虛擬仿真實驗教學(xué)中心資源共享平臺的建設(shè)

馬秀飛　王柏華

【摘 要】資源共享是虛擬仿真實驗教學(xué)中心的核心工作。本文以江蘇師范大學(xué)軌道交通信息與控制國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心的資源共享平臺建設(shè)為例，針對資源共享平臺建設(shè)的必要性、虛擬仿真實驗教學(xué)管理平臺的主要功能、資源共享機(jī)制等內(nèi)容進(jìn)行了較為深入的研究。

【關(guān)鍵詞】虛擬仿真實驗中心；共享平臺；實驗室建設(shè)

中圖分類號： U284；G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）34-0049-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.34.019

Construction of Virtual Simulation Experimental Teaching Center Resource Sharing Platform

MA Xiu-fei WANG Bai-hua

（National Virtual Simulation Experimental Teaching Center for Rail Traffic Information and Control，

Jiangsu Normal University，Xuzhou Jiangsu 221116，China）

【Abstract】Resource sharing is a core work for virtual simulation experimental teaching center.Taking the resource sharing platform construction of national virtual simulation experimental teaching center for rail traffic information and control in Jiangsu Normal University as an example，this paper researched the necessity of resource sharing platform construction，the main function of virtual simulation experimental teaching management platform and the mechanism of resource sharing.

【Key words】Virtual simulation experimental center；Sharing platform；Laboratory construction

1 資源共享平臺建設(shè)的必要性

從2013年起，教育部開始進(jìn)行國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心的評審工作，到目前已評審出300個國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心。教育部在《關(guān)于開展國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》（ 教高司函[2013]94號）文件中指出，虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作必須堅持“科學(xué)規(guī)劃、共享資源、突出重點(diǎn)、提高效益、持續(xù)發(fā)展”的指導(dǎo)思想，其核心工作就是共享優(yōu)質(zhì)實驗教學(xué)資源。鼓勵各高校建設(shè)能體現(xiàn)自身學(xué)科優(yōu)勢和專業(yè)特色的虛擬仿真實驗教學(xué)資源，并建立互補(bǔ)互利、優(yōu)勝劣汰的開放共享機(jī)制，引導(dǎo)校內(nèi)、校際、企業(yè)等用戶使用，用戶可支付相應(yīng)的費(fèi)用，用于補(bǔ)償資源開發(fā)和服務(wù)的支出，也可產(chǎn)生合理的利潤，形成良性循環(huán)，最終產(chǎn)生良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益，使資源共享可持續(xù)發(fā)展[1-3]。

為了更好地實現(xiàn)虛擬仿真實驗教學(xué)資源的開放共享，需要根據(jù)實驗教學(xué)資源的不同類型，來搭建合適的資源共享平臺。對于軟件共享類型的虛擬實驗資源，可通過構(gòu)建虛擬仿真實驗教學(xué)管理平臺，加強(qiáng)資源的有序整合和有效對接，實現(xiàn)資源的交叉訪問、檢索、在線學(xué)習(xí)、在線操作、在線測試、自主創(chuàng)新、組合創(chuàng)新等，實現(xiàn)虛擬仿真實驗教學(xué)資源最大化的利用與輻射[3]。

2 搭建虛擬仿真實驗教學(xué)管理平臺

虛擬仿真實驗教學(xué)管理平臺應(yīng)包括公共信息管理、實驗應(yīng)用管理、實驗資源管理、虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)四大功能模塊，統(tǒng)一管理各種虛擬仿真實驗教學(xué)資源，貫穿實驗教學(xué)流程，提供開放共享的實驗環(huán)境，解決虛擬仿真實驗教學(xué)資源的開放共享問題，方便進(jìn)行校際、校企合作新途徑的探索。下面簡要介紹一下各個模塊應(yīng)該具有的功能。

2.1 公共信息管理

（1）用戶統(tǒng)一管理

可定義教師、學(xué)生、管理員三種角色，每種角色應(yīng)擁有不同的功能權(quán)限和使用界面。組織架構(gòu)分為校、院、專業(yè)三個層次，可與用戶數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)形成關(guān)聯(lián)與聯(lián)動。用戶數(shù)據(jù)可進(jìn)行增、刪、改、查，支持基本信息錄入、安全信息復(fù)位重置、批量導(dǎo)入、數(shù)據(jù)自檢排錯與重新導(dǎo)入等功能。

（2）年級＼班信息管理

支持劃分不同年級來對學(xué)生進(jìn)行管理，可對年級信息進(jìn)行設(shè)定和維護(hù)?？蓜?chuàng)建班級，增加班級學(xué)生，修改班級信息，刪除班級等。

（3）教學(xué)活動

可定義每一期個性化實驗的開始與結(jié)束時間，從時間上對實驗活動進(jìn)行全局控制，根據(jù)個性化實驗的期數(shù)歸檔相應(yīng)的教學(xué)活動數(shù)據(jù)。

（4）期數(shù)維護(hù)

可定義學(xué)期的開始與結(jié)束時間以及允許選課的時間范圍，從時間上對學(xué)期內(nèi)的教學(xué)活動進(jìn)行全局控制。

（5）虛實實驗室設(shè)置

可進(jìn)行虛擬實驗室的增、刪、改、查，設(shè)置某虛擬實驗室的最大負(fù)載和時間限制。

也可根據(jù)實體實驗室的實際情況，映射到平臺業(yè)務(wù)系統(tǒng)上，進(jìn)行實體實驗室的增、刪、改、查，設(shè)定最大人數(shù)限制和時間限制。

（6）信息門戶展示

提供平臺公告信息的編輯，如公告、通知、新聞，發(fā)布實驗室管理制度、實驗成果、實踐基地介紹、風(fēng)采展示等。

（7）安全管理

提供用戶使用平臺的登陸日志，記錄登陸IP、登陸時間、離開時間，支持按日期統(tǒng)計分析。

2.2 實驗應(yīng)用管理

（1）應(yīng)用管理

支持對實驗應(yīng)用或系統(tǒng)進(jìn)行分類管理，可直接關(guān)聯(lián)組織構(gòu)架，可對各類實驗應(yīng)用進(jìn)行增、刪、改、查。支持應(yīng)用排序、分類搜索、模糊查詢和統(tǒng)計。

用戶可通過安裝網(wǎng)頁虛擬化接入插件遠(yuǎn)程訪問實驗系統(tǒng)。即可以支持單人實驗，也可以支持團(tuán)隊配合型實驗。對于團(tuán)隊配合型實驗，可將幾個不同的實驗應(yīng)用組合在一起，分派不同的學(xué)生崗位角色以執(zhí)行不同的實驗應(yīng)用，各個角色共同組成一個實驗團(tuán)隊，團(tuán)隊成員利用實驗系統(tǒng)共同完成一項實驗。

可配置實驗系統(tǒng)的臺套數(shù)。對于虛擬臺套，可通過接口從虛擬化應(yīng)用管理后臺服務(wù)端讀??；對于實體實驗臺套，可進(jìn)行增、刪、改、查管理，設(shè)置臺套并發(fā)數(shù)。

（2）虛擬化支持

可對虛擬應(yīng)用進(jìn)行配置與管理，支持對多服務(wù)器做負(fù)載均衡。支持服務(wù)器狀態(tài)管理功能，包括對CPU、內(nèi)存占用率等屬性進(jìn)行監(jiān)控。

支持分時授權(quán)管理，按應(yīng)用的實例數(shù)量進(jìn)行管理，滿足多用戶并發(fā)許可的有效分配。

提供API、SDK等接口，具有與第三方軟件結(jié)合或二次開發(fā)能力。

2.3 實驗資源管理

（1）配置資源

支持對實驗相關(guān)資源進(jìn)行分類管理，可直接關(guān)聯(lián)組織構(gòu)架，對各類信息進(jìn)行增、刪、改、查，支持資源排序。

支持各類資源的上傳，后臺可進(jìn)行流媒體自動轉(zhuǎn)換，文檔類可轉(zhuǎn)為SWF格式，音視頻可轉(zhuǎn)換為flv格式。

（2）使用資源

支持資源的原格式文件下載，用戶可以將自己需要的資源，訂閱到自己的資源庫上。

也可進(jìn)行文本類、圖片類、音頻類、視頻動畫類等各類資源的在線閱讀。

（3）資源評價

支持資源的上傳量、下載量等統(tǒng)計，可以對上傳的學(xué)習(xí)資源進(jìn)行評價。

（4）資源審核

管理員可查看具體的資源信息，對資源內(nèi)容進(jìn)行審核。

2.4 虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)

（1）實驗計劃

可進(jìn)行實驗課程和實驗項目的增、刪、改、查?？蓪嶒炚n程進(jìn)行編輯，包括設(shè)定任課教師、添加實驗項目以及設(shè)置實驗預(yù)習(xí)規(guī)則等。在實驗項目中，即可支持個人型實驗項目，也可支持團(tuán)隊型實驗項目，團(tuán)隊型實驗項目需指明團(tuán)隊中存在的崗位配置信息。學(xué)生還可以申請進(jìn)行個性化創(chuàng)新實驗項目，學(xué)生向教師提出申請，經(jīng)過教師審批即可預(yù)約實驗。

（2）實驗安排

可指定實驗課程的開課周、指導(dǎo)教師、所面向的教學(xué)班等。學(xué)生可網(wǎng)上自由選課，教師可根據(jù)選課的情況安排好某次實驗的人員與具體執(zhí)行時間段。如果是團(tuán)隊型實驗，則需要有組隊的過程，支持棋牌游戲式的學(xué)生自由組隊，也可支持后臺或教師強(qiáng)制性組隊。

（3）實驗預(yù)習(xí)

為了保證實驗的效果，學(xué)生在進(jìn)行預(yù)約實驗前，需要先通過實驗預(yù)習(xí)的關(guān)卡。由教師來指定抽題規(guī)則，以及達(dá)到預(yù)習(xí)要求的判定條件；學(xué)生根據(jù)老師給定的資料進(jìn)行在線預(yù)習(xí)，并進(jìn)行預(yù)習(xí)測評，通過測試之后才可進(jìn)行實驗項目預(yù)約。

（4）實驗預(yù)約

教師或管理員可以把預(yù)約的權(quán)利交給學(xué)生自由預(yù)約，也可以是限制時間段的自由預(yù)約。

由管理平臺根據(jù)服務(wù)器或?qū)嶓w實驗室被預(yù)約占用的情況以及要預(yù)約的人數(shù)情況，來指定某個實驗在哪個虛擬或?qū)嶓w實驗室發(fā)生，在什么時間段內(nèi)發(fā)生，由哪些學(xué)生來進(jìn)行。教師可以看到預(yù)約的情況。

（5）實驗審批

所有自擬實驗項目包括教師或?qū)W生自擬的項目，均需填寫申請表單，并需通過管理員的審批。

（6）虛擬仿真實驗執(zhí)行

學(xué)生或公眾用戶登錄后，可以對自己的預(yù)約實驗、正在進(jìn)行的、已結(jié)束的實驗進(jìn)行查看。

可進(jìn)行線上線下實驗的雙重支持。線上可同時打開一個實驗項目下所用的實驗應(yīng)用進(jìn)行操作；線下可由平臺對學(xué)生進(jìn)行指引，進(jìn)行實體實驗。

學(xué)生可在實驗過程中通過查看教師提交的實驗資源、推薦的優(yōu)秀學(xué)生實驗回放、實驗互動等形式得到實驗指導(dǎo)。

支持web端系統(tǒng)自動錄制學(xué)生操作過程，錄像免干預(yù)自動提交服務(wù)器，老師可當(dāng)時或事后查看學(xué)生操作的整個過程。

教師還可以隨意查看正在實驗的學(xué)生界面情況，進(jìn)行基于web端的實時遠(yuǎn)程并發(fā)監(jiān)控，支持縮略監(jiān)控與詳細(xì)畫面監(jiān)控。

教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間可以通過互動平臺進(jìn)行實時互動，包括文字消息、圖片消息等。

學(xué)生可按要求進(jìn)行實驗，實驗成果可按要求進(jìn)行提交。

（7）實驗評價

教師可以對學(xué)生提交的實驗成果進(jìn)行在線評閱、截圖、評分，也可以對實驗過程的錄播進(jìn)行評閱，對實驗成果進(jìn)行回放查看。對于團(tuán)隊實驗，可全隊批量評分。

在每一次實驗結(jié)束后，學(xué)生可對實驗項目進(jìn)行評價，各項實驗項目的平均得分即為實驗課程得分。

（8）優(yōu)秀實驗展示

教師可對學(xué)生提交的實驗錄像進(jìn)行優(yōu)秀推薦，經(jīng)管理員審批后可發(fā)布優(yōu)秀實驗供學(xué)生參考。管理員具有對優(yōu)秀實驗的查詢和刪除權(quán)限。

（9）統(tǒng)計報表

教師可查看自己所開設(shè)課程的選課情況、每周的實驗預(yù)約等情況，可將學(xué)生成績匯總生成表格，且支持打印。

可統(tǒng)計各實驗系統(tǒng)的使用情況，查詢平臺被使用的日志，包括登錄IP、用戶名等數(shù)據(jù)。

（10）實驗幣管理

管理員可根據(jù)用戶類型（校內(nèi)或校外用戶）來設(shè)置某實驗項目是否收費(fèi)、收費(fèi)多少，收費(fèi)實驗項目必須花費(fèi)實驗幣后才可預(yù)約。

用戶可充值實驗幣，可查詢自己的充值、消費(fèi)、退幣等情況。管理員可查詢用戶充值與使用實驗幣的數(shù)據(jù)，也可接收用戶的退幣申請。

（11）互動交流專區(qū)

管理員、老師、學(xué)生都能發(fā)帖，例如學(xué)生可以發(fā)帖咨詢老師問題等。每個人都可以刪除自己發(fā)的帖子，管理員可刪除老師或?qū)W生發(fā)表的違規(guī)帖子。每個人都可以關(guān)注自己感興趣的貼子。管理員、老師、學(xué)生還可直接收取或給他人發(fā)送消息。

3 虛擬仿真實驗中心的資源共享機(jī)制

我校軌道交通信息與控制國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心，通過搭建虛擬仿真實驗教學(xué)管理平臺，逐步形成面向校內(nèi)、校際、國際、企業(yè)等多層次用戶共享的機(jī)制。

（1）校內(nèi)共享

中心實驗教學(xué)資源可對全校學(xué)生免費(fèi)開放共享，學(xué)生可在課內(nèi)或課外隨時多次地進(jìn)行實驗活動，強(qiáng)化基本能力訓(xùn)練，滿足軌道交通及相關(guān)專業(yè)的實踐教學(xué)需求，提高綜合運(yùn)用專業(yè)知識解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力。教師可利用實驗教學(xué)中心資源進(jìn)行項目試驗和科學(xué)研究，部分成果可轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品或?qū)嶒烅椖?，進(jìn)一步豐富實驗教學(xué)中心資源庫。

（2）校際共享

中心可實現(xiàn)為相關(guān)兄弟院校服務(wù)，為教師科研提供支持，承擔(dān)其相關(guān)專業(yè)的部分實驗和實訓(xùn)任務(wù)。校外教師或?qū)W生可以通過平臺注冊登錄后，充值相應(yīng)的實驗幣，預(yù)約實驗通過管理員審核后，遠(yuǎn)程訪問實驗教學(xué)資源，完成實驗、實訓(xùn)等任務(wù)。這種機(jī)制有利于提高虛擬仿真實驗教學(xué)資源利用率，發(fā)揮區(qū)域輻射引領(lǐng)作用，中心也可以獲得一部分收益，來彌補(bǔ)資源開發(fā)和提供服務(wù)的成本，實現(xiàn)資源共享的可持續(xù)發(fā)展。

（3）國際共享

我校已與俄羅斯圣彼得堡國立交通大學(xué)在軌道交通信號與控制等專業(yè)開展聯(lián)合辦學(xué)，雙方以國際化、大工科、多樣性為特色，以師資共享、優(yōu)勢互補(bǔ)、專業(yè)優(yōu)化為宗旨，共同開展專業(yè)建設(shè)。根據(jù)雙方特點(diǎn)，利用雙方優(yōu)質(zhì)資源，設(shè)置實驗項目，研制實驗設(shè)備，共同開發(fā)虛擬仿真實驗教學(xué)資源，創(chuàng)新與提升實驗教學(xué)水平，努力建設(shè)一流的軌道交通信息與控制虛擬仿真實驗教學(xué)中心。俄方人員同樣可以以校際共享的方式登錄平臺，實現(xiàn)實驗資源共享。

（4）企業(yè)共享

中心可為上海鐵路局徐州電務(wù)段、供電段、徐州高鐵客運(yùn)站等企業(yè)提供高鐵列車模擬駕駛、虛擬檢修、綜合列車運(yùn)行控制系統(tǒng)等虛擬仿真職工培訓(xùn)，同時為企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)等提供全方位、多功能的服務(wù)平臺。企業(yè)用戶同樣可以通過平臺注冊登錄后，充值相應(yīng)的實驗幣，預(yù)約實驗通過管理員審核后，完成相應(yīng)的培訓(xùn)任務(wù)。這一共享機(jī)制將為周邊地區(qū)軌道交通的發(fā)展發(fā)揮積極作用。

4 結(jié)束語

我中心目前擁有豐富的實驗教學(xué)資源和優(yōu)秀的教學(xué)團(tuán)隊，形成了一套切實可行的資源共享管理方法。在學(xué)校的大力支持下，中心將進(jìn)一步加快建設(shè)和發(fā)展步伐，建成具有示范引領(lǐng)、輻射服務(wù)作用的國內(nèi)一流虛擬仿真實驗教學(xué)中心，進(jìn)一步加大資源共享力度，以提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，提升行業(yè)服務(wù)水平和科研支撐能力。

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