一种便携式经管教学实验平台(PEP系统)的设计与实现

摘要：实验是经济学研究中的重要工具。为使经济学实验的展开更加便捷和有效，研究和设计了PEP系统。该文对PEP系统的设计思路及原理进行了阐述。PEP系统采用“主机+无线终端”模式，选择基于调频的无线技术，使用具备UART串口通讯功能的单片机作为终端主控模块。系统提供个人选择决策、博弈论、市场结构理论等8大类实验。PEP系统可广泛应用于经济学、管理学及其他社会科学的教学实验和研究实验，为社会科学领域提供了一种新的研究和教学手段。

关键词：经济学实验；便携式；实验平台；无线终端

中图分类号：TP399 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）04-0259-02

经济学通常被认为是“非实验”的“观察性”学科，无法像自然科学那样通过实验来验证。自2002年弗农？史密斯因为将实验作为经济分析的一种工具而获得诺贝尔经济学奖后，实验手段做为经济学研究中的重要工具得到了理论界的认可。实验手段将经济理论和人的实际行为关联在一起，这是一种学习和掌握经济理论方式根本性的变化[1]。Charles Holt[2]认为，尽管从理论上看，采用足够的现金激励对于研究性实验是必须的，但是在课堂中，很多实验模型，如市场结构实验，即使没有额外激励，人的自利、竞争心理也足以保证完成这类实验。因此国外的许多大学已经将实验引入了经济学课堂。

一、经济学实验的发展

尽管实验已成为经济学研究的重要工具，但长期以来经济学实验的发展并不顺利，其原因有两个。一是受试者主观因素的影响。在经济学实验中，受试者的心理和行为表现常常受被测群体、激励方式等非技术因素影响，使实验结果的可复制性和严谨性受到质疑。二是实验技术不成熟。最初的经济学实验以卡片做道具，以纸张记录实验数据，包括国内近年出版的实验经济学书籍，如文献[3][4]。实验时，大量的精力用于信息传递、收集和计算，难以控制实验进度和节奏。目前，计算机及网络被广泛应用于经济学实验中，主要有如下两种形式：一种是在机房中进行。这种方式使实验时间受机房数量和开放时间的限制，且机房建设的投资较大；另外一种是参与者在自己的工作场所或家中通过互联网参与。这种方式缺乏现场实验主持者的引导和讲解，无法进行有组织有计划的教学，其实验结果往往存在争议。如Tal Shavit[5]的报价实验，实验结果表明，参与者通过网络给出的报价明显高于课堂参与者的报价，报价标准差也高于课堂参与者；P.Duersch[6]进行的实验则认为参与者在通过网络进行实验时，可能不惜代价以获得更好成绩，从而使实验结果产生扭曲。针对上述问题，设计并实现了一种新型的经管教学实验平台（PEP系统，Portable Experimental Platform），该系统具备便携、高效和开放式的特征。

二、PEP系统的总体结构

PEP系统由实验系统软件、无线通讯模块、无线终端群三部分构成。

1.实验系统软件。安装在实验主持者的计算机中，实验主持者通过软件，选择实验类型、设置实验参数、进行实验分组、控制实验进程、显示实验结果、保存实验数据。

2.无线通讯模块。用于保证主机和无线终端之间的通讯。由通讯协议、一个可以随身携带、使用时插入主机USB结构的无线收发器，以及无线终端的无线收发模块构成。

3.无线终端群。用于响应实验软件的控制信号，显示实验信息、输入实验数据，由若干无线终端构成。

三、实验系统软件

实验系统软件用C#编写，在.net平台下开发，目前提供个人选择决策、博弈论、市场结构理论、拍卖、议价、公共选择、信息与学习过程、金融与宏观市场等8大类65个实验。对同一实验，可同时进行最多三组不同实验参数的对比实验。对经济学领域以外的其他学科所需的实验，在编制相应的程序、更新实验系统软件、更新无线终端的单片机芯片中的程序后，即可使用。

四、无线通讯模块

无线通讯模块由通讯协议、无线收发器、无线终端中的无线收发模块构成。

1.无线通讯方式。目前常用的无线通讯方式有红外、27MHz无线射频、蓝牙、调频等。在课堂、现场进行的实验，要求具备充分的无线传输距离（至少200米以上）、较强的抗干扰能力、能支持双向传输较大量的数据，因此PEP系统选用的是调频无线技术中的433MHz调频。无线终端与主机间的通讯协议采用C语言编写，分物理层、数据链路层和应用层三层设计：物理层使用芯片完成数据传输、分发和校验；数据链路层定义数据帧格式及字节含义；应用层负责决定参与实验终端，并执行实验过程中的处理逻辑。

2.无线收发器与无线收发模块。无线收发器使用时插入主机USB接口，它将实验信息通过广播方式发送给无线终端，并接收参与者通过无线终端返回的信息，其工作原理如图1所示：

无线收发器及无线终端无线收发模块使用的芯片是XDRNF4_13，主要原因是：①XDRNF4_13通信时误码率低；②可选信道较多，可在一定程度上避免外界信号干扰。对比nRF401，它使用固定信道，当环境中存在其他使用433.92载波频率通信的设备时，nRF401通信会受到严重的干扰。③使用简单。单片机只需将数据输入脚（RXD）和数据输出脚（TXD）接到XDRF4_13无线模块上，就可通过无线模块收发数据。

五、无线终端

PEP无线终端由无线收发模块、键盘输入模块、电源模块、显示模块、下载模块和主控模块构成，如图2所示。其中，无线收发模块负责接收来自主机的信息；电源模块负责提供电能；键盘输入模块负责向主控模块输入信号；主控模块接受并处理输入信息；显示模块负责进行显示。下载模块与主控模块双向连接，主控模块在需要更新程序时，通过下载模块进行程序更新。终端面板为4*4按键矩阵，分配给数字0～9、小数点，以及复位键、电源开关、确认键、显示屏上翻页、显示屏下翻页等功能键PEP系统的无线终端与其他表决、投票系统的无线终端不同之处如下：①终端需要处理显示和读取较多的按键值，需要一定量的I/O接口，故芯片针脚要求40个以上，以便扩展和直接控制，并减小电路复杂度和电量消耗。②实验需要处理复杂逻辑的判别并显示判断结果，需要完成无线通信过程控制、数据的加密与解密、数据打包与解包、键盘扫描处理等问题，因此要求所使用的单片机拥有较大的程序存储空间。实验过程涉及反复与主机交互，且课堂实验设备的使用频率高，需要对设备电量进行检测，所以要求具备数模转换模块。因此，PEP系统选择了具备UART串口通讯功能的STC12C5A60S2做为终端主控模块单片机。

PEP系统是针对在课堂、现场开展经济学、管理学及其他社会科学实验而设计的便携式实验平台，PEP系统、系统的无线终端及实验软件，均已申请专利保护（申请号：201120313993.X；201120314030.1）。PEP系统不仅可以完成现有的电子投票系统EVS[7]的功能，还具备如下特点：①便携性。PEP系统能够脱离机房环境，在普通课堂或会场中快速开展实验；②开放性。可以增加新的经济学实验、管理实验；③复杂流程处理能力。实验参数设置、参与者登录与分组、对照实验设置、实验进程控制、实验数据处理及保存等实验流程均能通过PEP系统完成；④适用广泛。PEP系统适用于宏观经济学、博弈论、产业经济学、微观经济学等多学科的教学。此外，政策研究、机制研究等研究人员，也可以根据研究内容设计出需要现场进行的实验，使用PEP系统在现场开展。

PEP系统的研究和使用，为经济学及社会科学领域的研究和教学提供了一种新的实验设备和手段。

参考文献：

[1]Robert Sugden.The Changing Relationship between Theory and Experiment in Economics [J]. Philosophy of Science.2008.，75（5）：621-632.

[2]Charles A.Holt.Teaching Economic with Classroom Experiment. Southern Economic Journal，January 1999，65（3），603-610.

[3]张鸿武，廖涵，王柯英.经济学实验[M].北京：经济科学出版社.2010.

[4]金雪军，杨晓兰.实验经济学[M].北京：首都经贸大学出版社.2006.

[5]Tal Shavit，Doron Sonsino，Uri Benzion.A Comparative Study of Lotteries-evaluation in Class and on The Web[J].Journal of Economic Psychology.2001，（22）：483-491.

[6]Peter Duersch，Jorg Oechssler，Burkhard，Schipper.Incentives for Subjects in Internet Experiments[J].Economics Letters 2009，（105）：120-122.

[7]刘凌冰，姜文学.电子表决系统在大班型课堂中的应用研究—英国萨里大学的经验与启示[J].中国电化教育，2009，（1）.

作者简介：卢玲（1975-），女，讲师，硕士，主要从事嵌入式系统，计算机应用技术研究。