虛擬培訓系統的技術研究

一、前言

現代企業隨著生產工藝的不斷改進，生產過程自動化程度的不斷提高，對企業職工的職業技能提出了更高的要求。職工職業技能的提高主要依靠企業的培訓體系。然而，傳統的企業培訓模式存在諸多不足，主要表現在以下幾個方面：

（一）培訓經費投入不足。根據對282家國有企業的調查，職工培訓經費投入只有工資總額的2.2%，遠低于發達國家10%～15%的水平，制約了職工培訓工作的深入開展。

（二）培訓模式單一。多以課堂講授為主，偏重于知識的灌輸和書本學習，難以激發受訓職工的學習興趣。在內容安排上，對技能培訓關注不夠，培訓效果不佳。

（三）工學矛盾突出，培訓時間難以協調。當工作與培訓在時間上發生沖突時，往往培訓讓位于工作，使培訓流于形式。

（四）受師資、時間、空間等客觀條件限制，培訓受眾少，培訓效率低。

由于傳統企業培訓模式存在上述缺點，因此有必要進行培訓教學模式的改革，探討科學的培訓教學策略，探索新型培訓教學方法。虛擬培訓系統不僅提供了一種新型的遠程培訓教學模式，而且也給學員提供了一種全新的學習環境，在改進傳統培訓教學方法、實現教育資源共享、提高培訓教學水平和節約資金等方面具有重要的作用和意義。

二、方案設計

開發虛擬培訓系統主要解決虛擬培訓項目的設計、遠程通信方式的選擇和網站培訓課程的管理三大問題。針對上述三個問題，本文采用的研究方法是：首先在深入了解虛擬儀器技術的基礎上，采用圖形化編程軟件LabVIEW作為開發工具設計虛擬培訓項目；其次分析比較C/S和B/S兩種組網模式，確定系統的網絡通信模式；然后利用LabVIEW提供的Web服務器技術實現遠程通信；最后采用Moodle軟件設計遠程虛擬培訓系統的網站課程管理系統。最終實現從教師安排培訓項目到學員自主選擇培訓項目、遠程操控培訓項目、提交培訓作業再到教師批改培訓作業并反饋給學員作業成績和評語的完整培訓教學過程。

三、虛擬培訓項目的開發軟件

LabVIEW是美國國家儀器公司（National Instruments，NI）推出的虛擬儀器開發平臺軟件，LabVIEW最主要的兩個特點是采用圖形化編程和數據流驅動程序，利用圖形組建直觀的人機交互界面，用圖標表示函數，用連線表示數據流向，多線程運行程序，目前可支持Windows、UNIX、Linux、Macintosh等操作系統，廣泛應用于開發測試、測量與自動化控制系統，所以利用LabVIEW可方便地搭建自己的虛擬培訓系統。依據此技術，筆者已經開發出了電子類專業課中的一些虛擬培訓項目，包括觸發器、移位寄存器、計數器、諧振電路、二階動態電路、有源濾波電路、積分微分器、信號發生器、信號分析儀等。

LabVIEW提供了多種網絡通信技術，包括TCP和UDP編程、共享變量、SMTP Email Vis、DSTP和PSP協議的DataSocket編程、WebServer等。利用LabVIEW提供的Web服務器技術，用戶不需要任何編程就能在客戶端計算機上通過網頁或LabVIEW連接服務器端的VI前面板實現遠程通信。這種通信方式支持一點對多點的通信，但數據傳輸速率低，實時性較差，當短時間內傳輸數據量較大時可能丟失數據，適用于數據傳輸量小、傳輸延遲要求不高的場合。LabVIEW中連接服務器端的遠程VI前面板需要兩個步驟：首先對Lab-VIEW Web服務器進行配置，配置完成后啟動Web服務；然后在客戶端上運行LabVIEW Run-Time引擎或通過瀏覽器打開網頁連接服務器端的遠程VI前面板。

四、組網模式的選擇和實現

虛擬培訓系統可采用基于C/S（Client/Server）模式和B/S（BrOWS-er/Server）模式兩種網絡模型來組建。對于數據傳送量較大，要求可靠完整的傳輸數據、傳輸速率高、兼容性強的情況可以采用C/S組網模式；而B/S組網模式適用于傳輸數據量小，傳輸延遲要求不高，需要遠程模擬仿真的場合。采用B/5組網模式，降低了對客戶端的要求，并且無須在客戶端上安裝專用的客戶端軟件，只要客戶端裝上瀏覽器，就可實現對服務器端遠程數據的監測。由于本文所開發的虛擬培訓系統是通過LabVIEW軟件模擬實驗過程，傳輸數據量小，實時性要求不高，所以決定采用B/S的網絡通信模式。

采用B/S模式構成的虛擬培訓系統有三層體系結構：瀏覽器/Web服務器/應用程序服務器和數據庫服務器。它是將虛擬培訓項目的前面板發布到Web頁面上，以瀏覽器/服務器的方式實現網絡數據命令傳輸，用LabVIEW虛擬儀器實現相關項目的顯示與分析，最終通過Web服務器與應用程序服務器的交互來實現相關項目的操作與控制需求。采用B/S這種組網模式，學員只需通過客戶端的瀏覽器登錄到Web服務器，向Web服務器申請控制權后即可完成培訓項目的操控；同時教師可隨時根據培訓教學的需要更新應用程序服務器上的虛擬培訓項目，便于后期的管理和維護，使系統具有良好的靈活性、適應性和擴展性。

五、遠程網站管理系統的建設

Moodle平臺是用PHP腳本語言編寫的動態網站程序，需要A-pache、PHP和MySQL的支持。A-pache是一個WEB服務器，提供WWW服務；MySOL是一個數據庫服務器，提供數據管理功能；PHP是多數開源軟件采用的開發語言及運行環境。由于Windows具有操作方便易用，界面友好，軟件豐富等優點所以選擇Windows Server 2003 R2作為服務器操作系統，本文的Moodle平臺運行的環境為Windows+A-pache+MySQL+PHP，使用適用于Windows下的集成化安裝包bitna-mi-moodle-2.7.1-0-windows-in-staller來搭建moodle的工作環境。使用適用于Windows下的集成化安裝包

bitnami-moodle-2.7.1-0-win-dows-installer來搭建moodle的工作環境。BitNami Moodle Stack是一個易于使用的Moodle安裝程序，也是一個進程管理系統，它包含了PHP5.4.30、Apache 2.4.9、MySQL5.5和moodle2.7.1，為用戶提供了Moodle的一鍵安裝程序，簡單、易用、方便。

為了增強虛擬培訓系統的可學習性，同時便于管理培訓課程資源，本文采用Moodle軟件搭建虛擬培訓系統的課程管理網站，將虛擬培訓項目利用Web發布的HTML文件的網址URL作為培訓課程的一部分資源鏈接到網站中。學員登錄到網站上，找到相應課程的培訓項目后就可以進行遠程操作。網站課程管理系統主要功能有管理員角色的網站管理、學員角色的學習管理和教師角色的課程管理三大部分。網站是由Moodle安裝時創建的管理員來管理，包括定義外觀樣式、創建用戶、開設課程、管理成績、設置服務器、安裝插件、設計報表等項目。在網站中還有登錄信息、課程動態、評論、活動、博客目錄、最近新聞、遠程RSS種子等活動版塊，網站管理員可以添加這些版塊來豐富網站頁面的內容；用戶以學生角色登錄網站后，可以參加所選課程的任何活動。Moodle系統對用戶的各項操作有詳細記錄，包括用戶參與的課程討論、閱讀課程的次數、最后訪問課程的時間等，并以圖形報告的形式提供用戶日志，便于教師跟蹤學生的學習歷程，隨時掌握學生的學習情況；系統管理員指定的教師角色具有創建課程、刪除課程等管理課程的權限，教師可以添加文件、圖書、網頁、文件夾、IMS內容包、URL、標簽等各種類型的課程資源，還可以開設問卷調查、討論區、測驗、作業、投票、互動評價、聊天室等靈活、豐富的課程活動。

六、結束語

利用計算機網絡技術結合虛擬儀器技術開發的虛擬培訓系統具有靈活性、開放性，教師可及時更新培訓項目，保持培訓項目的最佳適應性，又可滿足學員不受時間、地點限制的自主學習方式，使學員的個性化學習成為可能。遠程虛擬培訓系統不僅可以在一定程度上代替傳統的培訓教學，而且可以克服傳統職工培訓教學模式的各種制約和弊端，從而有效地解決目前職工培訓教學中存在的諸多問題。

基金項目：甘肅省高等學校科研項目資助（2015A-223）

（作者系甘肅省白銀市白銀礦冶職業技術學院副教授，工學碩士）