论文标题：The VISIR Remote Laboratory: Analysis of Limitations and Proposals for Improvement

论文链接：https://www.mdpi.com/2813-8856/2/4/20

期刊名：Laboratories

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/laboratories

工程教育中，由于传统实验室受空间、成本和时间等限制，远程实验室成为重要解决方案。Virtual Instrument Systems in Reality（VISIR）作为电子电路教学的经典远程实验室系统脱颖而出，但其局限也逐渐显现。《Laboratories》期刊近期发表了来自葡萄牙的波尔图理工学院的Frederico Lázaro Jacob 等人的研究成果《The VISIR Remote Laboratory: Analysis of Limitations and Proposals for Improvement》，通过文献与实践梳理 VISIR 瓶颈并提出改进方案，为远程实验室优化提供参考。

VISIR远程实验室以“复刻传统实验体验”为核心设计理念，其技术架构分为硬件与软件两大部分。硬件层面，核心由 instrumentation 平台与专有交换矩阵（SM）构成：前者基于PCI扩展仪器（PXI）底盘，集成直流电源、数字万用表、函数发生器与示波器等模块，实现电路测量功能；后者为PCI/104规格的印刷电路板堆叠结构，含17个节点（仅10个可用于组件互联），通过继电器替代物理接线，完成电路远程搭建。软件层面，系统采用GNU GPL协议开源发布（SM控制器固件除外），Equipment Server依赖台LabVIEW（实验室虚拟仪器工程工作台）实现硬件交互，用户界面（UI）基于HTML5开发，支持多设备访问，同时集成OpenLabs作为远程实验室管理系统，可实现用户调度与数据采集。近年来，VISIR也进行了局部升级，如与WebLab-Deusto（开源远程实验室管理系统）集成以优化用户管理。

VISIR远程实验室架构

尽管VISIR在电子电路远程教学中发挥重要作用，研究仍识别出四大类关键局限，(1) 技术性(2) 财务性(3) 用户界面(4) 教育和/或教学方面的限制。技术上，SM 最多堆叠 15 块组件板、节点固定致灵活性不足，簧片继电器实际易故障且诊断难，系统依赖 National Instruments 专有硬件、软件文档缺失难定制；财务上，初始成本超 4 万欧元，现代计算机需额外适配硬件，专业维护成本高；用户界面上，未适配移动端，示波器缺光标功能，无实验指南区域；教学上，错误提示通用难定位问题，无视觉反馈设备，SM 500mA 电流限制无法开展部分实验。

值得注意的是，VISIR 仍有不可替代优势：能提供真实电路测量数据，优于纯仿真；支持 24 小时不间断访问，灵活性高；组件有过压过流保护，耐用性强；可与 Moodle 等 LMS 集成，简化教学管理；全球活跃社区提供协作基础。

针对局限，研究提出关键改进方案：硬件用 LXI 仪器（成本仅 PXI 1/5，支持以太网与开源 API）替代 PXI，用 Raspberry Pi 5 等单板计算机（SBC）替代传统主机；SM 开发定制电路板或采用 “LXI+Arduino” 混合架构，提升扩展性；软件用 Python 替代 LabVIEW 开发 Equipment Server，新增智能导师系统反馈实验错误；用户界面引入 AJAX 提升响应速度、集成 MR 技术，添加屏幕阅读器；教学融入探究式（IBL）与项目式（PBL）学习，建可定制实验库。

研究还提出分阶段实施路线图：先完成服务器软件模块化迁移，再重构 SM、升级仪器协议，最后拓展实验类型。该方案保留 VISIR 教学价值，通过技术革新降本提效，不仅为 VISIR 优化提供路径，更给电子电路远程实验室可持续发展提供通用框架，助力解决工程教育 “实验资源不均”“实践与行业脱节” 问题，推动实践教学高效化、普惠化。