開放式虛擬仿真實驗教學管理和共享平臺的設計研究

李潔 張雍濤

摘 要：傳統實驗室的建設經費投入不可小覷，不論是實驗儀器設備的購置與維護，還是實驗場地的建設與管理，都需要花費大量的人力、物力和財力。因此，在傳統實驗教學模式下，“投入產出比”往往受到質疑。為此，改革傳統實踐教學模式，探索適應新時代發展的實踐教學新模式，是擺在高校實驗教學改革面前的重要課題。

關鍵詞：虛擬仿真；實驗教學平臺；

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

實驗教學一直是高校本科人才培養工作中不可或缺的重要組成部分，關系著培養人才的工程實踐能力和工程創新能力。在傳統的實驗教學模式下，受限于各種條件的約束，學生只能在限定的時間和地點，利用限定的實驗設備，完成特定的實驗內容。因此，傳統實驗是完成具有“代表性”和“普適性”的“規定動作”，極大地制約了對學生動手能力及工程創新能力的培養。

1虛擬仿真實驗教學管理和共享平臺使用現狀

（1）多種信息技術整合力度不夠。

實驗室是分階段、分層次進行建設的，實驗項目是分模塊、分方向開設的，不同的階段、不同的模塊對虛擬仿真技術要求各有差異。早期開發的基礎擴展類實驗項目通常建立的通用開發平臺之上，現在的實驗項目對專業性和技術性要求較高，要求支撐實驗項目的虛擬仿真技術更加專業化，而大多的實驗項目是基于單機操作環境，若要更方便地通過互聯網平臺進行有效地、廣泛地示范推廣，需要耗費相當大的人力和物力進行網絡版改造。

（2）與傳統的實體實驗室結合不充分。

與傳統實體實驗室相比，虛擬仿真實驗室具有顯著的優勢，但是不能完全替代前者，這就需要兩者相互配合、相互協調。在虛擬仿真實驗室建設初期，大多數教師依然習慣于傳統的教學方法，對虛擬仿真實驗室的認識不深入，不能充分發揮其作用，不能有效地完成“虛擬”與“實體”的整合。

（3）實驗教學管理服務不完善。

虛擬仿真實驗項目的完成，不僅僅指的試驗操作步驟的結束，還包括實驗數據分析、實驗報告提交、實驗問題的討論與交流、成績評定等諸多環節，只有各個環節相互配合才能切實有效地發揮虛擬仿真實驗室的功能，但是目前管理服務方面還不夠完善。

2項目內容介紹

虛擬實驗中心門戶網站是一個動態 Web 系統，系統內容包括中心介紹、實驗教學、實驗隊伍、管理模式、設備與環境、教學特色、中心新聞/公告/通知等。實驗教務管理包括課程庫、培養計劃、排課、選課、開課審核等功能。實驗教學管理包括現場實驗安排、虛擬實驗安排、實驗批改、考勤管理、成績管理、實驗報告等。模塊程序編寫的過程中主要注意功能程序的可引用性，功能程序是指能獨立完成至少某一特定功能或作用的部分程序。主要包括語句的可引用性、Form的可引用性以及界面外觀的可引用性。

中心門戶網站是一個動態 Web 系統，相比與傳統的靜態網站。有以下突出特點。交互性：網頁會根據用戶的要求和選擇而動態地改變和響應，瀏覽器作為客戶端，成為一個動態交流的橋梁，動態網頁的交互性也是今后 Web 發展的潮流。 自動更新：即無須手動更新 HTML 文檔，便會自動生成新頁面，可以大大節省工作量。 因時因人而變：即當不同時間、不同用戶訪問同一網址時會出現不同頁面。

動態網站在頁面里嵌套了程序，這種網站對一些框架相同，更新較快的信息頁面進行內容與形式的分離，將信息內容以記錄的形式存入了網站的數據庫中，以便于網站各處的調用。這樣，我們看到的一個頁面，可能在服務器上不一一對應某個 html 的文件了，網頁框架里套了很多數據庫里的記錄中的內容。

3項目預期效果

開放式虛擬仿真實驗教學的管理和共享平臺能夠建有專用的網絡虛擬實驗室網站，完備的虛擬實驗教學管理系統。通過借助虛擬信息化手段避免一些計算機硬件基礎方面的課程對于大型硬件實驗箱的需求，提高了高校實驗室管理的工作效率，和大型設備的需求預算。虛擬仿真實驗教學依托虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通訊等技術，構建高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象，學生在虛擬環境中開展實驗，從而達到教學大綱所要求的教學效果。

通過師生互動交流：實時答疑、在線留言等。實現了實驗教學手段的轉變，促進了教與學的雙向轉變，提高了教師信息技術應用能力。實驗教學管理：現場實驗安排、虛擬實驗安排、實驗批改、考勤管理、成績管理、實驗報告等。完善了管理體制和運行機制。

4項目設計中存在的問題

（1）在開放式虛擬仿真實驗教學管理和共享平臺的設計研發過程中，除了要對每個功能模塊進行詳細的設計和分析，另外，還需要關注數據的更新問題。

如虛擬實驗和仿真軟件的運行環境的配置，以及學生練習、自測、課件等學習資料的上傳和更新等。如實驗教務管理中課程庫、培養計劃、排課、選課、開課審核等功能的實現，實驗內容的變化應該根據培養計劃、課程庫等數據的變化而更新等。

（2）實驗前學生通過練習、自測、課件等方式學習實驗理論知識等資料的上傳問題。

題庫管理是平臺的內容部分，提供學生實驗前的練習、自測、課件等方式的理論知識的學習的具體內容，可以在系統建立的初期上傳一部分，等系統測試運行正常后，可根據后期建設的需要不斷添加。

參考文獻

[1]劉清濤，張新榮，賀朝霞.工程機械開放式虛擬仿真實驗教學管理平臺建設[J].實驗技術與管理，2018，35（07）：148-151.

[2]牛學真. 開放式虛擬實驗教學平臺集成技術研究[D].北京郵電大學，2014.

*基金項目：山東省高等學校國家級大學生創新創業訓練計劃項目， 開放式虛擬仿真實驗教學管理和共享平臺的設計（項目編號：201813324033）。

作者簡介：

李潔（1985-），女，山東濟寧人，助教，碩士，研究方向為計算機技術。

張雍濤（1999-），男，山東威海人，學生，研究方向為軟件工程。作者單位：山東協和學院。