基于网络的计算机组装与维护虚拟实验概述

赵永虹 徐维 龚艺

摘 要 为适应远程教育的需要，解决远程教育中实验教学的薄弱环节，采用网上虚拟实验是我们实施实验教学的一种重要的形式。网上虚拟实验可以促进学生学用结合，实验的安排更加灵活方便且不受时间空间限制，只要有网络的地方就可以动手做实验。能更好地体现远程教育特点、又解决学生实际动手能力培养的问题。另一方面，因为建设普通实验室需要较高的经费投入、场地使用以及维护人员等问题。虚拟实验可为学校节省大量购置实验设备的经费和大量场地，减少实验设备的维护强度。

关键词 计算机组装;计算机维护;虚拟实验

1开发背景

目前国内已开发了不少虚拟实验系统，但即使同一门课程，不同学校、不同层次的要求不同，相关教学与实训要求也不同。我们开发的虚拟实验是与课程的教材配套一致，也能自己编辑有关知识点，上传相关学习和实训资源。

计算机组装与维护网上虚拟实验是为课程《计算机组装与维护》实施远程教学而开发的。网上虚拟实验可以促进学生学用结合，实验的安排更加灵活方便且不受时间空间限制，只要有网络的地方就可以动手做实验。能更好地体现远程教育特点、又解决学生实际动手能力培养的问题。另一方面，因为建设普通实验室需要较高的经费投入、场地使用以及维护人员等问题。虚拟实验可为学校节省大量购置实验设备的经费和大量场地，减少实验设备的维护强度。目前四川电大涉及有本课程的专业有计算机科学与技术（开放及成人本科）、计算机信息管理（开放专科）、计算机网络技术（开放专科）、计算机应用（成人专科）等，每学期招生规模有数百人。分布于全省的学生大部分为县级以下教学点，有些位于偏远地区，基本没有用于组装与维护的计算机部件以及相关的实训器材和场所[1]。

2总体目标

为适应远程教育的需要，采用网上虚拟实验是我们实施实验教学的一种重要的形式，我们以往也在一些课程积累了网上虚拟实验的经验。例如，2017年完成的《常用办公设备使用与维护网上实验室》项目（网址：http：//jpkc.scrtvu.net/new_col/bgsbsyywh/index.html），实现了相关实训的网上操作，但还缺乏一整套完善的虚拟实验教学过程管理，包括实验教学和指导、实验具体操作（实训）、教师设置实验报告与要考核的实验项目、学生填写实验报告与上传、实验操作考核与成绩上传等功能。我们考虑本项目开展能够实现这些功能，同时可以和学校的教学教务系统对接，可以双向传输数据。然后，下一步把各个课程的虚拟实验都集成到一个平台，统一的操作界面，为远程教育的课程实训提供一个解决方案[2]。

3系统技术方案

网上虚拟实验采用多媒体技术综合手段，针对教材各知识点，为学习者提供了完整的学习资源。虚拟实验操作平台给学习者营造了一个逼真、生动的操作学习环境，节约了珍贵的教师人力和昂贵的设备资源。

由于教师与学生的操作方式不同，因此本系统分为相对独立的教师和学生两个模块。教师登录后的界面上可进入编辑模式，该模式中可进行教学过程管理，并可编辑知识点、上传各种资源。

在每个操作任务中，其场景是三维的，并可放大/缩小、移动、旋转，可灵活选择各部件及相应工具，只有操作正确，才能提示操作成功。学习者通过不断尝试、不断思考，最终完成操作任务，才能完全领会掌握计算机组装与维护的要求。具体技术方案如下：

（1）B/S 架构设计，支持网页界面操作方式，登录页面支持学生、教师、系统管理员使用不同的身份登录系统，不同的身份具有不同的操作权限。

（2）系统不限客户端数，支持同时在线人数 5000 人以上。

（3）提供完整的教学过程管理功能，包括实验的开课管理、典型实验库的维护、实验教学安排、实验过程的指导、实验结果的批改、实验成绩统计查询等功能;针对验证性实验提供实验过程智能指导和虚拟实验结果自动批改功能。

（4）能与学校的教务管理系统和教学平台之间实现对接，即能从教务系统导入各类基础信息（例如学生信息、专业规则信息、教学点信息、课程信息等），也能从本系统导出实验成绩到教务系统。实现从其他平台（例如教学平台）的单点登录访问（不需要二次输入账号密码即可进入本虚拟实验系统）。

（5）可扩展，可根据教学需要灵活添加实验器材及典型实验;可上传文字、图片、视频、动画，并可编辑实验模型或将制作好的实验模型上传。实验模型在实训操作时可移动、缩放、和360°旋转。

（6）基于J2EE架构开发既可运行在windows操作系统（WIN7/WIN8/WIN10），也可以运行在unix、linux等操作系统上，内核是公开的，不存在漏洞、后门等威胁。系统运行于互联网上的服务器，在网址首页提供客户端下载安装[3]。

4系统结构与功能

本系统的用户分教师和学生两类。教师用户可对界面内容进行编辑，保存。学生用户只能浏览、播放，或在3D场景中操作各种对象，填写实验报告并提交。

4.1 系统结构

进入系统后，有教学、实训、考核三种模式。其左面是目录树区，列出相应的知识点，可选择要进行教学（或实训、考核）的知识点进入，如图1。

4.2 教学功能

教师用户可编辑目录树，并针对各知识点上传相应的文字、表格、图片、Flash动画、视音频（比如录制好的操作演示）、文档，以及实验模型，也可自定义内容显示的样式。

学生用户在此可按知识点顺序逐一往下学习，也可任意点击某知识点进行学习。

4.3 实训功能

这是本系统的核心功能，通过3D场景，模拟实际的操作过程，无论硬件还是软件操作，3D虚拟场景都与实际操作场景一致（如图2）。每一操作步骤正确完成了，才能进行下一步骤。

如果不知道下一步怎样操作，界面上有智能导学，点击后会有提示应该怎么操作。

操作完成后要填寫相应的实验报告并上传。教师可查看学生的完成情况，并批改实验报告。

4.4 考核功能

考核模式下的实验操作内容与实训模式的操作是一致的，但没有智能提示，对每一步操作步骤，系统自动给其得分。

5结束语

在虚拟实验环境中，学习者观看个实验项目的演示，然后在动态、逼真的学习场景下，按照相应的操作任务，完成对应的实训任务。这样，对教材学习与设备使用才有一个完整的理论学习和实践认知，才能真正达到课程的各项要求。

本虚拟实验平台，采用多媒体技术综合手段，针对教材内的知识，为学习者提供了完整的学习资源。其操作界面简单直观、虚拟操作灵活，贴近实际设备，真实感很强。与一般学校实验操作一样，先介绍实验目的和实验设备。为让学习者适应虚拟实验操作的过程，有相应的视频演示。实训过程中遇到不知怎么操作时，可以选择智能导学，有提示指导。

在今年的疫情影响下，网上远程教育愈发重要。为了克服远程教育中很难进行的实验操作短板，我们开发了这样一个虚拟实验平台，希望能为广大教育工作者和学习者提供更好的教学体验。

参考文献

[1] 陈萌，赵永虹，赵珩君.浅谈虚拟实验在学校教学中的应用[J].课程教育研究，2015（14）：226-227.

[2] 王泰健.虚拟电子实验网络教学平台的开发与实践[J].中国远程教育，2005（2）：66-68.

[3] 赵永虹，杨永其.计算机组装与维护[M].成都：四川远程电子出版社程，2017：79.