基于IOS 6開發環境的《油層物理》課程仿真實驗系統建設

孫致學 劉麗娜 李愛芬 孫仁遠 張凱

《油層物理》是石油工程專業基礎課，其任務是通過室內實驗、課堂教學，使學生掌握石油工程的基本概念方法以及實驗技能，為后續專業課程學習及工作打下基礎。依托高速無線通信網絡及移動終端設備，開發和豐富移動學習的教學資源，探索新的教育模式，讓大學生充分利用碎片化時間實現泛在學習狀態是教師需要思索的課題。筆者在總結回顧不同通信技術發展時期遠程教育特點的基礎上，針對《油層物理》課程特點及實驗內容，結合智能移動終端所具有的便攜性、方便的上網功能和強大的信息處理能力探討了無線互聯網通信技術下的課程移動學習的優勢。在此基礎上，基于蘋果公司的IOS操作系統設計并開發《油層物理》仿真實驗教學系統，對智能移動終端在石油工程專業教學模式改革中的作用進行了初步的探索。

● 基于IOS 6開發環境的仿真實驗系統設計與開發

針對《油層物理》實驗儀器多樣及流程較復雜的特點，對每個實驗諸多設備、裝置進行三維建模，將二維平面圖形構建為虛擬現實所需要的三維模型，建立交互式、浸染式的滿足移動終端操作系統的油層物理實驗仿真系統。該系統開發主要包括以下三個步驟。

第一，油層物理實驗設備元器件三維建模。根據物理實驗內容及類型，調研油藏油層物理實驗裝置及設備屬性參數，應用Solid Works等三維CAD系統軟件構建油藏油層物理實驗設備全三維物理模型，包括高壓氣瓶、巖心夾持器、壓力表、泵、恒溫箱、連接管線等設備。

第二，油層物理仿真系統實驗流程建模。根據特定實驗內容和要求，分別以巖心、油/水流體等作為建模主體，按照室內物理實驗操作流程，構建計算機仿真實驗系統運行機制及實驗流程，為仿真實驗系統的操作模塊提供保證。

第三，油層物理仿真實驗系統開發。根據實驗教學大綱要求，該系統主要包括實驗理論模塊、實驗操作模塊和拓展實驗模塊。實驗理論模塊包括實驗目的、實驗原理、實驗裝置介紹、實驗內容與步驟等部分。實驗操作模塊根據真實實驗操作流程，基于二維圖形編輯的動態調度，應用Unity3D建立物理實驗仿真流程模擬模塊。拓展實驗模塊是除油藏油層物理基礎教學實驗之外，面向高年級用戶提供創新性實驗設計與流程組裝的拓展模塊，可以為用戶創新思維提供仿真實驗驗證的渠道。根據物理實驗的基本原理和軟件工程思想，仿真系統基于Unity3D平臺，借助Photoshop、3DMAX等工具軟件，調用IOS 6的編程接口應用程序開發而成。

● 油層物理仿真實驗系統界面設計與應用初探

根據《油層物理實驗講義》所涵蓋的實驗內容，筆者開發出油層物理仿真實驗系統iLab V1.0版本，包括地層油高壓物性測定、流體飽和度測定等六個實驗。實驗具有相對獨立性，仿真系統搭建包括歡迎界面、實驗列表以及實驗內容等三部分。仿真實驗系統中的高壓氣瓶、巖心夾持器、壓力表、驅替泵等嚴格按照實物應用3DMAX進行三維建模，從幾何形態、設備參數等方面實現部件的模擬。

針對移動終端的油層物理實驗仿真系統具有三維擬真性強，操作性真實感強、高度交互性及實驗流程逼真、規范性及操作標準化等特點。學生通過系統交互包括滑動、輕按、擠壓及旋轉即可完成由某個仿真實驗全過程，包括實驗流程的組裝、元件選取、實驗條件的改變、數據采集及實驗報告的生成。目前，該系統測試版在筆者任課班級進行了初步應用，各個實驗之間獨立性強，每個實驗運行時間約10分鐘左右，學生反饋信息表明，基于智能手機或iPad平板電腦學生可以充分利用乘車、運動間隙等碎片化時間，實現短、平、快的實驗預習和準備，為實驗室實際操作打下基礎。

● 結語

我國繼續教育領域資深專家、全國高校繼續教育學會副理事長兼秘書長嚴繼昌教授指出“移動學習、泛在學習是終身教育體系人人皆學、處處可學、時時能學的最佳學習形式，互聯網和終端設備的發展使傳統的學習方式得到改變，移動學習一定會成為學習型社會的主流”。目前，通識教育網絡課程等公開課的教學資源發展迅速，而針對石油工程等相對冷門工科專業的移動學習教學資源的相對欠缺。針對《油層物理》課程概念多、實驗操作復雜以及理論內容抽象的特點，開發出蘋果公司IOS 6操作環境下的雙向/同步油層物理實驗仿真系統。該仿真系統從教學效果上實現生動、直觀、形象的體驗式學習，從教育理念上實現建構主義學習過程的四大要素（情境、協作、會話和意義建構）的協作互補的作用優勢;從功能上用于油層物理基礎知識的理解深化、實驗流程的預習以及實驗報告生成。測試版應用效果較好，實現學生碎片化時間的充分利用，但在功能和界面上需要進一步發展。借鑒該系統開發思路，可以形成輻射石油工程專業其他課程的移動學習教學資料的開發原則、流程和相應技術方法。總之，隨著智能移動終端設備的日益普及和高速無線互聯網的快速發展，基于智能移動終端的移動學習理論將在石油工程專業教育中發揮更大的作用。