基于網絡虛擬實驗室的預習考核系統

摘要：本文介紹了電工電子開放實驗教學中的一種新的應用：基于網絡虛擬實驗室的預考核系統。闡述了該系統的硬件和軟件解決方案以及Flash軟件在該系統中的應用，并用實例證明了該系統是提高開放實驗教學效果的比較好的方法。

關鍵詞：虛擬實驗；預考核；Flash；交互式課件

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）06（b）-0000-00

計算機多媒體技術的迅速發展為教學手段的改革與提高帶來了新的可能與新的方向。近年來，計算機輔助教學課件、計算機網上教學軟件、遠程計算機教學蓬勃興起，展現了教學手段新一輪改革的發展方向與強勁勢頭，可以說，利用多媒體技術對教學手段進行改革正方興未艾。下面介紹計算機多媒體技術的一種新的應用：基于網絡虛擬實驗室的預習考核（后面簡稱預考核）系統。

1 實驗中心的現狀及網絡虛擬實驗預考核的重要性

自從我校電工電子實驗教學中心開放實驗有序進行后，學生可以在實驗中心網站上自行選定實驗時間和實驗內容，實驗模式同以前相比有了很大的變化。開放實驗要求學生課前要通過預習對所做內容進行全盤掌握，否則會使實驗效果大打折扣，而網絡預考核系統的推出可以達到督促學生預習和檢驗預習效果的目的。圖1所示為網絡預考核在開放實驗中的應用示意圖。學生遇到考核不會的情況，可以退出考核并學習實驗中心提供的課件，學會后重新開始考核。

圖1

以前的預考核系統采用出題的方法，這種出題的方法雖然起到了一定的作用，但是考核形式并不直觀，內容和方式同具體實驗有很大的差別，學生對所用儀器還是很陌生，易產生誤操作。隨著計算機技術在實驗教學應用中的普及，虛擬實驗的作用和優勢日漸明顯。為了使考核方式更科學，我們采用虛擬實驗方式進行網絡預考核。同時這種虛擬實驗考核系統也是一種課件，在考核的同時完成了教學任務，可謂一舉兩得。

“虛擬實驗”就是運用計算機相關技術模擬傳統現場實驗的環境，反映實驗的操作步驟和方法，完成有關的實驗任務，使學習者在接觸真實實驗環境和設備、器件時，已有一個初步的理解。虛擬實驗大大改變了傳統的教育手段，通過這一技術，人們可以在逼真的仿真環境中學習和探索現實生活中接觸不到的事物，研究其特點和規律。由于計算機和網絡技術的高速性、共享性、數據管理方便等功能特點，虛擬實驗能夠發揮重要的教學作用。

2 系統硬件結構解決方案

實驗考核系統的硬件結構如圖2所示。客戶首先訪問位于系統服務器的主網站，選定內容后從資源服務器調用所需的內容，資源服務器內容的傳輸采用流媒體技術，瀏覽者可以一邊下載一邊即時觀看、操作，而不需要等到整個互動多媒體文件下載完成。多媒體互動文件在教師機制作完成后上傳至服務器進行補充或更新。

圖2

3 系統的軟件方案設計

3.1 開發軟件的選擇

對于虛擬實驗的開發，最理想的方法是采用VR（Virtual Reality的縮寫）技術，但VR技術對于一般計算機愛好者或操作者很難掌握，大面積推廣使用VR技術開發虛擬實驗不太現實。從形式上來說，網絡虛擬實驗考核系統也可看作是一種課件，能制作多媒體課件的軟件很多，但最適合實現多媒體課件網絡化應用的軟件非Flash莫屬。Flash是一種圖形編輯和動畫制作軟件，主要用于網頁的制作和網絡應用程序的開發，其優點在于：內容豐富多彩、播放效果好；文件容量小、網上運行快捷；交互性強；強大的兼容性。

3.2 課件的結構設計

Flash是一種基于時間軸的開發工具，如果不進行結構設計，而是將所有內容都堆砌到時間軸的關鍵幀中，容易使內容混亂，不利于章節內容的組織，并且不利于開發管理，因此如何把內容組織好是Flash制作課件的基本前提。制作前要認真研究Flash的特點及實現方法，并根據其特點，合理、科學地構建合理的整體結構布局，使課件整體結構邏輯性強、結構清晰、簡單易讀。用Flash制作的文件常見結構類型有：動畫模擬演示型、單場景交互型、多場景導航型、程序腳本類、練習與測試類等。為了實現本系統的網絡化應用， 具體方法是根據化大為小的思路將課件分解為各個功能模塊，將每個模塊制作成獨立的Flash文件，利用LoadMovie命令實現各個模塊之間的相互調用。用這種思想設計出來的課件具備很強的網絡特征，有利于軟件的維護和可持續開發。例如圖3所示為電路實驗中的串聯諧振實驗預考核系統的框架示意圖，其中每個方框是一個場景。

圖3

利用Flash制作出來的文件既較好地實現了模塊化設計的思想，又使課件具備了很強的網絡特性。因為Flash文件在播放時，并不需要先把全部的模塊都裝載到計算機的內存中，只需先裝載主控模塊，需要時，再在主控界面上單擊控制按鈕把其它的模塊裝載運行。

3.3 進行合理的界面設計

界面的設計不僅要向用戶提供一個交互性強的操作環境，而且還要從用戶的感觀享受等方面進行全盤考慮。所以在界面設計時，應該把握整體，統籌安排，恰當布局，制作出和諧統一的課件，達到最佳的教學效果。其中要注意下面兩點：菜單力求簡明合理，層次清晰；突出重要信息。

3.4 交互功能的實現

Flash 提供了ActionScript 腳本編程語言，為交互式課件的制作提供了有力的開發工具。從課件交互的功能上來說，常用的人機交互方式有菜單導航式交互、基于鼠標移動的交互、幀動作交互、影片剪輯動作交互、拖曳交互和基于問答題的計分式交互等。

菜單導航式交互主要是利用按鈕來控制內容的跳轉，需要用到簡單的ActionScript代碼。

基于鼠標移動的交互通常出現于對重點內容或關鍵詞的一些注釋，當鼠標移動到文字或物品上時，鼠標旁會給出相應的信息，鼠標移走后信息消失。

虛擬實驗最重要的技術之一就是如何實現情景化交互。情景化交互是指能在計算機中模擬現實生活，手動操作實驗設備的過程，包括選擇設備器材，拿起并移動設備器材，最后將設備器材在合適位置放下的整個過程。其它交互方式難以體現虛擬實驗的情景化交互，只有拖曳交互可以。所以，拖曳交互是虛擬實驗系統的關鍵交互技術，它能模擬學習者的實驗操作過程和操作方法，能在虛擬環境中獲得類似于模擬現場實驗的操作經驗，如用手拿取實驗設備和實驗儀器的操作等，從而將傳統實驗中的操作過程和操作方法移植到虛擬實驗中，充分發揮虛擬實驗的臨場性和交互性。對拖曳動作應設立判斷程序，如果拖曳動作不正確，要進行相應的提示，如果正確，使用者可繼續進入下一操作步驟。為了能形象地表現拖曳過程，采用特殊的效果表現鼠標的拖動過程。Flash中“拖曳動作”的實現主要使用HitTest（）、StartDrag（）、StopDrag（）以及自定義函數。遇到操作較為復雜的情況，例如在實驗箱上需要連接很多線的情況，答案通常不是唯一的，需要事先列出各種可能性，然后通過ActionScript編程實現正確或錯誤的判斷。

基于題目的交互設計主要包括評語和成績，如要統計考核成績，需要在開始定義全局變量，例如total=0；設置總分數初始為0。后面每個反饋點觸發分數的計算程序。對于正確操作和錯誤操作添加不同的代碼，通過變量的改變判斷考核通過與否。

3.5 將Flash文件集成到網頁中

利用Dreamweaver軟件我們可以直接在網頁文檔中插入Flash文件。Flash 文件可無縫集成到我們制作的網站中，無需彈出其他窗口，從而獲得簡潔的外觀。此外，Flash課件通過在“發布設置”中，選擇“HTML”選項，系統會自動生成一個同名的“HTML”的網頁文件。

3.6 需要教師具有多方面的能力

用Flash制作課件是一項綜合性的工程。編制課件的教師一方面應具有一定傳統教學的經驗，另一方面還要運用現代教育理念和技術解決實際教學問題，尋求教學效果的最優化。許多方面，例如課件素材的準備，元件庫的組織以及課件色彩的搭配等等，都需要認真考慮到。制作一個優秀的Flash課件，界面設計要美觀大方，不落俗套，不僅需要教師教學經驗和知識結構的支持，還要求制作者具備策劃、設計美工、動畫制作、編程能力等，教師只有不斷加強自身的信息技術素養才能制作出好的Flash課件。

4 示例及其教學效果

實驗教學中心過去采用文字形式的預考核方式。例如電子學實驗中關于直流穩壓電源接法的題目通常是這樣出的：

示例1：做本次數字電路實驗應選三路穩壓電源里的（ D ）

A：主路電源 B：從路電源 C：正負電源 D：固定5V電源

示例2：TTL數字電路實驗的Vcc是（ C ）

A：±12V B：±5 V C：+5 V D：-5 V

而在實驗過程中我們發現，很多同學雖然通過了考核，到了實驗室還是會接錯電源。特別是電子學集成運算放大器實驗中±12V電源的接法，如果教師不對此特意講解，每次實驗都會有一批學生接錯或者手足無措。而采用虛擬實驗預考核方式很好地解決了此教學難點。

以下為實現交互功能的部分代碼（因篇幅所限，只列其中一小段）。

stop（）；

t6.d6.onRelease = function（） {

red.stopDrag（）；

red._visible=1；

delete red.onEnterFrame；

yin=\"單擊相應的實驗箱接線端口\"；

t6.onEnterFrame = function（） {

_root.t6.createEmptyMovieClip（\"x1\"， 1）；

with （_root.t6.x1） {

lineStyle（5， 0xBA0101， 100）；

lineTo（_xmouse， _ymouse）；

}

}；

a1.onRelease = function（） {

gotoAndPlay（\"紅導線61\"，1）；

}；

5.結語

開放實驗的多媒體化建設和網絡化建設是一個前景廣闊的研究領域，有很多急待解決的實際問題。虛擬實驗考核雖是剛剛開始的項目，還有許多改進之處，但可以認為是解決開放實驗科學性的一種比較好的方案。它不但是一種管理方法，還可充分調動學生的學習積極性，讓學生多自學、多動腦，培養分析和解決問題的能力，真正起到素質教育的作用。

參考文獻

[1] 曹振翀. 淺談以Flash制作多媒體課件. 廣東：廣東科技，2008（10），第25頁。

[2] 戴仁俊，陳興瑞. Flash在虛擬實驗開發中的實現技術. 教育技術，2008（9）下半月，第15頁。