董子和, 黃金彪, 董瀚森, 曾冬銘, 韓響玲, 周思潔, 鐘 宏

(中南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410083)

虛擬仿真技術(shù)探索與實(shí)踐

礦冶工程化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)建設(shè)和實(shí)踐

董子和, 黃金彪, 董瀚森, 曾冬銘, 韓響玲, 周思潔, 鐘 宏

(中南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410083)

構(gòu)建了一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)的礦冶工程化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)。用MySQL構(gòu)建后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù),JSP進(jìn)行前臺(tái)網(wǎng)頁(yè)編程,CSS+DIV實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站頁(yè)面的布局,Java進(jìn)行后臺(tái)管理編程。該平臺(tái)采用Web Service單點(diǎn)登錄技術(shù),通過(guò)校園信息門戶入口統(tǒng)一認(rèn)證、管理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,避免各子系統(tǒng)重復(fù)注冊(cè)和認(rèn)證；實(shí)現(xiàn)了資源和數(shù)據(jù)庫(kù)共享,方便學(xué)生進(jìn)行交互式3D仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目操作、師生互動(dòng)交流和實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)； 教學(xué)管理平臺(tái)； 礦冶工程化學(xué)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)已在我國(guó)高校廣泛應(yīng)用。中南大學(xué)在國(guó)家級(jí)礦冶工程化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)中[1],亟需搭建一個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái),整合相關(guān)專業(yè)的虛擬仿真資源,推動(dòng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用和發(fā)展,為創(chuàng)新人才的培養(yǎng)[2-3]提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和評(píng)估管理功能[4-8]。

1 技術(shù)路線

礦冶工程化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)(簡(jiǎn)稱平臺(tái))要與校園網(wǎng)的安全信息認(rèn)證中心和一卡通管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,要與其他仿真系統(tǒng)和仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,還要兼容各種終端設(shè)備,支持二維、三維的虛擬仿真播放器并進(jìn)行實(shí)時(shí)在線的交互操作。該平臺(tái)的開(kāi)發(fā)技術(shù)路線為：使用MySQL構(gòu)建后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)[9],JSP進(jìn)行前臺(tái)網(wǎng)頁(yè)編程[10],前臺(tái)美工制作使用Dreamweaver CS3,采用CSS+DIV實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站頁(yè)面的布局[11]。平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 虛擬仿真管理平臺(tái)拓?fù)鋱D

2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)

平臺(tái)由系統(tǒng)前臺(tái)、系統(tǒng)后臺(tái)和接口3部分組成(見(jiàn)圖2—圖4)。

圖2 前臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

圖3 后臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

圖4 平臺(tái)接口邏輯圖

系統(tǒng)前臺(tái)主要通過(guò)網(wǎng)頁(yè)展現(xiàn)用戶功能,并完成所有虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程；系統(tǒng)后臺(tái)主要完成對(duì)前臺(tái)功能提供數(shù)據(jù)和管理功能。

接口1和接口2采用Web Service單點(diǎn)登錄技術(shù),完成與校園網(wǎng)信息中心的連接并進(jìn)行身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)傳送；接口3和接口4用來(lái)完成平臺(tái)與其他仿真系統(tǒng)或平臺(tái)的身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)傳送。

3 其他關(guān)鍵技術(shù)

3.1 平臺(tái)和中南大學(xué)信息門戶的集成

平臺(tái)采用單點(diǎn)登錄的Web Service技術(shù),用戶統(tǒng)一從學(xué)校的信息門戶認(rèn)證系統(tǒng)進(jìn)網(wǎng),然后再跳轉(zhuǎn)到開(kāi)放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理和共享平臺(tái),跳轉(zhuǎn)后就已把相應(yīng)用戶的信息導(dǎo)入到本虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理和共享平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)里。

平臺(tái)提供一個(gè)網(wǎng)頁(yè)地址給認(rèn)證系統(tǒng),然后接收身份認(rèn)證系統(tǒng)傳遞過(guò)來(lái)的值,對(duì)此值通過(guò)預(yù)定的算法將運(yùn)算結(jié)果送入平臺(tái)的后臺(tái)接收。如果校方返回的是PASS,則平臺(tái)就通過(guò)驗(yàn)證,否則就是錯(cuò)誤的認(rèn)證請(qǐng)求而予以拒絕。

3.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)與其他虛擬仿真實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)集成

在與第三方軟件系統(tǒng)的集成中,第三方軟件系統(tǒng)是開(kāi)放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)的服務(wù)方。平臺(tái)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中,調(diào)用第三方軟件系統(tǒng)提供的服務(wù)進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

通過(guò)學(xué)校信息中心的安全認(rèn)證取得的個(gè)人信息可以直接寫入平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)；通過(guò)學(xué)校信息中心認(rèn)證后,點(diǎn)擊管理平臺(tái)上與另外一個(gè)系統(tǒng)的鏈接按鈕,可以直接將個(gè)人信息傳送到第三方的數(shù)據(jù)庫(kù)里,并繞過(guò)第三方的認(rèn)證系統(tǒng),直接進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)部分。

4 平臺(tái)功能和應(yīng)用效果

礦冶工程化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)自2015年開(kāi)始在全校應(yīng)用,取得了良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

(1) 通過(guò)與學(xué)?，F(xiàn)有教務(wù)教學(xué)平臺(tái)的無(wú)縫鏈接,為師生提供單點(diǎn)登錄服務(wù),管理人員、教師和學(xué)生通過(guò)學(xué)校教務(wù)系統(tǒng)認(rèn)證后可直接進(jìn)入本系統(tǒng)完成相應(yīng)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。

(2) 提供各類實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)或演示程序的接口標(biāo)準(zhǔn),將符合標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目軟件集成到本系統(tǒng)中,擴(kuò)大了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的課程項(xiàng)目總數(shù)。

(3) 為教師提供網(wǎng)上布置預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)和報(bào)告等教學(xué)環(huán)節(jié),提供智能指導(dǎo)、自動(dòng)批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告和進(jìn)行成績(jī)分析匯總。

(4) 學(xué)生在網(wǎng)上選課、選擇實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)試,利用虛擬設(shè)備和器材自主設(shè)計(jì)和完成實(shí)驗(yàn),撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

(5) 提供引導(dǎo)模式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),供學(xué)生在網(wǎng)上自學(xué)過(guò)程中進(jìn)行典型虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景下的仿真實(shí)驗(yàn)操作,學(xué)習(xí)相關(guān)的理論知識(shí)，觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

(6) 為學(xué)校管理人員查看實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程提供監(jiān)控界面,包括學(xué)生實(shí)驗(yàn)的安排情況、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的提交情況、教師指導(dǎo)和批改的情況、學(xué)生的問(wèn)題和反饋意見(jiàn)。

(7) 提供網(wǎng)上多媒體答疑功能。

(8) 通過(guò)平臺(tái),成功地舉辦了兩屆全校性的虛擬仿真設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)賽,普及、宣傳了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)知識(shí)，培養(yǎng)了一批跨學(xué)科、具有一定開(kāi)發(fā)能力的學(xué)生，并將大賽作品及時(shí)、完整地發(fā)布到了平臺(tái)上。

5 結(jié)語(yǔ)

基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)，通過(guò)校園信息門戶入口統(tǒng)一認(rèn)證、管理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,做到了資源和數(shù)據(jù)庫(kù)共享,豐富了教學(xué)資源,既可以用于理論教學(xué),又可以用于實(shí)踐教學(xué),并消除了各個(gè)子系統(tǒng)需要重復(fù)注冊(cè)、認(rèn)證的信息孤島現(xiàn)象,方便師生使用。

基于虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行交互式三維虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作，完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后期處理、提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核，學(xué)生可以在網(wǎng)上與教師交流、相互討論，提供行業(yè)或者本校發(fā)布相關(guān)信息或新聞,取得了信息共享、交流通暢、管理及時(shí)、數(shù)據(jù)詳實(shí)、使用方便的良好效果。

References)

[1] 鐘宏,韓響玲,劉有才,等.礦冶工程化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心“四位一體”建設(shè)模式的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2014,31(9):10-13.

[2] 梁軍，劉勇平，劉崢.化學(xué)工程與工藝虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心開(kāi)放管理平臺(tái)建設(shè)探索:化工類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革系列研究之三[J].高教論壇,2016(9):25-27.

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[5] 張小波.淺析基于虛擬仿真技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)管理平臺(tái)[J].新校園(上旬刊),2015(8):118.

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Construction and practice of virtual simulation experimental teaching management platform for mining-metallurgy engineering chemistry

Dong Zihe, Huang Jinbiao, Dong Hansen, Zeng Dongming, Han Xiangling, Zhou Sijie, Zhong Hong

(College of Chemistry and Chemical Engineering,Central South University,Changsha 410083,China)

A virtual simulation experimental teaching management platform for mining-metallurgy engineering chemistry is built based on the Internet. MySQL is used to set up the background database,JSP is applied for the front page programming,CSS+DIV is used to implement the layout of the Web page,and Java is applied for the background management programming. By using the Web Service single sign-on technology and through the campus information portal entrance,the unified authentication and management for virtual simulation experimental projects are realized to avoid the repeated registration and certification of each subsystem,and achieve the sharing of resources and databases,which is convenient for the students to carry out the interactive 3D simulation experiment,the interaction with the teachers and the experimental teaching assessment.

virtual simulation experiment; teaching management platform; mining-metallurgy engineering chemistry

10.16791/j.cnki.sjg.2017.07.027

2017-03-09

2015年湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目“礦冶工程化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)及實(shí)踐”(湘教通[2015]291號(hào))

董子和(1963—),男,遼寧撫順,本科,高級(jí)實(shí)驗(yàn)師,主要研究方向?yàn)樘摂M仿真和分析儀器

E-mail：ken-dong@163.com

曾冬銘(1962—),男,湖南湘潭,博士,教授,礦冶工程化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心常務(wù)副主任,主要研究方向?yàn)閼?yīng)用化學(xué).

E-mail：dongmzeng@163.com

G642

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1002-4956(2017)07-0103-03