筆記本電腦虛擬拆裝實驗教學項目建設與應用*

管維紅，華 馳，張 蓉，葉 春

（江蘇信息職業技術學院 物聯網工程學院,江蘇 無錫 214153）

一、引言

虛擬仿真技術也稱為虛擬現實技術，是當前一個熱點話題，主要指通過信息技術等手段實現可視化、可操作、能交互的虛擬環境，用虛擬的系統模仿真實的場景[1][2]。其不僅在設計、制造、交通、農業、生活等方面有廣泛應用，也給教育領域帶來了革命性的變革[1-4]。《教育部關于開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設工作的通知》中指出要深化信息技術與教育教學深度融合，將實驗教學信息化，拓展實驗教學內容廣度和深度，延伸實驗教學時間和空間，提升實驗教學質量和水平，積極推進虛擬仿真實驗教學項目的建設工作[5]。虛擬仿真實驗教學是實驗教學的發展方向[6]。

虛擬仿真實驗教學項目是在“能實不虛”的基礎上，針對高危險、高消耗、高成本、資源缺乏、難以實現同時受眾面又比較廣的實驗項目進行建設。同時要進行“虛實結合”，探索線上線下教學相結合的新型實驗教學模式[7-9]。

本文主要介紹了計算機平臺課程——《計算機組裝與維護》的建設情況，其中最重要的教學環節是筆記本電腦的拆裝，但學校目前沒有條件完全進行實物拆裝，因此開發了筆記本虛擬仿真拆裝系統，解決了當前的教學重點和難點，不再受制于成本、時間、設備數量、場地、風險等因素，并且拓展了筆記本拆裝的廣度和深度，學生只要通過瀏覽器即可實現校內訪問，通過虛擬拆裝系統的練習，掌握了筆記本拆裝的基本步驟和注意事項，為后續筆記本電腦故障排除和硬件升級等實訓內容打下基礎，同時也與后續內容實現虛實結合。

二、計算機組裝與維護課程建設情況

《計算機組裝與維護》課程是我校物聯網工程學院開設的一門專業平臺共享課程，同時還面向全校其他專業學生開設選修課。每年有2000 多名學生參與該課程的學習。《計算機組裝與維護》課程教學目標是培養學生具有相應的職業素養，掌握計算機拆裝以及故障維修技能，具有利用計算機與互聯網進行自我學習、溝通合作來解決遇到的軟硬件及網絡問題的能力，為學生后續專業課程的學習及就業、適崗競爭打下良好的基礎。

目前《計算機組裝與維護》在線開放課已經通過學校驗收，并獲江蘇省在線開放課立項建設，還出版了與在線開放課配套的新形態一體化教材《計算機組裝與維護項目實踐教程》[10]?！队嬎銠C組裝與維護》課程的主要教學內容有計算機從業人員的崗位認知和基本素養，以及計算機拆裝維護過程中的技術規范、計算機各大部件的性能參數及選購要點、臺式機的拆裝和故障排除、操作系統與常見應用軟件的安裝、計算機網絡基礎知識等。

當前高校學生擁有筆記本電腦的比率非常高，尤其是計算機相關專業的學生，筆記本電腦是學生日常學習的必需品。在筆記本電腦使用過程中，經常會出現一些軟硬件故障，掌握筆記本電腦的拆裝是筆記本電腦故障維護和硬件升級的前提。因此對于學生來說，不僅要掌握傳統的臺式機的拆裝，更要掌握筆記本電腦的拆裝。因此我們在課程中特別增加了筆記本電腦這個模塊，包含筆記本電腦的購置、拆裝、升級及故障排除等內容。

表1 《計算機組裝與維護》主要教學內容

《計算機組裝與維護》課程的教學內容主要分為五個模塊（詳見表1）。

其中臺式機模塊中臺式機的拆裝、故障排除可以利用機房淘汰的機器，做到每個學生都有一臺臺式機進行實物操作，軟件安裝以及局域網搭建都可以基于實物進行教學。在筆記本電腦模塊，由于學校實訓室采購的筆記本電腦數量不多，沒有足夠數量報廢的筆記本電腦可以使用。筆記本電腦的拆裝不同于臺式機，不同品牌、不同型號的筆記本構造不同，拆裝起來差異較大。而且筆記本電腦內部部件更為精密，拆裝難度更高，破損率也高，尤其是對于新手，使用學生自己的筆記本電腦進行教學拆裝存在很大的安全隱患。而筆記本電腦的拆裝對于每個學生來說都是一項非常重要的技能，更是后續筆記本硬件升級和故障排除的前提。針對這個問題，我校與企業合作開發了筆記本虛擬仿真拆裝系統，很好地解決了該問題。

三、筆記本電腦虛擬仿真拆裝系統

為了解決筆記本電腦拆裝這個教學重點和難點，我們開發了筆記本電腦虛擬仿真拆裝系統，不僅解決了筆記本電腦拆裝教具不足的問題，還可以反復無磨損操作，學習每個零部件的功能和操作，同時讓學生能夠身臨其境地感受使用和拆裝筆記本，展示整個筆記本電腦的拆裝過程，并有操作系統安裝的交互環節，讓學生更好地解讀筆記本電腦。

1.系統開發

筆記本電腦虛擬仿真拆裝系統是基于三維模型開發的一款教學仿真系統，使用Apache+PHP+MySQL 環境搭建程序。每款進行虛擬仿真的筆記本電腦的每個部件都進行了三維模型的建模，并實現了動畫演示，從教學需求和成本角度出發，只開發有限的幾款筆記本電腦，不同筆記本電腦構造可以通過學習達到舉一反三、觸類旁通的效果。

本文主要以IBM ThinkPad T60 這款筆記本電腦進行截圖演示，系統的主界面見圖1，虛擬仿真的實訓室環境讓學生使用時感覺身臨其境。實訓室環境如圖2 所示。

圖1 筆記本虛擬仿真拆裝系統主界面

圖2 虛擬仿真實訓室環境

為了方便使用，虛擬仿真拆裝系統使用B/S 架構，將系統部署在服務器上，學生可以通過瀏覽器直接登錄使用，實現移動學習和泛在學習。系統的后臺使用PHP進行開發，可以進行題庫管理、學生學號批量導入、設置考核場次和成績自動錄入保存以及步驟錯誤率統計等功能，后臺軟件功能見圖3。

圖3 后臺軟件功能說明

2.系統功能

圖4 系統的功能框架

圖5 系統教學參考中的一個頁面

系統的功能主要包含零件介紹、零件拆裝動畫以及整體拆裝的練習模式和考核模式，功能框架見圖4。系統實現實訓環境的仿真演示，營造沉浸式教學環境。在系統中有教學參考，里面有每款筆記本電腦所有部件的詳細介紹，可以進行放大、縮小并360 度旋轉查看，同時還有每個部件的拆裝動畫，幫助學生在筆記本電腦拆裝前進行知識儲備，并且提供了整個筆記本電腦拆裝過程的動畫演示，系統教學參考頁面見圖5。

虛擬仿真系統提供練習和考核兩種模式。在系統的上部中間有倒計時時間、操作得分以及錯誤計數。如果是練習模式在系統右上部有當前操作提示。如果是考核模式，沒有操作提示，并且限時30 分鐘。每完成一步有正確或錯誤的提示，系統練習模式見圖6。進行虛擬拆裝時，應注重零件的擺放，每個零件必須放置在規定區域，這樣可以幫助學生養成良好的操作習慣，遵守操作規程，提高職業素養。

圖6 虛擬仿真拆裝系統練習模式

筆記本電腦拆裝時，當鼠標放在每個零部件上時，每個零部件的三維模型會呈邊緣發光狀態，并顯示該零件的名稱，方便認識每個零件。拆卸筆記本電腦時一般先拆電池，再拆光驅、硬盤、內存等。有些操作有嚴格的先后順序，比如要拆散熱器，必須先拆散熱器上的U型蓋；要拆USB 模塊，必須先拆USB 模塊的固定器。所有操作均應按順序才能依次完成拆卸。

當提示筆記本電腦拆卸完畢之后，可以開始組裝，用鼠標懸浮在桌面特定零件模型上時，被響應的零件區域呈現邊緣發光效果，將零件安裝至相應部位。拆裝過程中特定的幾個零件拆裝順序有邏輯控制。

完成虛擬筆記本電腦安裝后，系統將進入一個交互的操作系統安裝過程，該安裝過程和實際操作系統安裝相同，先進入BIOS，設置U 盤作為第一啟動項，然后加載數據后進入安裝，進行操作系統選擇，指定安裝盤等操作之后即可進行安裝，還需要對系統進行基本設置和網絡設置，打開系統評分頁面，即可給出最終得分和操作的詳細信息，同時成績也在后臺數據庫進行記錄。操作系統安裝見圖7，評分界面見圖8。

圖7 模擬操作系統安裝時的BIOS 設置

圖8 成績評分界面

3.系統使用效果

使用系統后，學生學習的興趣更為濃厚，不僅提高了實踐操作能力，還獲得了滿滿的成就感，原本覺得高深莫測的筆記本電腦內部構造也揭開了神秘面紗，激發了學生自主學習的動力。學生通過虛擬仿真系統進行虛擬拆裝，再進行筆記本電腦實物分組拆裝體驗，最終目的是能夠拆裝實物筆記本電腦，為之后的實踐內容——筆記本電腦故障排除和筆記本電腦升級打下基礎。在拆裝過程中，強調工作臺面的擺放整理，培養學生操作規范意識，提高學生的職業素養。筆記本電腦拆裝時關鍵順序有要求，但是不唯一，可以很好地進行思維訓練和綜合能力的培養。

筆記本電腦虛擬仿真拆裝系統也有一些不足，首先就是拆裝時缺乏手感，系統開發時配備了手柄，可以提供手感，不過手柄操作的靈活性不如鼠標，價格也不菲，所以實際上課時并沒有使用手柄，學生操作的體驗感較弱。在實際拆裝時，不同部件、不同螺絲在拆裝時差異還是比較大的，電腦掌托、底部的蓋板在拆卸時還需要用到撬板，在力道上需要進行一定的控制。這些都是虛擬仿真系統的不足之處，需要在實物拆裝時進行彌補。

為了彌補這一不足，需要強調實際動手操作時的一些注意事項：使用撬片注意力道，防止劃傷外殼，防止拉斷排線，將筆記本電腦的螺絲分類存放，安裝時注意判斷是否螺絲使用錯了，以防鼓包螺絲。

我們在教學過程中，以典型的幾款筆記本為例，通過系統反復練習做到胸有成竹，這時再鼓勵學生敢于動手拆裝自己的筆記本電腦，作為筆記本實物拆裝的有利補充。

四、結束語

本文是基于《計算機組裝與維護》這門課程的教學需要，通過虛擬仿真技術開發了筆記本電腦的虛擬仿真實訓系統，通過這個系統解決了筆記本電腦拆裝缺乏教具、拆裝復雜、高危險、高成本等問題，使學生在輕松愉快的氛圍下熟練掌握拆裝筆記本電腦的技巧，也為課程的后續學習打下了良好的基礎。同時還激發了學習興趣，提高了學生的學習效率和實際動手能力，使學生能真正掌握筆記本電腦的拆裝技巧。

使用虛擬拆裝系統，可以促進教學模式的改革，實現線上線下、虛實相結合，突破傳統實驗教學在設備、場地等時間、空間、成本上的限制。在進行虛擬仿真系統拆裝之后，關鍵是要回歸到實物上，虛擬仿真系統的作用是幫助學生熟悉幾款筆記本電腦的拆裝方法，掌握筆記本拆裝的技巧，建立拆裝筆記本電腦的信心，終極目標是基于虛擬拆裝的經驗和拆裝筆記本的技巧，能夠真正掌握實物筆記本電腦的拆裝。