開(kāi)放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理和共享平臺(tái)的設(shè)計(jì)研究

李潔 張雍濤

摘 要：傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)經(jīng)費(fèi)投入不可小覷，不論是實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的購(gòu)置與維護(hù)，還是實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的建設(shè)與管理，都需要花費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。因此，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，“投入產(chǎn)出比”往往受到質(zhì)疑。為此，改革傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模式，探索適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展的實(shí)踐教學(xué)新模式，是擺在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革面前的重要課題。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)；

Design and Research of Open Virtual Simulation Experiment Teaching

Management and Sharing Platform

LI Jie Zhang Yongtao

（Shandong Xiehe University Shandong Jinan 250107 China）

Abstract：The investment in the construction of traditional laboratories can not be underestimated. Whether it is the purchase and maintenance of experimental equipment or the construction and management of experimental sites， a lot of manpower， material and financial resources are needed. Therefore， in the traditional experimental teaching mode， "input-output ratio" is often questioned. Therefore， reforming the traditional practice teaching mode and exploring the new practice teaching mode adapting to the development of the new era are the important subjects placed in front of the reform of experimental teaching in Colleges and universities.

Key word：virtual simulation； experimental teaching platform；

引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直是高校本科人才培養(yǎng)工作中不可或缺的重要組成部分，關(guān)系著培養(yǎng)人才的工程實(shí)踐能力和工程創(chuàng)新能力。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，受限于各種條件的約束，學(xué)生只能在限定的時(shí)間和地點(diǎn)，利用限定的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，完成特定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。因此，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是完成具有“代表性”和“普適性”的“規(guī)定動(dòng)作”，極大地制約了對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力及工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理和共享平臺(tái)使用現(xiàn)狀

（1）多種信息技術(shù)整合力度不夠。

實(shí)驗(yàn)室是分階段、分層次進(jìn)行建設(shè)的，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是分模塊、分方向開(kāi)設(shè)的，不同的階段、不同的模塊對(duì)虛擬仿真技術(shù)要求各有差異。早期開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)擴(kuò)展類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目通常建立的通用開(kāi)發(fā)平臺(tái)之上，現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)專業(yè)性和技術(shù)性要求較高，要求支撐實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的虛擬仿真技術(shù)更加專業(yè)化，而大多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是基于單機(jī)操作環(huán)境，若要更方便地通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行有效地、廣泛地示范推廣，需要耗費(fèi)相當(dāng)大的人力和物力進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)版改造。

（2）與傳統(tǒng)的實(shí)體實(shí)驗(yàn)室結(jié)合不充分。

與傳統(tǒng)實(shí)體實(shí)驗(yàn)室相比，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室具有顯著的優(yōu)勢(shì)，但是不能完全替代前者，這就需要兩者相互配合、相互協(xié)調(diào)。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)初期，大多數(shù)教師依然習(xí)慣于傳統(tǒng)的教學(xué)方法，對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的認(rèn)識(shí)不深入，不能充分發(fā)揮其作用，不能有效地完成“虛擬”與“實(shí)體”的整合。

（3）實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理服務(wù)不完善。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的完成，不僅僅指的試驗(yàn)操作步驟的結(jié)束，還包括實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交、實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的討論與交流、成績(jī)?cè)u(píng)定等諸多環(huán)節(jié)，只有各個(gè)環(huán)節(jié)相互配合才能切實(shí)有效地發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的功能，但是目前管理服務(wù)方面還不夠完善。

2項(xiàng)目?jī)?nèi)容介紹

虛擬實(shí)驗(yàn)中心門(mén)戶網(wǎng)站是一個(gè)動(dòng)態(tài) Web 系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)容包括中心介紹、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍、管理模式、設(shè)備與環(huán)境、教學(xué)特色、中心新聞/公告/通知等。實(shí)驗(yàn)教務(wù)管理包括課程庫(kù)、培養(yǎng)計(jì)劃、排課、選課、開(kāi)課審核等功能。實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理包括現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)安排、虛擬實(shí)驗(yàn)安排、實(shí)驗(yàn)批改、考勤管理、成績(jī)管理、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。模塊程序編寫(xiě)的過(guò)程中主要注意功能程序的可引用性，功能程序是指能獨(dú)立完成至少某一特定功能或作用的部分程序。主要包括語(yǔ)句的可引用性、Form的可引用性以及界面外觀的可引用性。

中心門(mén)戶網(wǎng)站是一個(gè)動(dòng)態(tài) Web 系統(tǒng)，相比與傳統(tǒng)的靜態(tài)網(wǎng)站。有以下突出特點(diǎn)。交互性：網(wǎng)頁(yè)會(huì)根據(jù)用戶的要求和選擇而動(dòng)態(tài)地改變和響應(yīng)，瀏覽器作為客戶端，成為一個(gè)動(dòng)態(tài)交流的橋梁，動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)的交互性也是今后 Web 發(fā)展的潮流。 自動(dòng)更新：即無(wú)須手動(dòng)更新 HTML 文檔，便會(huì)自動(dòng)生成新頁(yè)面，可以大大節(jié)省工作量。 因時(shí)因人而變：即當(dāng)不同時(shí)間、不同用戶訪問(wèn)同一網(wǎng)址時(shí)會(huì)出現(xiàn)不同頁(yè)面。

動(dòng)態(tài)網(wǎng)站在頁(yè)面里嵌套了程序，這種網(wǎng)站對(duì)一些框架相同，更新較快的信息頁(yè)面進(jìn)行內(nèi)容與形式的分離，將信息內(nèi)容以記錄的形式存入了網(wǎng)站的數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便于網(wǎng)站各處的調(diào)用。這樣，我們看到的一個(gè)頁(yè)面，可能在服務(wù)器上不一一對(duì)應(yīng)某個(gè) html 的文件了，網(wǎng)頁(yè)框架里套了很多數(shù)據(jù)庫(kù)里的記錄中的內(nèi)容。

3項(xiàng)目預(yù)期效果

開(kāi)放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理和共享平臺(tái)能夠建有專用的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站，完備的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)。通過(guò)借助虛擬信息化手段避免一些計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)方面的課程對(duì)于大型硬件實(shí)驗(yàn)箱的需求，提高了高校實(shí)驗(yàn)室管理的工作效率，和大型設(shè)備的需求預(yù)算。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)依托虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，學(xué)生在虛擬環(huán)境中開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，從而達(dá)到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)效果。

通過(guò)師生互動(dòng)交流：實(shí)時(shí)答疑、在線留言等。實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)了教與學(xué)的雙向轉(zhuǎn)變，提高了教師信息技術(shù)應(yīng)用能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)安排、虛擬實(shí)驗(yàn)安排、實(shí)驗(yàn)批改、考勤管理、成績(jī)管理、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。完善了管理體制和運(yùn)行機(jī)制。

4項(xiàng)目設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

（1）在開(kāi)放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理和共享平臺(tái)的設(shè)計(jì)研發(fā)過(guò)程中，除了要對(duì)每個(gè)功能模塊進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和分析，另外，還需要關(guān)注數(shù)據(jù)的更新問(wèn)題。

如虛擬實(shí)驗(yàn)和仿真軟件的運(yùn)行環(huán)境的配置，以及學(xué)生練習(xí)、自測(cè)、課件等學(xué)習(xí)資料的上傳和更新等。如實(shí)驗(yàn)教務(wù)管理中課程庫(kù)、培養(yǎng)計(jì)劃、排課、選課、開(kāi)課審核等功能的實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的變化應(yīng)該根據(jù)培養(yǎng)計(jì)劃、課程庫(kù)等數(shù)據(jù)的變化而更新等。

（2）實(shí)驗(yàn)前學(xué)生通過(guò)練習(xí)、自測(cè)、課件等方式學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)等資料的上傳問(wèn)題。

題庫(kù)管理是平臺(tái)的內(nèi)容部分，提供學(xué)生實(shí)驗(yàn)前的練習(xí)、自測(cè)、課件等方式的理論知識(shí)的學(xué)習(xí)的具體內(nèi)容，可以在系統(tǒng)建立的初期上傳一部分，等系統(tǒng)測(cè)試運(yùn)行正常后，可根據(jù)后期建設(shè)的需要不斷添加。

參考文獻(xiàn)

[1]劉清濤，張新榮，賀朝霞.工程機(jī)械開(kāi)放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2018，35（07）：148-151.

[2]牛學(xué)真. 開(kāi)放式虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)集成技術(shù)研究[D].北京郵電大學(xué)，2014.

*基金項(xiàng)目：山東省高等學(xué)校國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目， 開(kāi)放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理和共享平臺(tái)的設(shè)計(jì)（項(xiàng)目編號(hào)：201813324033）。

作者簡(jiǎn)介：

李潔（1985-），女，山東濟(jì)寧人，助教，碩士，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)。

張雍濤（1999-），男，山東威海人，學(xué)生，研究方向?yàn)檐浖こ?。作者單位：山東協(xié)和學(xué)院。