趙永虹 徐維 龔藝

摘 要 為適應(yīng)遠(yuǎn)程教育的需要，解決遠(yuǎn)程教育中實(shí)驗(yàn)教學(xué)的薄弱環(huán)節(jié)，采用網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)是我們實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種重要的形式。網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)可以促進(jìn)學(xué)生學(xué)用結(jié)合，實(shí)驗(yàn)的安排更加靈活方便且不受時(shí)間空間限制，只要有網(wǎng)絡(luò)的地方就可以動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。能更好地體現(xiàn)遠(yuǎn)程教育特點(diǎn)、又解決學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力培養(yǎng)的問(wèn)題。另一方面，因?yàn)榻ㄔO(shè)普通實(shí)驗(yàn)室需要較高的經(jīng)費(fèi)投入、場(chǎng)地使用以及維護(hù)人員等問(wèn)題。虛擬實(shí)驗(yàn)可為學(xué)校節(jié)省大量購(gòu)置實(shí)驗(yàn)設(shè)備的經(jīng)費(fèi)和大量場(chǎng)地，減少實(shí)驗(yàn)設(shè)備的維護(hù)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞 計(jì)算機(jī)組裝;計(jì)算機(jī)維護(hù);虛擬實(shí)驗(yàn)

1開(kāi)發(fā)背景

目前國(guó)內(nèi)已開(kāi)發(fā)了不少虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，但即使同一門(mén)課程，不同學(xué)校、不同層次的要求不同，相關(guān)教學(xué)與實(shí)訓(xùn)要求也不同。我們開(kāi)發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)是與課程的教材配套一致，也能自己編輯有關(guān)知識(shí)點(diǎn)，上傳相關(guān)學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn)資源。

計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)是為課程《計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)》實(shí)施遠(yuǎn)程教學(xué)而開(kāi)發(fā)的。網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)可以促進(jìn)學(xué)生學(xué)用結(jié)合，實(shí)驗(yàn)的安排更加靈活方便且不受時(shí)間空間限制，只要有網(wǎng)絡(luò)的地方就可以動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。能更好地體現(xiàn)遠(yuǎn)程教育特點(diǎn)、又解決學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力培養(yǎng)的問(wèn)題。另一方面，因?yàn)榻ㄔO(shè)普通實(shí)驗(yàn)室需要較高的經(jīng)費(fèi)投入、場(chǎng)地使用以及維護(hù)人員等問(wèn)題。虛擬實(shí)驗(yàn)可為學(xué)校節(jié)省大量購(gòu)置實(shí)驗(yàn)設(shè)備的經(jīng)費(fèi)和大量場(chǎng)地，減少實(shí)驗(yàn)設(shè)備的維護(hù)強(qiáng)度。目前四川電大涉及有本課程的專(zhuān)業(yè)有計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)（開(kāi)放及成人本科）、計(jì)算機(jī)信息管理（開(kāi)放專(zhuān)科）、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（開(kāi)放專(zhuān)科）、計(jì)算機(jī)應(yīng)用（成人專(zhuān)科）等，每學(xué)期招生規(guī)模有數(shù)百人。分布于全省的學(xué)生大部分為縣級(jí)以下教學(xué)點(diǎn)，有些位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，基本沒(méi)有用于組裝與維護(hù)的計(jì)算機(jī)部件以及相關(guān)的實(shí)訓(xùn)器材和場(chǎng)所[1]。

2總體目標(biāo)

為適應(yīng)遠(yuǎn)程教育的需要，采用網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)是我們實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種重要的形式，我們以往也在一些課程積累了網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)。例如，2017年完成的《常用辦公設(shè)備使用與維護(hù)網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)室》項(xiàng)目（網(wǎng)址：http：//jpkc.scrtvu.net/new_col/bgsbsyywh/index.html），實(shí)現(xiàn)了相關(guān)實(shí)訓(xùn)的網(wǎng)上操作，但還缺乏一整套完善的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程管理，包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)和指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)具體操作（實(shí)訓(xùn)）、教師設(shè)置實(shí)驗(yàn)報(bào)告與要考核的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、學(xué)生填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告與上傳、實(shí)驗(yàn)操作考核與成績(jī)上傳等功能。我們考慮本項(xiàng)目開(kāi)展能夠?qū)崿F(xiàn)這些功能，同時(shí)可以和學(xué)校的教學(xué)教務(wù)系統(tǒng)對(duì)接，可以雙向傳輸數(shù)據(jù)。然后，下一步把各個(gè)課程的虛擬實(shí)驗(yàn)都集成到一個(gè)平臺(tái)，統(tǒng)一的操作界面，為遠(yuǎn)程教育的課程實(shí)訓(xùn)提供一個(gè)解決方案[2]。

3系統(tǒng)技術(shù)方案

網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)采用多媒體技術(shù)綜合手段，針對(duì)教材各知識(shí)點(diǎn)，為學(xué)習(xí)者提供了完整的學(xué)習(xí)資源。虛擬實(shí)驗(yàn)操作平臺(tái)給學(xué)習(xí)者營(yíng)造了一個(gè)逼真、生動(dòng)的操作學(xué)習(xí)環(huán)境，節(jié)約了珍貴的教師人力和昂貴的設(shè)備資源。

由于教師與學(xué)生的操作方式不同，因此本系統(tǒng)分為相對(duì)獨(dú)立的教師和學(xué)生兩個(gè)模塊。教師登錄后的界面上可進(jìn)入編輯模式，該模式中可進(jìn)行教學(xué)過(guò)程管理，并可編輯知識(shí)點(diǎn)、上傳各種資源。

在每個(gè)操作任務(wù)中，其場(chǎng)景是三維的，并可放大/縮小、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，可靈活選擇各部件及相應(yīng)工具，只有操作正確，才能提示操作成功。學(xué)習(xí)者通過(guò)不斷嘗試、不斷思考，最終完成操作任務(wù)，才能完全領(lǐng)會(huì)掌握計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)的要求。具體技術(shù)方案如下：

（1）B/S 架構(gòu)設(shè)計(jì)，支持網(wǎng)頁(yè)界面操作方式，登錄頁(yè)面支持學(xué)生、教師、系統(tǒng)管理員使用不同的身份登錄系統(tǒng)，不同的身份具有不同的操作權(quán)限。

（2）系統(tǒng)不限客戶端數(shù)，支持同時(shí)在線人數(shù) 5000 人以上。

（3）提供完整的教學(xué)過(guò)程管理功能，包括實(shí)驗(yàn)的開(kāi)課管理、典型實(shí)驗(yàn)庫(kù)的維護(hù)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排、實(shí)驗(yàn)過(guò)程的指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的批改、實(shí)驗(yàn)成績(jī)統(tǒng)計(jì)查詢等功能;針對(duì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)提供實(shí)驗(yàn)過(guò)程智能指導(dǎo)和虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)批改功能。

（4）能與學(xué)校的教務(wù)管理系統(tǒng)和教學(xué)平臺(tái)之間實(shí)現(xiàn)對(duì)接，即能從教務(wù)系統(tǒng)導(dǎo)入各類(lèi)基礎(chǔ)信息（例如學(xué)生信息、專(zhuān)業(yè)規(guī)則信息、教學(xué)點(diǎn)信息、課程信息等），也能從本系統(tǒng)導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)成績(jī)到教務(wù)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)從其他平臺(tái)（例如教學(xué)平臺(tái)）的單點(diǎn)登錄訪問(wèn)（不需要二次輸入賬號(hào)密碼即可進(jìn)入本虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)）。

（5）可擴(kuò)展，可根據(jù)教學(xué)需要靈活添加實(shí)驗(yàn)器材及典型實(shí)驗(yàn);可上傳文字、圖片、視頻、動(dòng)畫(huà)，并可編輯實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ突驅(qū)⒅谱骱玫膶?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕蟼?。?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮趯?shí)訓(xùn)操作時(shí)可移動(dòng)、縮放、和360°旋轉(zhuǎn)。

（6）基于J2EE架構(gòu)開(kāi)發(fā)既可運(yùn)行在windows操作系統(tǒng)（WIN7/WIN8/WIN10），也可以運(yùn)行在unix、linux等操作系統(tǒng)上，內(nèi)核是公開(kāi)的，不存在漏洞、后門(mén)等威脅。系統(tǒng)運(yùn)行于互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)器，在網(wǎng)址首頁(yè)提供客戶端下載安裝[3]。

4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

本系統(tǒng)的用戶分教師和學(xué)生兩類(lèi)。教師用戶可對(duì)界面內(nèi)容進(jìn)行編輯，保存。學(xué)生用戶只能瀏覽、播放，或在3D場(chǎng)景中操作各種對(duì)象，填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告并提交。

4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

進(jìn)入系統(tǒng)后，有教學(xué)、實(shí)訓(xùn)、考核三種模式。其左面是目錄樹(shù)區(qū)，列出相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，可選擇要進(jìn)行教學(xué)（或?qū)嵱?xùn)、考核）的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)入，如圖1。

4.2 教學(xué)功能

教師用戶可編輯目錄樹(shù)，并針對(duì)各知識(shí)點(diǎn)上傳相應(yīng)的文字、表格、圖片、Flash動(dòng)畫(huà)、視音頻（比如錄制好的操作演示）、文檔，以及實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停部勺远x內(nèi)容顯示的樣式。

學(xué)生用戶在此可按知識(shí)點(diǎn)順序逐一往下學(xué)習(xí)，也可任意點(diǎn)擊某知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)。

4.3 實(shí)訓(xùn)功能

這是本系統(tǒng)的核心功能，通過(guò)3D場(chǎng)景，模擬實(shí)際的操作過(guò)程，無(wú)論硬件還是軟件操作，3D虛擬場(chǎng)景都與實(shí)際操作場(chǎng)景一致（如圖2）。每一操作步驟正確完成了，才能進(jìn)行下一步驟。

如果不知道下一步怎樣操作，界面上有智能導(dǎo)學(xué)，點(diǎn)擊后會(huì)有提示應(yīng)該怎么操作。

操作完成后要填寫(xiě)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告并上傳。教師可查看學(xué)生的完成情況，并批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

4.4 考核功能

考核模式下的實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容與實(shí)訓(xùn)模式的操作是一致的，但沒(méi)有智能提示，對(duì)每一步操作步驟，系統(tǒng)自動(dòng)給其得分。

5結(jié)束語(yǔ)

在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，學(xué)習(xí)者觀看個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的演示，然后在動(dòng)態(tài)、逼真的學(xué)習(xí)場(chǎng)景下，按照相應(yīng)的操作任務(wù)，完成對(duì)應(yīng)的實(shí)訓(xùn)任務(wù)。這樣，對(duì)教材學(xué)習(xí)與設(shè)備使用才有一個(gè)完整的理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐認(rèn)知，才能真正達(dá)到課程的各項(xiàng)要求。

本虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用多媒體技術(shù)綜合手段，針對(duì)教材內(nèi)的知識(shí)，為學(xué)習(xí)者提供了完整的學(xué)習(xí)資源。其操作界面簡(jiǎn)單直觀、虛擬操作靈活，貼近實(shí)際設(shè)備，真實(shí)感很強(qiáng)。與一般學(xué)校實(shí)驗(yàn)操作一樣，先介紹實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)設(shè)備。為讓學(xué)習(xí)者適應(yīng)虛擬實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程，有相應(yīng)的視頻演示。實(shí)訓(xùn)過(guò)程中遇到不知怎么操作時(shí)，可以選擇智能導(dǎo)學(xué)，有提示指導(dǎo)。

在今年的疫情影響下，網(wǎng)上遠(yuǎn)程教育愈發(fā)重要。為了克服遠(yuǎn)程教育中很難進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作短板，我們開(kāi)發(fā)了這樣一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，希望能為廣大教育工作者和學(xué)習(xí)者提供更好的教學(xué)體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳萌，趙永虹，趙珩君.淺談虛擬實(shí)驗(yàn)在學(xué)校教學(xué)中的應(yīng)用[J].課程教育研究，2015（14）：226-227.

[2] 王泰健.虛擬電子實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)與實(shí)踐[J].中國(guó)遠(yuǎn)程教育，2005（2）：66-68.

[3] 趙永虹，楊永其.計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)[M].成都：四川遠(yuǎn)程電子出版社程，2017：79.