开放式虚拟仿真实验教学管理和共享平台的设计研究

李洁 张雍涛

摘 要：传统实验室的建设经费投入不可小觑，不论是实验仪器设备的购置与维护，还是实验场地的建设与管理，都需要花费大量的人力、物力和财力。因此，在传统实验教学模式下，“投入产出比”往往受到质疑。为此，改革传统实践教学模式，探索适应新时代发展的实践教学新模式，是摆在高校实验教学改革面前的重要课题。

关键词：虚拟仿真；实验教学平台；

Design and Research of Open Virtual Simulation Experiment Teaching

Management and Sharing Platform

LI Jie Zhang Yongtao

（Shandong Xiehe University Shandong Jinan 250107 China）

Abstract：The investment in the construction of traditional laboratories can not be underestimated. Whether it is the purchase and maintenance of experimental equipment or the construction and management of experimental sites， a lot of manpower， material and financial resources are needed. Therefore， in the traditional experimental teaching mode， "input-output ratio" is often questioned. Therefore， reforming the traditional practice teaching mode and exploring the new practice teaching mode adapting to the development of the new era are the important subjects placed in front of the reform of experimental teaching in Colleges and universities.

Key word：virtual simulation； experimental teaching platform；

引言

实验教学一直是高校本科人才培养工作中不可或缺的重要组成部分，关系着培养人才的工程实践能力和工程创新能力。在传统的实验教学模式下，受限于各种条件的约束，学生只能在限定的时间和地点，利用限定的实验设备，完成特定的实验内容。因此，传统实验是完成具有“代表性”和“普适性”的“规定动作”，极大地制约了对学生动手能力及工程创新能力的培养。

1虚拟仿真实验教学管理和共享平台使用现状

（1）多种信息技术整合力度不够。

实验室是分阶段、分层次进行建设的，实验项目是分模块、分方向开设的，不同的阶段、不同的模块对虚拟仿真技术要求各有差异。早期开发的基础扩展类实验项目通常建立的通用开发平台之上，现在的实验项目对专业性和技术性要求较高，要求支撑实验项目的虚拟仿真技术更加专业化，而大多的实验项目是基于单机操作环境，若要更方便地通过互联网平台进行有效地、广泛地示范推广，需要耗费相当大的人力和物力进行网络版改造。

（2）与传统的实体实验室结合不充分。

与传统实体实验室相比，虚拟仿真实验室具有显著的优势，但是不能完全替代前者，这就需要两者相互配合、相互协调。在虚拟仿真实验室建设初期，大多数教师依然习惯于传统的教学方法，对虚拟仿真实验室的认识不深入，不能充分发挥其作用，不能有效地完成“虚拟”与“实体”的整合。

（3）实验教学管理服务不完善。

虚拟仿真实验项目的完成，不仅仅指的试验操作步骤的结束，还包括实验数据分析、实验报告提交、实验问题的讨论与交流、成绩评定等诸多环节，只有各个环节相互配合才能切实有效地发挥虚拟仿真实验室的功能，但是目前管理服务方面还不够完善。

2项目内容介绍

虚拟实验中心门户网站是一个动态 Web 系统，系统内容包括中心介绍、实验教学、实验队伍、管理模式、设备与环境、教学特色、中心新闻/公告/通知等。实验教务管理包括课程库、培养计划、排课、选课、开课审核等功能。实验教学管理包括现场实验安排、虚拟实验安排、实验批改、考勤管理、成绩管理、实验报告等。模块程序编写的过程中主要注意功能程序的可引用性，功能程序是指能獨立完成至少某一特定功能或作用的部分程序。主要包括语句的可引用性、Form的可引用性以及界面外观的可引用性。

中心门户网站是一个动态 Web 系统，相比与传统的静态网站。有以下突出特点。交互性：网页会根据用户的要求和选择而动态地改变和响应，浏览器作为客户端，成为一个动态交流的桥梁，动态网页的交互性也是今后 Web 发展的潮流。 自动更新：即无须手动更新 HTML 文档，便会自动生成新页面，可以大大节省工作量。 因时因人而变：即当不同时间、不同用户访问同一网址时会出现不同页面。

动态网站在页面里嵌套了程序，这种网站对一些框架相同，更新较快的信息页面进行内容与形式的分离，将信息内容以记录的形式存入了网站的数据库中，以便于网站各处的调用。这样，我们看到的一个页面，可能在服务器上不一一对应某个 html 的文件了，网页框架里套了很多数据库里的记录中的内容。

3项目预期效果

开放式虚拟仿真实验教学的管理和共享平台能够建有专用的网络虚拟实验室网站，完备的虚拟实验教学管理系统。通过借助虚拟信息化手段避免一些计算机硬件基础方面的课程对于大型硬件实验箱的需求，提高了高校实验室管理的工作效率，和大型设备的需求预算。虚拟仿真实验教学依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生在虚拟环境中开展实验，从而达到教学大纲所要求的教学效果。

通过师生互动交流：实时答疑、在线留言等。实现了实验教学手段的转变，促进了教与学的双向转变，提高了教师信息技术应用能力。实验教学管理：现场实验安排、虚拟实验安排、实验批改、考勤管理、成绩管理、实验报告等。完善了管理体制和运行机制。

4项目设计中存在的问题

（1）在开放式虚拟仿真实验教学管理和共享平台的设计研发过程中，除了要对每个功能模块进行详细的设计和分析，另外，还需要关注数据的更新问题。

如虚拟实验和仿真软件的运行环境的配置，以及学生练习、自测、课件等学习资料的上传和更新等。如实验教务管理中课程库、培养计划、排课、选课、开课审核等功能的实现，实验内容的变化应该根据培养计划、课程库等数据的变化而更新等。

（2）实验前学生通过练习、自测、课件等方式学习实验理论知识等资料的上传问题。

题库管理是平台的内容部分，提供学生实验前的练习、自测、课件等方式的理论知识的学习的具体内容，可以在系统建立的初期上传一部分，等系统测试运行正常后，可根据后期建设的需要不断添加。

参考文献

[1]刘清涛，张新荣，贺朝霞.工程机械开放式虚拟仿真实验教学管理平台建设[J].实验技术与管理，2018，35（07）：148-151.

[2]牛学真. 开放式虚拟实验教学平台集成技术研究[D].北京邮电大学，2014.

*基金项目：山东省高等学校国家级大学生创新创业训练计划项目， 开放式虚拟仿真实验教学管理和共享平台的设计（项目编号：201813324033）。

作者简介：

李洁（1985-），女，山东济宁人，助教，硕士，研究方向为计算机技术。

张雍涛（1999-），男，山东威海人，学生，研究方向为软件工程。作者单位：山东协和学院。