基于網絡的計算機組裝與維護虛擬實驗概述

趙永虹 徐維 龔藝

摘 要 為適應遠程教育的需要，解決遠程教育中實驗教學的薄弱環節，采用網上虛擬實驗是我們實施實驗教學的一種重要的形式。網上虛擬實驗可以促進學生學用結合，實驗的安排更加靈活方便且不受時間空間限制，只要有網絡的地方就可以動手做實驗。能更好地體現遠程教育特點、又解決學生實際動手能力培養的問題。另一方面，因為建設普通實驗室需要較高的經費投入、場地使用以及維護人員等問題。虛擬實驗可為學校節省大量購置實驗設備的經費和大量場地，減少實驗設備的維護強度。

關鍵詞 計算機組裝;計算機維護;虛擬實驗

1開發背景

目前國內已開發了不少虛擬實驗系統，但即使同一門課程，不同學校、不同層次的要求不同，相關教學與實訓要求也不同。我們開發的虛擬實驗是與課程的教材配套一致，也能自己編輯有關知識點，上傳相關學習和實訓資源。

計算機組裝與維護網上虛擬實驗是為課程《計算機組裝與維護》實施遠程教學而開發的。網上虛擬實驗可以促進學生學用結合，實驗的安排更加靈活方便且不受時間空間限制，只要有網絡的地方就可以動手做實驗。能更好地體現遠程教育特點、又解決學生實際動手能力培養的問題。另一方面，因為建設普通實驗室需要較高的經費投入、場地使用以及維護人員等問題。虛擬實驗可為學校節省大量購置實驗設備的經費和大量場地，減少實驗設備的維護強度。目前四川電大涉及有本課程的專業有計算機科學與技術（開放及成人本科）、計算機信息管理（開放專科）、計算機網絡技術（開放專科）、計算機應用（成人專科）等，每學期招生規模有數百人。分布于全省的學生大部分為縣級以下教學點，有些位于偏遠地區，基本沒有用于組裝與維護的計算機部件以及相關的實訓器材和場所[1]。

2總體目標

為適應遠程教育的需要，采用網上虛擬實驗是我們實施實驗教學的一種重要的形式，我們以往也在一些課程積累了網上虛擬實驗的經驗。例如，2017年完成的《常用辦公設備使用與維護網上實驗室》項目（網址：http：//jpkc.scrtvu.net/new_col/bgsbsyywh/index.html），實現了相關實訓的網上操作，但還缺乏一整套完善的虛擬實驗教學過程管理，包括實驗教學和指導、實驗具體操作（實訓）、教師設置實驗報告與要考核的實驗項目、學生填寫實驗報告與上傳、實驗操作考核與成績上傳等功能。我們考慮本項目開展能夠實現這些功能，同時可以和學校的教學教務系統對接，可以雙向傳輸數據。然后，下一步把各個課程的虛擬實驗都集成到一個平臺，統一的操作界面，為遠程教育的課程實訓提供一個解決方案[2]。

3系統技術方案

網上虛擬實驗采用多媒體技術綜合手段，針對教材各知識點，為學習者提供了完整的學習資源。虛擬實驗操作平臺給學習者營造了一個逼真、生動的操作學習環境，節約了珍貴的教師人力和昂貴的設備資源。

由于教師與學生的操作方式不同，因此本系統分為相對獨立的教師和學生兩個模塊。教師登錄后的界面上可進入編輯模式，該模式中可進行教學過程管理，并可編輯知識點、上傳各種資源。

在每個操作任務中，其場景是三維的，并可放大/縮小、移動、旋轉，可靈活選擇各部件及相應工具，只有操作正確，才能提示操作成功。學習者通過不斷嘗試、不斷思考，最終完成操作任務，才能完全領會掌握計算機組裝與維護的要求。具體技術方案如下：

（1）B/S 架構設計，支持網頁界面操作方式，登錄頁面支持學生、教師、系統管理員使用不同的身份登錄系統，不同的身份具有不同的操作權限。

（2）系統不限客戶端數，支持同時在線人數 5000 人以上。

（3）提供完整的教學過程管理功能，包括實驗的開課管理、典型實驗庫的維護、實驗教學安排、實驗過程的指導、實驗結果的批改、實驗成績統計查詢等功能;針對驗證性實驗提供實驗過程智能指導和虛擬實驗結果自動批改功能。

（4）能與學校的教務管理系統和教學平臺之間實現對接，即能從教務系統導入各類基礎信息（例如學生信息、專業規則信息、教學點信息、課程信息等），也能從本系統導出實驗成績到教務系統。實現從其他平臺（例如教學平臺）的單點登錄訪問（不需要二次輸入賬號密碼即可進入本虛擬實驗系統）。

（5）可擴展，可根據教學需要靈活添加實驗器材及典型實驗;可上傳文字、圖片、視頻、動畫，并可編輯實驗模型或將制作好的實驗模型上傳。實驗模型在實訓操作時可移動、縮放、和360°旋轉。

（6）基于J2EE架構開發既可運行在windows操作系統（WIN7/WIN8/WIN10），也可以運行在unix、linux等操作系統上，內核是公開的，不存在漏洞、后門等威脅。系統運行于互聯網上的服務器，在網址首頁提供客戶端下載安裝[3]。

4系統結構與功能

本系統的用戶分教師和學生兩類。教師用戶可對界面內容進行編輯，保存。學生用戶只能瀏覽、播放，或在3D場景中操作各種對象，填寫實驗報告并提交。

4.1 系統結構

進入系統后，有教學、實訓、考核三種模式。其左面是目錄樹區，列出相應的知識點，可選擇要進行教學（或實訓、考核）的知識點進入，如圖1。

4.2 教學功能

教師用戶可編輯目錄樹，并針對各知識點上傳相應的文字、表格、圖片、Flash動畫、視音頻（比如錄制好的操作演示）、文檔，以及實驗模型，也可自定義內容顯示的樣式。

學生用戶在此可按知識點順序逐一往下學習，也可任意點擊某知識點進行學習。

4.3 實訓功能

這是本系統的核心功能，通過3D場景，模擬實際的操作過程，無論硬件還是軟件操作，3D虛擬場景都與實際操作場景一致（如圖2）。每一操作步驟正確完成了，才能進行下一步驟。

如果不知道下一步怎樣操作，界面上有智能導學，點擊后會有提示應該怎么操作。

操作完成后要填寫相應的實驗報告并上傳。教師可查看學生的完成情況，并批改實驗報告。

4.4 考核功能

考核模式下的實驗操作內容與實訓模式的操作是一致的，但沒有智能提示，對每一步操作步驟，系統自動給其得分。

5結束語

在虛擬實驗環境中，學習者觀看個實驗項目的演示，然后在動態、逼真的學習場景下，按照相應的操作任務，完成對應的實訓任務。這樣，對教材學習與設備使用才有一個完整的理論學習和實踐認知，才能真正達到課程的各項要求。

本虛擬實驗平臺，采用多媒體技術綜合手段，針對教材內的知識，為學習者提供了完整的學習資源。其操作界面簡單直觀、虛擬操作靈活，貼近實際設備，真實感很強。與一般學校實驗操作一樣，先介紹實驗目的和實驗設備。為讓學習者適應虛擬實驗操作的過程，有相應的視頻演示。實訓過程中遇到不知怎么操作時，可以選擇智能導學，有提示指導。

在今年的疫情影響下，網上遠程教育愈發重要。為了克服遠程教育中很難進行的實驗操作短板，我們開發了這樣一個虛擬實驗平臺，希望能為廣大教育工作者和學習者提供更好的教學體驗。

參考文獻

[1] 陳萌，趙永虹，趙珩君.淺談虛擬實驗在學校教學中的應用[J].課程教育研究，2015（14）：226-227.

[2] 王泰健.虛擬電子實驗網絡教學平臺的開發與實踐[J].中國遠程教育，2005（2）：66-68.

[3] 趙永虹，楊永其.計算機組裝與維護[M].成都：四川遠程電子出版社程，2017：79.