虚拟实验教学系统解决方案

     该系统是国家重点支持的三维立体教学研发项目，得到了国家、市、区等各级政府的支持，系统依据人教版全日制普通中学教科书系列教材制作完成。 该系统超越传统实物教学方法，使微观实验、危险性实验、高成本实验等成为可能，并可进行无限制、多样式的重复操作；无污染、无浪费，通过指导模式进行全程观看指导，通过实验模式进行交互操作训练，参与者与之进行互动，提高参与者的动手能力以及参与热情，使其不但可以很好的理解所展示物体或场景的运行机理、功能划分以及复杂结构，还可提早接触文化创意产业领域，养成在以后的工作、生活中成功运用现代技术的习惯，满足德智美体全面发展的综合型人才的需求，进一步实现技术进步与社会进步共同发展。

近几年来，高校扩招给实验教学带来了巨大的压力。传统的实验教学已经不能满足新形势下的教学要求，从而面临各种各样的问题。
1、 实验室建设费用高昂
        传统的实验教学主要依赖费用高昂的实验设备，存在前期投入大、后期维护费用高，开展过程受时间、地点、人力、物力、财力等限制问题，致使实验教学无法有效开展，严重影响教学质量。
2、 教师指导难以到位
        有限的教师很难在有限的时间内细致地指导大批的学生，教学目标难以达到。设计性和探究性试验更是难以开展。
3、 教学目标难以落实
        培养动手能力、设计能力和创新能力是实验教学的重要目标。但是目前学生主要根据实验指导书进行验证性实验，有些实验操作训练不足，创新能力难以提升。
        针对传统实验教学中存在的教学方法单一，知识学习和实验动手操作相互分离，学生缺乏学习主动性和创造性等问题，我们提出了开放式虚拟实验教学系统的解决方案。北京邮电大学等单位在国家十一五科技支撑计划项目的研究中提出了开放式网上虚拟实验室的解决方案。

        开放式网上虚拟实验室是一种运用虚拟现实技术模拟真实实验的计算机教学软件。它采用多媒体技术在计算机上建立虚拟实验室环境，提供可操作的虚拟实验仪器，使学生在互联网上通过接近真实的人机交互界面完成实验，同时提供网络实验教学的一体化管理功能。开放式网上虚拟实验室又分为课程实验仿真平台和虚拟实验教学管理系统两个部分，在此基础上可建立课程虚拟实验教学系统。
课程实验仿真平台
       课程实验仿真平台与真实实验台类似。用来供学生自己动手配置、连接、调节．和使用实验仪器没备进行实验。实验仿真平台允许根据平台上提供的器材自由搭建任意合理的典型实验，或实验系统案例，这一点是实验仿真平台有别于一般实验教学课件的重要特征。典型实验通常是由精通相关课程的教师设计的。要求学生在此基础上进行实验．可满足教师对各层次实验教学的需求。实验仿真平台也为学生自由搭建实验模犁提供了可能。学生既可通过实验仿真平台动手操作。又可自主设计实验，有利于培养设计能力和创新意识。与器材库(或仪器、设备、材料库)类似，虚拟实验平台通常拥有一个器材栏。用于各类虚拟实验器材的管理。学生可以把器材从器材栏中移到实验台上．或者从实验台上把器材收回到器材栏。
虚拟实验教学管理系统
        要开展虚拟实验教学．就需要通过虚拟实验教学管理系统向学生、教师、教务管理员和系统管理员提供实验教学管理功能。实验答疑与交流教师和学生通过教学论坛进行互动交流，学生可将实验中的经验、教训、收获和问题在论坛上发布，教师可将实验中的不足提出来，师生共同探讨。教师从中可以得到及时的实验教学反馈信息，以便调整实验教学的进度和深度。学生也可从中吸收别人的经验，快速提高自己的能力。
    (1)学生：选课、选择实验、开展实验、接受实验指导、在线提交实验报告、保存和提交实验结果、查询实验成绩和批语
    (2) 教师：典型实验库维护、发布实验、安排实验、批改实验报告、自动批改、智能指导、统计并发布学生的实验成绩和批语。
    (3) 教务管理员：课程计划、开课计划、选课日期设置、开课审核、开课查询。
    (4)系统管理员：用户管理、分组管理、角色管理、权限管理、系统维护等。
        通过虚拟实验教学管理系统，教师既可搭建典型实验或调取实验案例。方便地向学生布置实验任务，还可在实验结束后查看学生的实验结果。给出实验成绩和评价。虚拟实验管理足虚拟实验教学系统的重要特征。是虚拟实验教学系统与一般仿真系统的主要区别。采用网络化的虚拟实验管理可以有效地提高虚拟实验技术在教学上的应用效果。
        实验仿真平台模拟真实实验中所使用的实验器材和设备，提供与真实实验相似的实验环境并实现了网上开放式实验管理功能。用仿真软件组建的虚拟实验室，在实践教学中有益于拓宽实验渠道，有助于增加学生动手实践机会，是现有实验教学的有益补充。
        开放式网上虚拟实验室系列产品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，实现真正意义上的开放实验室。虚拟实验可减少实验设备的维护强度，缓解当前实验设备不足，实现理论教学和实践教学的有机融合。通过建立虚拟实验室，可以解决计算机、电子、通信等学科中的实验教学问题，完善现有实验教学体系。

虚拟实验教学系统特点：
　　系统独特的3456教学模式（三维一体，四大突破，五点创新，六种模式），是虚拟现实技术在教育行业应用的最新研究成果。
　　　　 与虚拟现实技术结合，三维一体

四大突破：

1.     减少危险，安全试验

2.     减少成本，反复使用        

3.     立体展示，现象仿真

4.       易于管理，学习考核

五点创新：

1.立体显示，国内首创
2.自由交互，寓教于乐
3.360度，全方位观看
4.循序渐进，六大学习模块
5.创新模式，培养创新意识

六种模式：

系统功能模块：
1. 系统管理模块
　　分为普通用户账户和管理员账户，普通用户账户检测用户使用系统的权限，并管理用户个人信息资料。管理员账户，对用户数据进行维护。
2. 实验系统模块
　　实验系统模块，主要是供用户进行虚拟实验学习和训练。用户可根据个人情况自由地从虚拟实验系统中选择适合自己的实验模式。
3. 实验用品模块
　　以逼真的三维立体模型和丰富的图片、文字等形式介绍和展示中学化学实验中常用的仪器和药品，以方便用户进行学习和操作。
4. 系统帮助模块
　　系统帮助模块，系统地整合了教学资料，针对每个虚拟实验，提供给用户相关资料和说明，以辅助用户更有效地理解和掌握实验。

目前已经开发完成的虚拟实验系列产品包括：
1、计算机网络课程虚拟实验教学系统
2、计算机网络安全课程虚拟实验教学系统

3、Linux操作系统课程虚拟实验教学系统
4、JAVA程序设计实验教学系统
5、数字电路课程虚拟实验教学系统
6、模拟电路课程虚拟实验教学系统
7、电路分析课程虚拟实验教学系统
8、高频电子线路课程虚拟实验教学系统
9、通信原理课程虚拟实验教学系统
10、信号与系统课程虚拟实验教学系统