虛擬仿真實訓平臺的研究與設計

摘 要：近年來，隨著信息技術的發展，虛擬仿真實訓在職業教育中開始進行廣泛的應用。在實訓教學中使用虛擬仿真技術能夠有效的解決一系列突出問題，如危險性大、真實實訓室建設費用高、環境污染、個性化導訓、智能化考試等。我國的職業教育已進入了發展的關鍵階段，開發虛擬仿真實訓平臺，將虛擬現實（ Virtual Reality，簡稱VR技術） 技術運用于職業教育，是解決當前職業教育實踐教學需求大、渠道窄、有效性不強、資金短缺等問題的重要途徑。

關鍵詞：虛擬仿真實訓平臺；系統設計；研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.209

目前，大多數高校都使用了虛擬仿真實訓教學軟件，但由于每個專業或課程的情況不同，購買虛擬仿真實訓教學軟件所采用的工作環境、體系結構、編程語言、開發方法等也各不相同。由于學校管理工作的復雜性，各院校甚至院校內各專業的虛擬仿真實訓教學軟件建設大都自成體系，各自為政，形成了“信息孤島”。主要面臨如下問題：（1）管理混亂，各種仿真實訓教學軟件缺乏統一的集中管理；（2）使用不規范，缺乏統一的操作模式和管理方式；（3）可擴展性差，無法支持課程和相應實驗的擴展；（4）各系統的數據無法共享，容易形成“信息孤島”；（5）缺乏足夠的開放性；（6）軟件部署復雜，不同的軟件不能運行在同一臺服務器上。

1 虛擬仿真平臺的使用技術

虛擬仿真實訓平臺中操縱不是真實的實訓設備和儀器，而是使用軟件虛擬仿真出來的實訓設備。但是虛擬設備與真實設備具有一樣的屬性及功能特點。基于WEB方式的虛擬仿真實訓平臺可以讓學生在不同時間不同地點都能通過互聯網進行實訓，因此，基于WEB的B/S模式是實現虛擬仿真實訓平臺的趨勢。

2 虛擬實訓的實現方法

虛擬實訓實現的相關技術內容包括：建立共享型實訓教學資源庫、建立共享型數據庫、能夠支持教師與學生之間的溝通交流、可靠的安全機制、協同虛擬環境實現技術、面向對象編程方法的實現。

在設計虛擬實訓室應當考慮如下：（1）虛擬實訓室的設計應考慮友好的操作頁面并且注重交互性；（2）虛擬實訓室系統的運行應遵循安全性和可靠性原則；（3）虛擬實訓室的軟件系統應具備良好的可拓展性和可維護性，在實訓內容發生改變或實訓內容有所增加的情況下能方便的做出調整。

3 虛擬仿真實訓平臺的設計

3.1 設計原則

虛擬仿真實訓平臺設計依據互動性、易用性、實用性、經濟性、可拓展性，可維護性的原則來設計。充分結合三維模型構建技術、虛擬儀器技術、實驗場景虛擬構建技術、信息安全技術、網站建設技術。虛擬仿真實訓平臺采用ASP.NET（C#）語言編寫，數據庫采用SQL SERVER2005。

3.2 總計設計

虛擬仿真實訓平臺是基于實訓項目系統。 WEB服務器是后臺服務器與客戶端瀏覽器之間的橋梁，學生通過瀏覽器登陸虛擬仿真實訓平臺，用戶認證服務器驗證用戶身份，頒發在線實訓平臺網站數字證書。學生通過瀏覽器請求實訓服務，WEB服務器根據請求服務發給虛擬仿真實訓服務器，再由實訓后臺服務執行相應的訓練業務邏輯處理。實訓項目數據庫服務器用于存儲實訓項目相關數據、用戶使用的信息數據、項目的信息數據、服務器設備的信息數據等實訓項目的數據管理工作，包括實訓項目相關數據的創建、查詢、修改等功能。

虛擬仿真實訓平臺的開發采用MVC的設計模式及把業務邏輯層與數據層、表示層分開。系統做到低藕合，即某功能模塊的業務邏輯發生改變也不會對其它功能模塊造成任何影響。系統采用分工協作開發，實現系統的快速開發，同時系統也達到高穩定性、可擴展性和可維護性的標準。

遵循上述設計原則，將虛擬仿真實訓平臺系統從邏輯上分為門戶層、服務應用層、核心服務層、服務支撐層、數據層。

3.3 虛擬仿真實訓平臺的模塊設計

平臺的主要模塊及功能如下：

門戶網站：包括學院實訓信息及動態，實訓教學安排情況，各課程的實訓內容介紹等信息的發布。

實訓教學資源庫：包括各課程實訓教學資源，包括實訓指導書，任務書，具體的實訓內容及步驟的文字，視頻資源。

實訓教學管理：包括實訓教學的安排，實訓教學計劃，實訓地點的管理，各實訓室的介紹。

實訓教學互動答疑：課前課后學生與教師的互動平臺，學生可以在此模塊下進行提問，教師可以對學生進行輔導答疑。

實訓教學效果評估：學生可以通過此模塊了解到自己的實訓成績，并且此模塊可以通過對學生的實訓成績進行統計與分析，總結出學生掌握實際操作的薄弱環節。

4 結束語

虛擬仿真實訓平臺的建設對高職院校的信息化建設的完善有著支撐作用，對高職院校的實訓教學的管理以及實訓教學水平的提高有著輔助及推動作用。

參考文獻：

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[2]高洪波，王鳳先基于的虛擬實驗系統體系結構設計[J].河北省科學院學報，2003（02）.

[3]尹湛華，朱海洋.虛擬仿真技術在高職實踐教學中的比較優勢[J].南昌高專學報，2008（08）.

作者簡介：管煜（1985-），男，湖南祁東人，本科，助教職稱，研究方向：計算機軟件。