秦皇島市學生楊曉卓在她家電腦上登錄了一個系統(tǒng)，杭州浙江大學玉泉校區(qū)教2樓225室的實驗室里，有一盞燈亮了。
因為這一系統(tǒng)，楊曉卓才有可能通過遠程教育學習電氣工程及自動化專業(yè)。此前，由于無法解決實驗難題，工科電類專業(yè)的遠程教育在全球都是個難題。
綜合了幾十個實驗項目的這個浙大實驗室，是目前全球最完備的虛擬實驗室。浙江大學開發(fā)的這個系統(tǒng)不但引來了國際學界的興趣，還創(chuàng)造了一個新紀錄：開發(fā)主力多為本科生。
家里的實驗課
10月30日晚7時半，楊曉卓在秦皇島的家里打開了電腦，登錄浙江大學網(wǎng)絡實驗室終端。根據(jù)課程進度，她這次實驗的內(nèi)容是“吹擺”實驗。
吹擺實驗相對簡單，是《控制理論》教學課程中的一個實驗項目。實驗利用PID及各種自定義算法，對風扇轉(zhuǎn)速控制，將擺葉吹到所設定的角度。
具體而言，就是通過閉環(huán)控制，將角度傳感器測到的角度與設定角度進行比較，采用脈沖寬度控制輸出電壓控制風扇，輸出風力吹動吹擺。
打個比方，類似于我們對著掛在橫桿上的一張紙片吹氣，令其達到一個預先設定的角度并相對固定下來。
實際的任務，就是記錄這個過程中設定的控制參數(shù)和實驗波形，并掌握PID控制算法中各參數(shù)對控制效果的影響。
楊曉卓憑自己的用戶名登實驗室后，進入“吹擺”實驗界面，開始了她的實驗之旅。
實驗室里，吹擺實驗位置上的一盞燈自動打開，照亮了實驗裝置。
接著，一只攝像頭啟動工作，對準實驗裝置。通過這只攝像頭，楊曉卓可以在電腦屏幕上清楚地看到實驗室里擺葉被吹起的整個過程。
“網(wǎng)絡實驗室系統(tǒng)設有一個現(xiàn)場視頻服務子系統(tǒng)，使遠程教育的學生可以觀看實驗對象的實際動作，達到和在實驗室里直接觀看實驗同樣的直觀感受?！敝鞒诌@項工作的浙江大學電氣工程學院朱善安教授說。
除了操作實驗裝置，各種實驗數(shù)據(jù)會即時顯示在電腦界面上，實驗步驟是否正確，以及實驗結(jié)果等各項數(shù)據(jù)，均同步反應，學生可以實時調(diào)節(jié)實驗參數(shù)，以達到完美的實驗效果。
令楊曉卓有一點點不滿的是，由于學校的服務器老化，加上要上實驗課的學生太多，有些學生操作比較慢，導致她等待的時間太長。
“這個問題我們正在想辦法解決。但相對來說，等待實驗時間，遠程教育學生花的時間不比在校生多。這套系統(tǒng)開發(fā)成功后，在所有開放時間里，學生不管白天黑夜，都可以上網(wǎng)操作，大大提高了實驗資源的利用效率?！敝焐瓢舱f。
這個網(wǎng)絡實驗室可以24小時不間斷運行，可以讓能上互聯(lián)網(wǎng)的人，通過遠程控制這里的實驗設備，在網(wǎng)上完成實驗并取得實驗結(jié)果，完全不受空間和時間限制。操作實驗時數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡上即時傳遞，幾百個人可以在幾秒鐘之內(nèi)獲得實驗數(shù)據(jù)。
而在校生要進普通實驗室做實驗，同樣得排隊。一個實驗要兩人一組，才能保證每個學生都能做到實驗。在進實驗臺之前，學生們還得做一兩個小時的準備。
本科生參與創(chuàng)造的世界第一
這個網(wǎng)絡實驗室已經(jīng)擁有5大類、23組、80多個實驗，每組實驗包括5—8個實驗，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驗。
看起來如此復雜的實驗，卻是由在校本科生參與設計和制作的。“完全自己開發(fā)、完全自主知識產(chǎn)權(quán)，以及算法、軟件開發(fā)，都是自己做的?！敝焐瓢舱f。
浙江大學電氣工程學院自動化專業(yè)的毛韜，現(xiàn)在是四年級學生。2006年3月份，還在讀大二的他參與了“基于網(wǎng)絡的電力電子實驗系統(tǒng)”的實驗設計。在這個實驗上他只是“偶爾參與”，并且只做界面等涉及軟件的部分，同時幫助文檔管理和系統(tǒng)測試等輔助性的工作。兩個和他一起工作的伙伴，一名碩士一名博士。
但在實驗室里長住的經(jīng)歷，讓他在參與第二個實驗設計時變成了主力之一。在參與“基于網(wǎng)絡的DSP實驗系統(tǒng)”設計時，他和另外一名碩士完成了軟硬件全程設計，當時也許有些難度，但因為一起合作的是碩士，這些困難立即得到了解決。
毛韜并不覺得自己是本科生而在工作上處于輔助地位?！昂献骶佣啵行┫到y(tǒng)是無法分開完成的，必須一起做。在這個過程中，只要理解了要點，做起來問題不大?！?br />
現(xiàn)在，毛韜已經(jīng)成了實驗室里的骨干之一。
毛韜和楊曉卓所學專業(yè)類似，楊曉卓要做的一些實驗，毛韜同樣要做，只不過一個在實驗室里做，一個通過網(wǎng)絡。
毛韜感覺，在真實實驗環(huán)境下，實驗過程“更復雜一些”。雖然也有實驗步驟等資料參照，但動手和觀看是不一樣的，比如也許會因為雜亂而搭錯線。
但在網(wǎng)絡上，這些復雜的東西都沒有了，細節(jié)和現(xiàn)場有很大差別。雖然步驟和現(xiàn)實中完全一樣，但線路之類的細節(jié)，會因?qū)嶒炘O計的精細而大為清晰，只要按照相應的步驟操作，沒有理解錯誤，一般不會出錯。
實際上，網(wǎng)絡實驗確實比現(xiàn)實實驗更加明晰。比如一個交通信號燈的實驗，沙盤式的模擬交通道口和紅綠燈信號，通過視頻傳送到網(wǎng)絡上，細節(jié)比現(xiàn)場更清晰條理。
實驗室的墻上有一張大表格，記載著參與實驗設計的本科生發(fā)表論文的情況。據(jù)電氣工程學院統(tǒng)計，2002年至今，這個實驗室設計平臺共指導6屆本科畢業(yè)設計學生47名、SRTP學生66名，所指導的本科SRTP學生在國內(nèi)學術(shù)雜志及國際會議上發(fā)表論文40多篇。
在第二個實驗設計完成后，毛韜撰寫了學術(shù)論文《串行、引導、加載技術(shù)在DSP網(wǎng)絡實驗系統(tǒng)中的應用》，發(fā)表在2007年8月份《機電工程》雜志上。
毛韜并不是第一個參與實驗設計的本科生，“每屆都有延續(xù)，每個班都有幾個人?！痹诿w所在的班上，另一名學生羅雷也參與了設計。他們和其他年級的本科生一道，成為實驗設計的“階梯式隊伍”。
“本科階段與國際前沿科研結(jié)合起來，這是我們培養(yǎng)工科類專業(yè)人才的方法之一，大三、大四學生中已經(jīng)有47個通過網(wǎng)絡實驗室完成了畢業(yè)設計?！敝焐瓢舱f，到目前為止，浙大的這個實驗室綜合了幾十個實驗項目，是全球最完備的虛擬實驗室。
這個實驗室引起了美國麻省理工學院的關(guān)注。從去年夏天開始，已經(jīng)有兩批美國麻省理工學院的大學生和研究生就網(wǎng)絡實驗室到浙大學習交流。2006年11月，朱善安教授受邀到麻省理工學院針對網(wǎng)絡實驗室做了專題講座。
在美國，教育機構(gòu)投入了大量的資金和人力開發(fā)類似實驗室，但迄今為止只做了幾個孤立的實驗，未能系統(tǒng)地完成專業(yè)教育的系列實驗設計?！八麄兊某杀咎吡?。”朱善安教授說，相對來說，中國的成本要低很多，作為學業(yè)的一部分，毛韜他們沒有拿過實驗室的報酬，而這個實驗室本身的投資包括設備等的投入，也僅有160萬元。
全球開放的實驗室
秦皇島姑娘楊曉卓，2002年計算機專業(yè)大專畢業(yè)后在當?shù)仉娏竟ぷ?。由于工作?nèi)容有關(guān)工程技術(shù)，非常想進修與工程有關(guān)的課程。
由于無法到學校做實驗，幾乎所有的高校都沒有相關(guān)專業(yè)的遠程教育，直到浙江大學的這個網(wǎng)絡實驗室開發(fā)成功。
朱善安教授說，去年4月份他在維也納參加國際工程繼續(xù)教育學術(shù)年會時，介紹了浙江大學利用網(wǎng)絡實驗室克服實驗難題開展遠程工程教育?！澳壳爸挥形覀兂晒Φ亟鉀Q了這個問題?！?br />
由于網(wǎng)絡實驗室的建成，從2006年春季起，浙江大學開始了遠程工程領(lǐng)域的學歷教育，目前浙江大學遠程教育學院電氣工程及自動化專業(yè)學生人數(shù)已經(jīng)突破2000人。其中1500人以上已在全國各地通過網(wǎng)絡實驗室完成了實驗課程，楊曉卓就是春季招生時入學的新生。
朱善安教授說，這些實驗設備不是所有的學校都能開發(fā)的。一臺設備要幾萬元，一個實驗室需要幾百萬臺，單個的學校根本無力單獨開發(fā)，條件良好的浙江大學紫金港校區(qū)也才有60臺設備。以后，這個實驗室也可以開放給沒有這些實驗條件的普通高校，供其他高校的學生使用。
除了硬件投入，開發(fā)實驗的人力成本和版權(quán)問題也困擾著網(wǎng)絡實驗室的建設。浙江大學通過本科生和研究生的合作開發(fā)解決了人力成本問題，但版權(quán)問題仍然待解。
在國內(nèi)，教育部主導的虛擬實驗室項目也正在推進。這個項目由華中科技大學具體負責，申請經(jīng)費達到3500萬元，浙江大學的這個實驗室項目作為子項目，也列入其中。
這個建設中的項目，將擁有最大的自由度，基本裝備也比浙江大學現(xiàn)有的這個實驗室要精良。如果說現(xiàn)在囿于硬件條件的制約，有些實驗無法做到24小時全天候開放，只能預約排隊進行。這個項目建成后，可以完全達到設想中的“想做就做”。
國外，麻省理工學院已向美國自然科學基金申請資金，以建立全球性的虛擬實驗室系統(tǒng)。如果這個項目成功，浙大這個網(wǎng)絡實驗室將作為中國的中心節(jié)點。
“這是個在全球范圍內(nèi)開放的實驗室，只要有網(wǎng)絡的地方，就可以到我們實驗室做實驗?！敝焐瓢步淌谡f。
(本報記者 朱永紅 通訊員 周煒)2007年11月20日
