【摘要】基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)就是從所建構(gòu)的虛擬網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)入手，對(duì)電類各門課程的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，達(dá)到遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)及設(shè)計(jì)的目的；所采用的方法是學(xué)生在線登錄系統(tǒng)，按實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目從領(lǐng)料、連線、實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄等全部過程由網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)監(jiān)控完成，且還配以相應(yīng)的測(cè)試系統(tǒng)；這樣的結(jié)果解決了遠(yuǎn)程教學(xué)中由于實(shí)驗(yàn)條件不平衡代來的教學(xué)難度瓶頸；網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)在完善實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)的前提下，將進(jìn)一步推廣到部分畢業(yè)設(shè)計(jì)中。

【關(guān)鍵詞】網(wǎng)絡(luò)平臺(tái) 虛擬實(shí)驗(yàn) 三維界面 測(cè)試系統(tǒng)

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）41-0254-02

0引言

遠(yuǎn)程教育在國內(nèi)外已經(jīng)開展了幾十年，從最初的電視、廣播教學(xué)到目前的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)教學(xué)，技術(shù)手段日趨成熟。目前，不僅遠(yuǎn)程教育借助于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)教學(xué)，所有的教育系統(tǒng)都或多或少的使用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)，然而在遠(yuǎn)程教育中最突出的矛盾就是實(shí)踐性環(huán)節(jié)，由于資源不足，且跟不上科技的發(fā)展速度，不僅實(shí)驗(yàn)設(shè)備參差不齊，實(shí)驗(yàn)效果和監(jiān)控手段也不夠完善。作者在90年代中期已開始嘗試用虛擬實(shí)驗(yàn)軟件進(jìn)行教學(xué)，但由于沒有網(wǎng)絡(luò)的支撐，只能在小范圍內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)。隨著網(wǎng)上教育的廣泛應(yīng)用，基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)驗(yàn)的研究逐漸被人們關(guān)注。虛擬實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)代創(chuàng)新教育的重要手段，是實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享與優(yōu)化配置的重要方式。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域有最廣泛的應(yīng)用前景。隨著科技的不斷發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)已在各類學(xué)校開展起來。2015年教育部首次批準(zhǔn)了100個(gè)國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心?？梢娞摂M實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的地位越來越重要。

網(wǎng)上遠(yuǎn)程虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)的建設(shè)是現(xiàn)代創(chuàng)新教育的重要手段，是實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享與優(yōu)化配置的重要方式。借助于飛速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和信息處理技術(shù)，網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)可以有效地利用各種教育資源優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化資源配置，實(shí)現(xiàn)教育資源利用最大化。

本文所研究的是一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的虛擬教學(xué)系統(tǒng)，主要用于遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中的實(shí)踐環(huán)節(jié)，不僅僅完成電類的各種實(shí)驗(yàn)，而且還可進(jìn)行課程設(shè)計(jì)和部分畢業(yè)設(shè)計(jì)的操作。本系統(tǒng)的主要特色有：

（1）易學(xué)易懂的教學(xué)過程。與單純的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不同，基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的虛擬教學(xué)系統(tǒng)是一種集教學(xué)、實(shí)踐、管理于一體的完整實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)，學(xué)生按賬號(hào)登錄后，可以先從選中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開始進(jìn)行理論復(fù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)過程由網(wǎng)絡(luò)教師以三維動(dòng)畫的形式進(jìn)行視頻教學(xué)，對(duì)操作過程及關(guān)鍵步驟進(jìn)行詳細(xì)講解；（2）強(qiáng)大的管理系統(tǒng)。在基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的虛擬教學(xué)系統(tǒng)中，學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)從數(shù)據(jù)庫中領(lǐng)料開始，從易到難搭建電路，并逐步進(jìn)行測(cè)試，每一個(gè)步驟都由網(wǎng)絡(luò)教師進(jìn)行監(jiān)控，并以文字進(jìn)行提示，完成實(shí)驗(yàn)后提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，由網(wǎng)絡(luò)教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行批改；（3）靈活的更新手段，教師可在基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的虛擬教學(xué)系統(tǒng)中隨時(shí)更新授課內(nèi)容，并給學(xué)生布置階段性測(cè)驗(yàn)，積極吸收與時(shí)俱進(jìn)的新技術(shù)和新資源，在最短時(shí)間內(nèi)更新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容。

1.系統(tǒng)平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)

實(shí)踐性環(huán)節(jié)的教學(xué)主要是幫助學(xué)生理解課堂上的理論知識(shí)、培養(yǎng)動(dòng)手能力的重要手段。傳統(tǒng)的實(shí)踐性環(huán)節(jié)的教學(xué)往往局限于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，在時(shí)間和空間上對(duì)學(xué)生有所限制，同時(shí)也跟不上科技發(fā)展的步伐，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備不能及時(shí)更新，教師指導(dǎo)的時(shí)間和精力都有限等等。這些都限制了學(xué)生動(dòng)手能力和自主學(xué)習(xí)能力的提高。

虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的登錄界面如圖1所示，登錄身份分為4種，每一種身份注冊(cè)后由后臺(tái)管理員激活賬號(hào)，其中平臺(tái)用戶可為非在校師生的臨時(shí)用戶，所享有的權(quán)限有限。學(xué)生注冊(cè)一律按入學(xué)學(xué)號(hào)和姓名注冊(cè)，以便統(tǒng)一管理，如統(tǒng)一進(jìn)行階段性測(cè)試和布置實(shí)驗(yàn)任務(wù)等。

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖2所示。圖中除第二個(gè)模塊內(nèi)容必須要按照箭頭指的方向走以外，其余2個(gè)模塊內(nèi)容都是可以獨(dú)立操作的。這為組織相應(yīng)資源和創(chuàng)新帶了巨大的空間。

2.三大模塊的運(yùn)行

2.1教學(xué)模塊功能

教學(xué)模塊功能是網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的核心部分，該模塊的作用一是設(shè)計(jì)教師要組織實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)的具體內(nèi)容，從理論指導(dǎo)開始，該部分的理論指導(dǎo)不同于教材中從基本概念到公式建立和應(yīng)用的過程，而是直接針對(duì)要做的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容將理論部分的精華在此進(jìn)行總結(jié)，同時(shí)用三維視頻的方式演示實(shí)訓(xùn)中的實(shí)驗(yàn)過程，從對(duì)著原理圖開始領(lǐng)料，將元件插在接線板上，學(xué)生通過移動(dòng)看到的是真實(shí)的印刷電路板，即使在視頻教學(xué)過程中，學(xué)生也可以隨時(shí)翻動(dòng)畫面查看正面插件、反面接線的過程，如圖3所示。由圖可見教學(xué)模塊由三部分組成：最左邊是實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目列表，中間部分是原理圖和文字介紹，最右邊部分是三維視頻動(dòng)畫，聲、圖、文并茂。這在很大程度上解決了遠(yuǎn)程教育中師資力量缺乏，通過遠(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)，可以使成千上萬的學(xué)生非實(shí)時(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，還能詳細(xì)的看到實(shí)訓(xùn)操作的全部過程，起到了費(fèi)省效宏的作用。

該模塊的最大特色有：

（1）具有理論和實(shí)踐相結(jié)合的融通性；（2）界面操作靈活，學(xué)生可以任意滑動(dòng)、暫停、結(jié)束播放過程，對(duì)難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)播放；（3）網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)播放動(dòng)畫往往由于文件大對(duì)網(wǎng)速和機(jī)型要求較高，因此在校園網(wǎng)外無法訪問三維動(dòng)畫或視頻，而本系統(tǒng)采用特殊制作，三維動(dòng)畫文件非常小，在網(wǎng)速較慢和機(jī)型配置較低的情況下播放流暢，翻轉(zhuǎn)自如。（4）每一位注冊(cè)教師均可根據(jù)當(dāng)?shù)貙W(xué)生的實(shí)際情況獨(dú)立設(shè)置一套在線教學(xué)體系，靈活進(jìn)行實(shí)時(shí)備課、授課、調(diào)整實(shí)訓(xùn)內(nèi)容以及網(wǎng)上答疑等操作，而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行、操作及其他注冊(cè)教師的授課內(nèi)容不會(huì)有任何影響。

2.2實(shí)訓(xùn)模塊功能

實(shí)訓(xùn)模塊中主要是給學(xué)生提供實(shí)際操作的環(huán)境，學(xué)生根據(jù)任務(wù)列表或注冊(cè)教師提供的任務(wù)完成實(shí)訓(xùn)操作的全過程。該模塊中仍然為不熟悉實(shí)訓(xùn)原理和過程的學(xué)生提供了實(shí)訓(xùn)的理論知識(shí)要點(diǎn)，實(shí)訓(xùn)的原理圖隨時(shí)可以調(diào)用。設(shè)備和元件均為三維形式，與真實(shí)元件和設(shè)備非常相像，以便留給學(xué)員有一個(gè)真實(shí)環(huán)境的印象。在實(shí)際操作過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生最不容易通過的是領(lǐng)料環(huán)節(jié)，對(duì)一個(gè)中等復(fù)雜的電路而言，元件和設(shè)備多達(dá)幾十種，每一種元件和設(shè)備必須嚴(yán)格按照電路圖上的標(biāo)示、型號(hào)和參數(shù)對(duì)等才能領(lǐng)料成功，因此，對(duì)元件和設(shè)備不熟悉的學(xué)員將反復(fù)調(diào)用授課模塊中的三維動(dòng)畫進(jìn)行學(xué)習(xí)才能通過這一關(guān)。連線過程由于是在插件電路板的反面，看不見電路的布局，因此方向和節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤也是最常見的。對(duì)中等以上復(fù)雜的電路連線完成接通電源后幾乎沒有一個(gè)是一次性通過的，均要進(jìn)行反復(fù)修改，才能使電路正常工作。我們發(fā)現(xiàn)，在網(wǎng)上進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)操作所花費(fèi)的時(shí)間比實(shí)際操作所花費(fèi)的時(shí)間要長(zhǎng)，那是因?yàn)閷W(xué)員不是在真實(shí)環(huán)境中操作，旁邊沒有教師隨時(shí)提醒錯(cuò)誤環(huán)節(jié)，錯(cuò)誤問題出現(xiàn)往往是接通電源后現(xiàn)象不正常才發(fā)現(xiàn)，需要自己從頭理清思路，檢查連線才能找到出錯(cuò)的地方，但一旦找到問題所在，得到的收獲遠(yuǎn)大于真實(shí)環(huán)境完成實(shí)訓(xùn)的收獲。能力提高也更快。endprint

學(xué)員操作流程如圖4所示

2.3 管理模塊功能

本網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與其他獨(dú)立環(huán)境下的虛擬實(shí)驗(yàn)相比主要體現(xiàn)在其強(qiáng)大的功能上，遠(yuǎn)程教育對(duì)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的使用駕輕就熟，學(xué)員也習(xí)慣在網(wǎng)上進(jìn)行學(xué)習(xí)、操作，現(xiàn)將虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)架構(gòu)在平臺(tái)上，學(xué)生只要按學(xué)號(hào)登錄，就直接可以進(jìn)入到虛擬實(shí)驗(yàn)的操作環(huán)境中。該系統(tǒng)實(shí)際是集理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、及強(qiáng)大的管理功能于一體的獨(dú)立完整體系，是理論與實(shí)踐相結(jié)合的最好的交互操作環(huán)境。

該系統(tǒng)的管理模塊分為3大類，教學(xué)管理、實(shí)訓(xùn)管理和測(cè)試管理。教學(xué)管理中教師身份可以更新授課內(nèi)容，將最新的知識(shí)和最先進(jìn)的技術(shù)補(bǔ)充到授課內(nèi)容中去，同時(shí)開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，建立新的實(shí)踐性環(huán)節(jié)的項(xiàng)目。

備課系統(tǒng)特色：選擇平臺(tái)理論目錄、選擇平臺(tái)實(shí)訓(xùn)目錄、選擇平臺(tái)練習(xí)測(cè)試目錄、選擇我的PPT模板、選擇我的項(xiàng)目模板應(yīng)用。教師的身份是實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的核心和設(shè)計(jì)師，在組織一次實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目時(shí)，要考慮遠(yuǎn)程教學(xué)中學(xué)生掌握知識(shí)的層次參差不齊，而要做到讓絕大多數(shù)學(xué)生通過實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，就必須做好充分的學(xué)習(xí)支持服務(wù)所需要的資源，因此，就涉及到教師在備課的時(shí)候選擇什么方式來組織教學(xué)和進(jìn)行實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的順利開展。這是一個(gè)創(chuàng)新的過程，給教師的教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)方法代來巨大的空間，目前各個(gè)行業(yè)都在提倡創(chuàng)新和改革，教育理應(yīng)走在前列。

實(shí)訓(xùn)管理主要是管理學(xué)生實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，監(jiān)控學(xué)生從領(lǐng)料、插件和連線以及測(cè)試結(jié)果的全過程，如果其中出現(xiàn)錯(cuò)誤，網(wǎng)絡(luò)教師將及時(shí)提醒錯(cuò)誤，提醒學(xué)生在制作過程中加以修改。

測(cè)試管理：一般系統(tǒng)中，服務(wù)器設(shè)置的考試時(shí)間通常題默認(rèn)為5～10分鐘，超時(shí)就傳不上去，因此在服務(wù)器控制程序conn.asp中，將程序加入了如下的命令設(shè)置來控制考試時(shí)間和日期的有效性，以保證在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)考題不失效：

Session.Timeout = 144000

Response.Cookies（"SessionID"）.Expires=date+36500

DbName ="./database/exam.mdb"

Set Conn=Server.CreateObject（"ADODB.CONNECTION"）

ConnStr="DBQ="+Server.Mappath（DbName）+"；DefaultDir

=；DRIVER={Microsoft Access Driver （*.mdb）}；"

Conn.Open ConnStr

試卷生成有兩種方案，一種是由教師自己命題發(fā)給學(xué)生進(jìn)行測(cè)試；另一種是按章節(jié)或知識(shí)點(diǎn)建立題庫，在確定內(nèi)容和分?jǐn)?shù)的前提下，由計(jì)算機(jī)隨機(jī)配題，每個(gè)考生所抽的題可完全不同，以避免考試?yán)淄?；另外系統(tǒng)還根據(jù)遠(yuǎn)程教學(xué)的特殊性，解決了考生同時(shí)點(diǎn)擊某一答案時(shí)造成服務(wù)器死機(jī)的現(xiàn)象，解決了10萬人次同時(shí)點(diǎn)擊某答案時(shí)不死機(jī)的問題。

3.結(jié)語

四川廣播電視大學(xué)基于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺(tái)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)，為電類各專業(yè)實(shí)踐性環(huán)節(jié)提供了新型的教學(xué)手段。本文主要闡述了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、平臺(tái)運(yùn)行模式、實(shí)際操作過程的演示。分別從網(wǎng)絡(luò)教師授課、學(xué)生實(shí)訓(xùn)操作和后臺(tái)管理等過程進(jìn)行了介紹。不但解決了遠(yuǎn)程教學(xué)中難以突破的實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)的瓶頸，充分實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐教學(xué)在時(shí)間和空間的延伸，還為學(xué)生提供了一個(gè)強(qiáng)大的虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)基地。本系統(tǒng)自運(yùn)行以來，已經(jīng)過幾輪應(yīng)用，受到廣大師生一致好評(píng)，系統(tǒng)也在不斷的完善中?；诰W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺(tái)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)，使我校實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目不但應(yīng)用于理工類部分專業(yè)，還新推出了文經(jīng)類的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，且正在逐步推進(jìn)部分畢業(yè)設(shè)計(jì)在系統(tǒng)中完成。

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作者簡(jiǎn)介：

馮乃光（1962.07-），女，漢族，重慶市人，本科，四川廣播電視大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院教授，主要研究方向?yàn)殡娮蛹坝?jì)算機(jī)。endprint