筆記本電腦虛擬拆裝實驗教學項目 建設(shè)與應(yīng)用

管維紅 華馳 張蓉 葉春

摘 要：筆記本電腦的拆裝是《計算機組裝與維護》這門課程的重要教學內(nèi)容之一，文章針對當前課程中存在的筆記本電腦拆裝復(fù)雜、具有破壞性和危險性等問題，對筆記本電腦拆裝實驗教學項目進行研究，基于虛擬仿真技術(shù)，開發(fā)了筆記本電腦虛擬拆裝教學系統(tǒng)。該系統(tǒng)不受成本、設(shè)備、場地、時間的限制，使學生能夠很好地掌握筆記本電腦拆裝技巧，為課程后續(xù)內(nèi)容——筆記本電腦故障排除和硬件升級打下了良好的基礎(chǔ)，在實際應(yīng)用中取得了較好的教學效果。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真;實驗教學項目;筆記本電腦;虛擬拆裝

中圖分類號：TP319;G420? ? ? ? 文獻標志碼：B? ? ? ? ?文章編號：1673-8454（2019）24-0041-04

一、引言

虛擬仿真技術(shù)也稱為虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是當前一個熱點話題，主要指通過信息技術(shù)等手段實現(xiàn)可視化、可操作、能交互的虛擬環(huán)境，用虛擬的系統(tǒng)模仿真實的場景[1][2]。其不僅在設(shè)計、制造、交通、農(nóng)業(yè)、生活等方面有廣泛應(yīng)用，也給教育領(lǐng)域帶來了革命性的變革[1-4]?！督逃筷P(guān)于開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設(shè)工作的通知》中指出要深化信息技術(shù)與教育教學深度融合，將實驗教學信息化，拓展實驗教學內(nèi)容廣度和深度，延伸實驗教學時間和空間，提升實驗教學質(zhì)量和水平，積極推進虛擬仿真實驗教學項目的建設(shè)工作[5]。虛擬仿真實驗教學是實驗教學的發(fā)展方向[6]。

虛擬仿真實驗教學項目是在“能實不虛”的基礎(chǔ)上，針對高危險、高消耗、高成本、資源缺乏、難以實現(xiàn)同時受眾面又比較廣的實驗項目進行建設(shè)。同時要進行“虛實結(jié)合”，探索線上線下教學相結(jié)合的新型實驗教學模式[7-9]。

本文主要介紹了計算機平臺課程——《計算機組裝與維護》的建設(shè)情況，其中最重要的教學環(huán)節(jié)是筆記本電腦的拆裝，但學校目前沒有條件完全進行實物拆裝，因此開發(fā)了筆記本虛擬仿真拆裝系統(tǒng)，解決了當前的教學重點和難點，不再受制于成本、時間、設(shè)備數(shù)量、場地、風險等因素，并且拓展了筆記本拆裝的廣度和深度，學生只要通過瀏覽器即可實現(xiàn)校內(nèi)訪問，通過虛擬拆裝系統(tǒng)的練習，掌握了筆記本拆裝的基本步驟和注意事項，為后續(xù)筆記本電腦故障排除和硬件升級等實訓內(nèi)容打下基礎(chǔ)，同時也與后續(xù)內(nèi)容實現(xiàn)虛實結(jié)合。

二、計算機組裝與維護課程建設(shè)情況

《計算機組裝與維護》課程是我校物聯(lián)網(wǎng)工程學院開設(shè)的一門專業(yè)平臺共享課程，同時還面向全校其他專業(yè)學生開設(shè)選修課。每年有2000多名學生參與該課程的學習?！队嬎銠C組裝與維護》課程教學目標是培養(yǎng)學生具有相應(yīng)的職業(yè)素養(yǎng)，掌握計算機拆裝以及故障維修技能，具有利用計算機與互聯(lián)網(wǎng)進行自我學習、溝通合作來解決遇到的軟硬件及網(wǎng)絡(luò)問題的能力，為學生后續(xù)專業(yè)課程的學習及就業(yè)、適崗競爭打下良好的基礎(chǔ)。

目前《計算機組裝與維護》在線開放課已經(jīng)通過學校驗收，并獲江蘇省在線開放課立項建設(shè)，還出版了與在線開放課配套的新形態(tài)一體化教材《計算機組裝與維護項目實踐教程》[10]。《計算機組裝與維護》課程的主要教學內(nèi)容有計算機從業(yè)人員的崗位認知和基本素養(yǎng)，以及計算機拆裝維護過程中的技術(shù)規(guī)范、計算機各大部件的性能參數(shù)及選購要點、臺式機的拆裝和故障排除、操作系統(tǒng)與常見應(yīng)用軟件的安裝、計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識等。

當前高校學生擁有筆記本電腦的比率非常高，尤其是計算機相關(guān)專業(yè)的學生，筆記本電腦是學生日常學習的必需品。在筆記本電腦使用過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)一些軟硬件故障，掌握筆記本電腦的拆裝是筆記本電腦故障維護和硬件升級的前提。因此對于學生來說，不僅要掌握傳統(tǒng)的臺式機的拆裝，更要掌握筆記本電腦的拆裝。因此我們在課程中特別增加了筆記本電腦這個模塊，包含筆記本電腦的購置、拆裝、升級及故障排除等內(nèi)容。

《計算機組裝與維護》課程的教學內(nèi)容主要分為五個模塊（詳見表1）。

其中臺式機模塊中臺式機的拆裝、故障排除可以利用機房淘汰的機器，做到每個學生都有一臺臺式機進行實物操作，軟件安裝以及局域網(wǎng)搭建都可以基于實物進行教學。在筆記本電腦模塊，由于學校實訓室采購的筆記本電腦數(shù)量不多，沒有足夠數(shù)量報廢的筆記本電腦可以使用。筆記本電腦的拆裝不同于臺式機，不同品牌、不同型號的筆記本構(gòu)造不同，拆裝起來差異較大。而且筆記本電腦內(nèi)部部件更為精密，拆裝難度更高，破損率也高，尤其是對于新手，使用學生自己的筆記本電腦進行教學拆裝存在很大的安全隱患。而筆記本電腦的拆裝對于每個學生來說都是一項非常重要的技能，更是后續(xù)筆記本硬件升級和故障排除的前提。針對這個問題，我校與企業(yè)合作開發(fā)了筆記本虛擬仿真拆裝系統(tǒng)，很好地解決了該問題。

三、筆記本電腦虛擬仿真拆裝系統(tǒng)

為了解決筆記本電腦拆裝這個教學重點和難點，我們開發(fā)了筆記本電腦虛擬仿真拆裝系統(tǒng)，不僅解決了筆記本電腦拆裝教具不足的問題，還可以反復(fù)無磨損操作，學習每個零部件的功能和操作，同時讓學生能夠身臨其境地感受使用和拆裝筆記本，展示整個筆記本電腦的拆裝過程，并有操作系統(tǒng)安裝的交互環(huán)節(jié)，讓學生更好地解讀筆記本電腦。

1.系統(tǒng)開發(fā)

筆記本電腦虛擬仿真拆裝系統(tǒng)是基于三維模型開發(fā)的一款教學仿真系統(tǒng)，使用Apache+PHP+MySQL環(huán)境搭建程序。每款進行虛擬仿真的筆記本電腦的每個部件都進行了三維模型的建模，并實現(xiàn)了動畫演示，從教學需求和成本角度出發(fā)，只開發(fā)有限的幾款筆記本電腦，不同筆記本電腦構(gòu)造可以通過學習達到舉一反三、觸類旁通的效果。

本文主要以IBM ThinkPad T60這款筆記本電腦進行截圖演示，系統(tǒng)的主界面見圖1，虛擬仿真的實訓室環(huán)境讓學生使用時感覺身臨其境。實訓室環(huán)境如圖2所示。

為了方便使用，虛擬仿真拆裝系統(tǒng)使用B/S架構(gòu)，將系統(tǒng)部署在服務(wù)器上，學生可以通過瀏覽器直接登錄使用，實現(xiàn)移動學習和泛在學習。系統(tǒng)的后臺使用PHP進行開發(fā)，可以進行題庫管理、學生學號批量導(dǎo)入、設(shè)置考核場次和成績自動錄入保存以及步驟錯誤率統(tǒng)計等功能，后臺軟件功能見圖3。

2.系統(tǒng)功能

系統(tǒng)的功能主要包含零件介紹、零件拆裝動畫以及整體拆裝的練習模式和考核模式，功能框架見圖4。系統(tǒng)實現(xiàn)實訓環(huán)境的仿真演示，營造沉浸式教學環(huán)境。在系統(tǒng)中有教學參考，里面有每款筆記本電腦所有部件的詳細介紹，可以進行放大、縮小并360度旋轉(zhuǎn)查看，同時還有每個部件的拆裝動畫，幫助學生在筆記本電腦拆裝前進行知識儲備，并且提供了整個筆記本電腦拆裝過程的動畫演示，系統(tǒng)教學參考頁面見圖5。

虛擬仿真系統(tǒng)提供練習和考核兩種模式。在系統(tǒng)的上部中間有倒計時時間、操作得分以及錯誤計數(shù)。如果是練習模式在系統(tǒng)右上部有當前操作提示。如果是考核模式，沒有操作提示，并且限時30分鐘。每完成一步有正確或錯誤的提示，系統(tǒng)練習模式見圖6。進行虛擬拆裝時，應(yīng)注重零件的擺放，每個零件必須放置在規(guī)定區(qū)域，這樣可以幫助學生養(yǎng)成良好的操作習慣，遵守操作規(guī)程，提高職業(yè)素養(yǎng)。

筆記本電腦拆裝時，當鼠標放在每個零部件上時，每個零部件的三維模型會呈邊緣發(fā)光狀態(tài)，并顯示該零件的名稱，方便認識每個零件。拆卸筆記本電腦時一般先拆電池，再拆光驅(qū)、硬盤、內(nèi)存等。有些操作有嚴格的先后順序，比如要拆散熱器，必須先拆散熱器上的U型蓋;要拆USB模塊，必須先拆USB模塊的固定器。所有操作均應(yīng)按順序才能依次完成拆卸。

當提示筆記本電腦拆卸完畢之后，可以開始組裝，用鼠標懸浮在桌面特定零件模型上時，被響應(yīng)的零件區(qū)域呈現(xiàn)邊緣發(fā)光效果，將零件安裝至相應(yīng)部位。拆裝過程中特定的幾個零件拆裝順序有邏輯控制。

完成虛擬筆記本電腦安裝后，系統(tǒng)將進入一個交互的操作系統(tǒng)安裝過程，該安裝過程和實際操作系統(tǒng)安裝相同，先進入BIOS，設(shè)置U盤作為第一啟動項，然后加載數(shù)據(jù)后進入安裝，進行操作系統(tǒng)選擇，指定安裝盤等操作之后即可進行安裝，還需要對系統(tǒng)進行基本設(shè)置和網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，打開系統(tǒng)評分頁面，即可給出最終得分和操作的詳細信息，同時成績也在后臺數(shù)據(jù)庫進行記錄。操作系統(tǒng)安裝見圖7，評分界面見圖8。

3.系統(tǒng)使用效果

使用系統(tǒng)后，學生學習的興趣更為濃厚，不僅提高了實踐操作能力，還獲得了滿滿的成就感，原本覺得高深莫測的筆記本電腦內(nèi)部構(gòu)造也揭開了神秘面紗，激發(fā)了學生自主學習的動力。學生通過虛擬仿真系統(tǒng)進行虛擬拆裝，再進行筆記本電腦實物分組拆裝體驗，最終目的是能夠拆裝實物筆記本電腦，為之后的實踐內(nèi)容——筆記本電腦故障排除和筆記本電腦升級打下基礎(chǔ)。在拆裝過程中，強調(diào)工作臺面的擺放整理，培養(yǎng)學生操作規(guī)范意識，提高學生的職業(yè)素養(yǎng)。筆記本電腦拆裝時關(guān)鍵順序有要求，但是不唯一，可以很好地進行思維訓練和綜合能力的培養(yǎng)。

筆記本電腦虛擬仿真拆裝系統(tǒng)也有一些不足，首先就是拆裝時缺乏手感，系統(tǒng)開發(fā)時配備了手柄，可以提供手感，不過手柄操作的靈活性不如鼠標，價格也不菲，所以實際上課時并沒有使用手柄，學生操作的體驗感較弱。在實際拆裝時，不同部件、不同螺絲在拆裝時差異還是比較大的，電腦掌托、底部的蓋板在拆卸時還需要用到撬板，在力道上需要進行一定的控制。這些都是虛擬仿真系統(tǒng)的不足之處，需要在實物拆裝時進行彌補。

為了彌補這一不足，需要強調(diào)實際動手操作時的一些注意事項：使用撬片注意力道，防止劃傷外殼，防止拉斷排線，將筆記本電腦的螺絲分類存放，安裝時注意判斷是否螺絲使用錯了，以防鼓包螺絲。

我們在教學過程中，以典型的幾款筆記本為例，通過系統(tǒng)反復(fù)練習做到胸有成竹，這時再鼓勵學生敢于動手拆裝自己的筆記本電腦，作為筆記本實物拆裝的有利補充。

四、結(jié)束語

本文是基于《計算機組裝與維護》這門課程的教學需要，通過虛擬仿真技術(shù)開發(fā)了筆記本電腦的虛擬仿真實訓系統(tǒng)，通過這個系統(tǒng)解決了筆記本電腦拆裝缺乏教具、拆裝復(fù)雜、高危險、高成本等問題，使學生在輕松愉快的氛圍下熟練掌握拆裝筆記本電腦的技巧，也為課程的后續(xù)學習打下了良好的基礎(chǔ)。同時還激發(fā)了學習興趣，提高了學生的學習效率和實際動手能力，使學生能真正掌握筆記本電腦的拆裝技巧。

使用虛擬拆裝系統(tǒng)，可以促進教學模式的改革，實現(xiàn)線上線下、虛實相結(jié)合，突破傳統(tǒng)實驗教學在設(shè)備、場地等時間、空間、成本上的限制。在進行虛擬仿真系統(tǒng)拆裝之后，關(guān)鍵是要回歸到實物上，虛擬仿真系統(tǒng)的作用是幫助學生熟悉幾款筆記本電腦的拆裝方法，掌握筆記本拆裝的技巧，建立拆裝筆記本電腦的信心，終極目標是基于虛擬拆裝的經(jīng)驗和拆裝筆記本的技巧，能夠真正掌握實物筆記本電腦的拆裝。

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（編輯：李曉萍）