個(gè)問(wèn)題我們正在想辦法解決。但相對(duì)來(lái)說(shuō)，等待實(shí)驗(yàn)時(shí)間，遠(yuǎn)程教育學(xué)生花的時(shí)間不比在校生多。這套系統(tǒng)開發(fā)成功后，在所有開放時(shí)間里，學(xué)生不管白天黑夜，都可以上網(wǎng)操作，大大提高了實(shí)驗(yàn)資源的利用效率?！敝焐瓢舱f(shuō)。
這個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室可以24小時(shí)不間斷運(yùn)行，可以讓能上互聯(lián)網(wǎng)的人，通過(guò)遠(yuǎn)程控制這里的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在網(wǎng)上完成實(shí)驗(yàn)并取得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完全不受空間和時(shí)間限制。操作實(shí)驗(yàn)時(shí)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上即時(shí)傳遞，幾百個(gè)人可以在幾秒鐘之內(nèi)獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
而在校生要進(jìn)普通實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，同樣得排隊(duì)。一個(gè)實(shí)驗(yàn)要兩人一組，才能保證每個(gè)學(xué)生都能做到實(shí)驗(yàn)。在進(jìn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)之前，學(xué)生們還得做一兩個(gè)小時(shí)的準(zhǔn)備。
本科生參與創(chuàng)造的世界第一
這個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)擁有5大類、23組、80多個(gè)實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)包括5—8個(gè)實(shí)驗(yàn)，目前還在繼續(xù)拓展，基本上包括了本科階段的電氣工程及控制類實(shí)驗(yàn)。
看起來(lái)如此復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，卻是由在校本科生參與設(shè)計(jì)和制作的?！巴耆约洪_發(fā)、完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，以及算法、軟件開發(fā)，都是自己做的?！敝焐瓢舱f(shuō)。
浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)的毛韜，現(xiàn)在是四年級(jí)學(xué)生。2006年3月份，還在讀大二的他參與了“基于網(wǎng)絡(luò)的電力電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)上他只是“偶爾參與”，并且只做界面等涉及軟件的部分，同時(shí)幫助文檔管理和系統(tǒng)測(cè)試等輔助性的工作。兩個(gè)和他一起工作的伙伴，一名碩士一名博士。
但在實(shí)驗(yàn)室里長(zhǎng)住的經(jīng)歷，讓他在參與第二個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)變成了主力之一。在參與“基于網(wǎng)絡(luò)的DSP實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”設(shè)計(jì)時(shí)，他和另外一名碩士完成了軟硬件全程設(shè)計(jì)，當(dāng)時(shí)也許有些難度，但因?yàn)橐黄鸷献鞯氖谴T士，這些困難立即得到了解決。
毛韜并不覺(jué)得自己是本科生而在工作上處于輔助地位?！昂献骶佣?，有些系統(tǒng)是無(wú)法分開完成的，必須一起做。在這個(gè)過(guò)程中，只要理解了要點(diǎn)，做起來(lái)問(wèn)題不大?！?br />
現(xiàn)在，毛韜已經(jīng)成了實(shí)驗(yàn)室里的骨干之一。
毛韜和楊曉卓所學(xué)專業(yè)類似，楊曉卓要做的一些實(shí)驗(yàn)，毛韜同樣要做，只不過(guò)一個(gè)在實(shí)驗(yàn)室里做，一個(gè)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)。
毛韜感覺(jué)，在真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，實(shí)驗(yàn)過(guò)程“更復(fù)雜一些”。雖然也有實(shí)驗(yàn)步驟等資料參照，但動(dòng)手和觀看是不一樣的，比如也許會(huì)因?yàn)殡s亂而搭錯(cuò)線。
但在網(wǎng)絡(luò)上，這些復(fù)雜的東西都沒(méi)有了，細(xì)節(jié)和現(xiàn)場(chǎng)有很大差別。雖然步驟和現(xiàn)實(shí)中完全一樣，但線路之類的細(xì)節(jié)，會(huì)因?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)的精細(xì)而大為清晰，只要按照相應(yīng)的步驟操作，沒(méi)有理解錯(cuò)誤，一般不會(huì)出錯(cuò)。
實(shí)際上，網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)確實(shí)比現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)更加明晰。比如一個(gè)交通信號(hào)燈的實(shí)驗(yàn)，沙盤式的模擬交通道口和紅綠燈信號(hào)，通過(guò)視頻傳送到網(wǎng)絡(luò)上，細(xì)節(jié)比現(xiàn)場(chǎng)更清晰條理。
實(shí)驗(yàn)室的墻上有一張大表格，記載著參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的本科生發(fā)表論文的情況。據(jù)電氣工程學(xué)院統(tǒng)計(jì)，2002年至今，這個(gè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)平臺(tái)共指導(dǎo)6屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生47名、SRTP學(xué)生66名，所指導(dǎo)的本科SRTP學(xué)生在國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)雜志及國(guó)際會(huì)議上發(fā)表論文40多篇。
在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)完成后，毛韜撰寫了學(xué)術(shù)論文《串行、引導(dǎo)、加載技術(shù)在DSP網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的應(yīng)用》，發(fā)表在2007年8月份《機(jī)電工程》雜志上。
毛韜并不是第一個(gè)參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的本科生，“每屆都有延續(xù)，每個(gè)班都有幾個(gè)人?！痹诿w所在的班上，另一名學(xué)生羅雷也參與了設(shè)計(jì)。他們和其他年級(jí)的本科生一道，成為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的“階梯式隊(duì)伍”。
“本科階段與國(guó)際前沿科研結(jié)合起來(lái)，這是我們培養(yǎng)工科類專業(yè)人才的方法之一，大三、大四學(xué)生中已經(jīng)有47個(gè)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)?！敝焐瓢舱f(shuō)，到目前為止，浙大的這個(gè)實(shí)驗(yàn)室綜合了幾十個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，是全球最完備的虛擬實(shí)驗(yàn)室。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)室引起了美國(guó)麻省理工學(xué)院的關(guān)注。從去年夏天開始，已經(jīng)有兩批美國(guó)麻省理工學(xué)院的大學(xué)生和研究生就網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室到浙大學(xué)習(xí)交流。2006年11月，朱善安教授受邀到麻省理工學(xué)院針對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室做了專題講座。
在美國(guó)，教育機(jī)構(gòu)投入了大量的資金和人力開發(fā)類似實(shí)驗(yàn)室，但迄今為止只做了幾個(gè)孤立的實(shí)驗(yàn)，未能系統(tǒng)地完成專業(yè)教育的系列實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)?！八麄兊某杀咎吡恕！敝焐瓢步淌谡f(shuō)，相對(duì)來(lái)說(shuō)，中國(guó)的成本要低很多，作為學(xué)業(yè)的一部分，毛韜他們沒(méi)有拿過(guò)實(shí)驗(yàn)室的報(bào)酬，而這個(gè)實(shí)驗(yàn)室本身的投資包括設(shè)備等的投入，也僅有160萬(wàn)元。
全球開放的實(shí)驗(yàn)室
秦皇島姑娘楊曉卓，2002年計(jì)算機(jī)專業(yè)大專畢業(yè)后在當(dāng)?shù)仉娏竟ぷ?。由于工作?nèi)容有關(guān)工程技術(shù)，非常想進(jìn)修與工程有關(guān)的課程。
由于無(wú)法到學(xué)校做實(shí)驗(yàn)，幾乎所有的高校都沒(méi)有相關(guān)專業(yè)的遠(yuǎn)程教育，直到浙江大學(xué)的這個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)成功。
朱善安教授說(shuō)，去年4月份他在維也納參加國(guó)際工程繼續(xù)教育學(xué)術(shù)年會(huì)時(shí)，介紹了浙江大學(xué)利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室克服實(shí)驗(yàn)難題開展遠(yuǎn)程工程教育?！澳壳爸挥形覀兂晒Φ亟鉀Q了這個(gè)問(wèn)題。”
由于網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的建成，從2006年春季起，浙江大學(xué)開始了遠(yuǎn)程工程領(lǐng)域的學(xué)歷教育，目前浙江大學(xué)遠(yuǎn)程教育學(xué)院電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生人數(shù)已經(jīng)突破2000人。其中1500人以上已在全國(guó)各地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室完成了實(shí)驗(yàn)課程，楊曉卓就是春季招生時(shí)入學(xué)的新生。
朱善安教授說(shuō)，這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備不是所有的學(xué)校都能開發(fā)的。一臺(tái)設(shè)備要幾萬(wàn)元，一個(gè)實(shí)驗(yàn)室需要幾百萬(wàn)臺(tái)，單個(gè)的學(xué)校根本無(wú)力單獨(dú)開發(fā)，條件良好的浙江大學(xué)紫金港校區(qū)也才有60臺(tái)設(shè)備。以后，這個(gè)實(shí)驗(yàn)室也可以開放給沒(méi)有這些實(shí)驗(yàn)條件的普通高校，供其他高校的學(xué)生使用。
除了硬件投入，開發(fā)實(shí)驗(yàn)的人力成本和版權(quán)問(wèn)題也困擾著網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。浙江大學(xué)通過(guò)本科生和研究生的合作開發(fā)解決了人力成本問(wèn)題，但版權(quán)問(wèn)題仍然待解。
在國(guó)內(nèi)，教育部主導(dǎo)的虛擬實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目也正在推進(jìn)。這個(gè)項(xiàng)目由華中科技大學(xué)具體負(fù)責(zé)，申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)達(dá)到3500萬(wàn)元，浙江大學(xué)的這個(gè)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目作為子項(xiàng)目，也列入其中。
這個(gè)建設(shè)中的項(xiàng)目，將擁有最大的自由度，基本裝備也比浙江大學(xué)現(xiàn)有的這個(gè)實(shí)驗(yàn)室要精良。如果說(shuō)現(xiàn)在囿于硬件條件的制約，有些實(shí)驗(yàn)無(wú)法做到24小時(shí)全天候開放，只能預(yù)約排隊(duì)進(jìn)行。這個(gè)項(xiàng)目建成后，可以完全達(dá)到設(shè)想中的“想做就做”。
國(guó)外，麻省理工學(xué)院已向美國(guó)自然科學(xué)基金申請(qǐng)資金，以建立全球性的虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。如果這個(gè)項(xiàng)目成功，浙大這個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室將作為中國(guó)的中心節(jié)點(diǎn)。
“這是個(gè)在全球范圍內(nèi)開放的實(shí)驗(yàn)室，只要有網(wǎng)絡(luò)的地方，就可以到我們實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)。”朱善安教授說(shuō)。
(本報(bào)記者 朱永紅 通訊員 周煒)2007年11月20日
