建工實驗中心實踐教學平臺系統構建

趙俊蘭

(北方工業大學 土木工程學院, 北京 100144)

實驗教學示范中心建設

建工實驗中心實踐教學平臺系統構建

趙俊蘭

(北方工業大學 土木工程學院, 北京 100144)

隨著計算機網絡技術的發展，實驗室管理工作的信息化、網絡化、現代化建設成為必然的發展趨勢。結合北方工業大學建工實驗中心網絡教學平臺的構建，對基于網絡環境下的實驗室綜合管理信息及實驗中心網絡教學進行了研發探索實踐，開發出選擇功能好、操作簡單的軟件，實現了實驗室網絡智能化。

實驗室信息化建設； 網絡教學平臺； 系統構建

教育部教高[2001]4號文件明確指出：“實踐教學對于提高學生的綜合素質，培養學生的創新精神與實踐能力具有特殊作用。”隨著計算機網絡技術的發展，實驗教學及管理工作的信息化、網絡化、智能化已成為必然的發展趨勢[1-5]。近年來，通過對我校建工實驗中心網絡教學平臺的構建進行一系列的探索和實踐，研發基于網絡環境下多層次、立體化、開放式的實踐教學與綜合信息管理平臺系統，為發展現代教育思想、改善實驗實訓環境、優化教學過程、高素質創新人才的培養營造了良好的實驗教學與創新實踐環境[6-9]。

1 系統的需求分析與設計

建工實驗中心網絡教學平臺系統主要由3個部分組成：虛擬實驗交互學習體驗平臺、網絡教學資源信息門戶、網絡教學管理平臺，三者之間的關系如圖1所示。系統平臺的開發工作分為網絡平臺開發和虛擬實驗開發2個部分，其中虛擬實驗開發部分采用了國內領先的生產流水線開發模式，縮短了開發周期、降低了制作成本，相較同類多媒體產品有明顯的優勢，平臺架構合理，數據庫支持SQL Server。網絡教學平臺包含中心簡介、實驗教學資源公示、實驗教學成果展示、多媒體虛擬實驗室、實驗預約管理、師生互動、信息發布等內容。虛擬實驗室的實驗教學不受時間和空間的限制，學習過程生動有趣，收到了良好的教學效果。網絡平臺使教師能夠跟蹤學生的學習狀態，及時掌握和發現實驗過程中的問題并加以指導。

圖1 網絡教學系統3個平臺之間的關系

2 系統解決方案

2.1 系統組成

網絡教學平臺包括中心概況等25個欄目，系統采用數據層、應用支撐層、應用服務層、表現層4層體系架構。它們在系統架構中所處位置如圖2所示。

圖2 系統體系結構

2.2 總體技術路線

采用B/S結構，瀏覽器支持IE5.5以上和FireFox3.0；采用XML文檔和XLS文件存儲交換信息；采用JAVA語言進行系統編碼；客戶支持系統采用SQL Server數據庫；服務器端支持Linux和Windows操作系統，客戶端支持Windows操作系統。

2.3 系統功能描述

系統功能著重于建工實驗中心概況簡介、實驗教學資源公示、實驗教學成果展示、多媒體虛擬實驗室、實驗預約管理、師生互動、對外合作交流發布以及平臺的網絡信息發布系統等功能，輔助以啟發式的智能查詢等技術。系統的功能總圖如圖3所示。

2.4 虛擬實驗室

在虛擬建工實驗室的整體架構、每個實驗室及實驗項目的展示等方面，將圖形圖像、聲音聲效、文本信息、視頻等多種形式的表現手段，結合在靈活多變、可選擇的交互的教學過程中。

虛擬實驗室畫面鏡頭采用硬切、快切、柔化、動態模糊等處理手法，同時采用動靜結合，將一般性的介紹同實驗知識、實驗原理演示有機結合起來。在空間、時間的轉換上采用多維制作手段。學生可通過實驗中心的信息平臺進入多媒體虛擬實驗室，在虛擬環境中反復做實驗，加強對實驗原理、實驗過程、實驗結果的認識；也可以通過中心信息平臺的“網絡教學信息門戶”實現實驗預約、網上提問、在線答疑、資源下載等。

虛擬實驗環境是對每個實驗室真實環境的模擬，學生在進入真實環境之前通過虛擬實驗環境對實驗室有個初步的了解，在虛擬環境中要將每個實驗室主要的設備在環境中布置，實驗設備可以用圖片和模型，但要考慮視覺和計算機運行速度，通過音頻、文字、局部放大等多媒體手段對主要設備進行簡單介紹。當學生想做虛擬實驗的時候可以將需要的設備突出顯示，其他設備屏蔽，此時整個實驗室以虛擬實驗為主。建工實驗中心實踐教學信息化平臺主界面如圖4所示，虛擬實驗室主界面如圖5、圖6、圖7所示。

圖4 建工實驗中心實踐教學信息化平臺界面

圖5 虛擬實驗室界面

圖6 力學虛擬實驗示例

圖7 土力學虛擬實驗示例

實際實驗過程中，每個學生的實驗過程、實驗數據不盡相同，如果用多媒體技術來表現多樣的實驗狀況，將是一個耗時耗力的工程。在建工實驗中心網絡教學平臺，虛擬實驗過程中需要的大量測量數據可以由管理平臺按照實驗的科學性隨機產生，因此，每個學生得到的實驗結果數據是不同的，這就盡可能地讓學生體驗到了真實實驗的感覺，激發學生重復進行虛擬實驗。在虛擬實驗完成后，學生可以提交虛擬實驗分析報告。系統讀取虛擬實驗過程中提交的實驗報告，根據實驗目的和實驗結果，對學生實驗的學習情況進行統計，以柱狀圖、餅狀圖、折線圖等形式表現統計結果，如圖8所示。系統根據學生的實驗報告進行統計分析。

圖8 虛擬實驗報告結果統計示意圖

2.5 網絡教學管理平臺

網絡教學管理平臺相當于整個系統的大腦，它的主要職能是維護系統的安全穩定運行，用戶在虛擬實驗體驗過程中提交的實驗報告，以及信息門戶的用戶注冊、實驗預約申請等信息，集中送到此分析和管理，然后以不同的形式把分析管理的結果展現出來。例如，以餅狀圖、折線圖等統計圖表的形式展現學生在虛擬實驗過程中對實驗原理的掌握情況、在信息門戶的通知公告欄目中通知用戶實驗安排結果等[10]。

網絡教學管理平臺另一個重要的職能是保持虛擬實驗交互學習體驗平臺及信息門戶的數據的準確性、實時性。體驗平臺中的介紹類信息、視頻影像資料、電子表格等內容并不是一成不變的，在管理平臺的對應欄目中進行內容的添加和修改，修改后的內容能夠實時地體現在體驗平臺中及信息門戶中[11]。

該系統平臺在易用性、易擴展性、維護簡便、較高的性價比等方面存在顯著優勢。易用性是系統的內容及操作方法容易被用戶掌握，用戶執行每一項操作的步驟較少；易擴展指的是實驗教學內容的無限擴展、系統欄目的無限增加、平臺和其他系統的無縫連接、平臺提供完整的API開發接口，易于通過技術整合，實現“一平臺，一門戶，多應用”的無縫連接；系統可實現擴展維護、運行維護、人事維護和信息內容維護；平臺建設投入主要體現在購置服務器、數據庫軟件、開發相關知識產權、開發成本、維護成本等方面，其中開發成本、服務器、數據庫軟件、系統維護成本占用了較大份額。

(1) 實驗預約。有實驗申請、申請審核、實驗安排、實驗通知等功能。實驗申請：用戶登錄平臺進行實驗申請；申請審核：教師登錄平臺對學生的實驗申請進行審核；實驗安排：申請通過后教師根據實驗室占用情況安排實驗室；實驗通知：系統根據實驗安排情況對有關教師和學生發布通知。

(2) 網絡辦公。可實現即時通信、教師論壇、在線答疑、通知公告、實驗室信箱等功能。即時通信：通過即時通信建立強大的團隊交流空間和實時實驗協作工具輔助正式實驗教學，可以設定好友分組(例如本教研室、學生、領導等)、可以發送附件、可以選擇某好友分組進行消息群發；教師論壇：教師能夠登錄進入論壇進行學術交流；在線答疑：學生登錄詢問和實驗有關的問題，教師進行回答；通知公告：教師發布通知，可以選擇發送對象、可以選擇是否回執，學生也可以發布通知，例如通知本班學生參加某實驗等；實驗室信箱：教師和學生可以在信箱中反映實驗教學中存在的問題，與學生實時互動交流[12]。

(3) 教學資源。教學資源建設是信息化教學的基礎，是課程建設的重要環節。教學資源制作及管理平臺以豐富教學內容、促進知識建構為目標，著力進行資源建設與整合，建立了跨平臺、可擴展的網絡學習資源，統領實驗中心實驗課程電子教案、各種音視頻信息、多媒體課件和虛擬教學軟件、電子教材等教育資源，形成立體化的教學資源體系。教學資源建設注重擴展性，考慮了教學資源的擴充和持續性，保證教學資源庫中的教學素材能夠不斷豐富和及時更新。

3 結語

建工實驗中心實踐教學管理信息平臺自2009年開始正常運行，各子平臺間的兼容性高、界面簡單友好、用戶權限清晰、系統運行穩定，其應用提高了實踐教學管理的效率，為學校實踐教學質量監控提供了充足的數據支持。

今后平臺應創建精品實驗課程和特色實驗項目，為不同專業的學生提供較大的彈性選擇空間，創造優良的實踐教學環境；繼續完善實驗教學管理模式和信息化、網絡化的實驗管理平臺，繼續擴充網絡平臺中“虛擬實驗室”的建設，使其能夠覆蓋中心大部分的實驗內容；增加畢業設計(論文)管理模塊，主要包括選題管理、開題管理、中期檢查管理和送審、答辯管理等功能。充分利用包括網絡技術、多媒體教學軟件在內的現代教育技術豐富教學資源、拓寬教學的時間和空間、提供學生自主學習的平臺和師生交互的平臺、進行現代化教學信息管理，以滿足個性化教育和全面提高學生科學實驗素質的需要。

References)

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Establishment of practical teaching platform system of experimental center for architectural engineering

Zhao Junlan

(College of Civil Engineering, North China University of Technology, Beijing 100144, China)

With the development of computer network technology, the informationization, network and modernization of the laboratory management become an inevitable trend of development. Combined with the establishment of the network teaching platform of the experimental center for architectural engineering in North China University of Technology, the practice on the development of the laboratory comprehensive information management and the experimental center network teaching is carried out on the basis of the network environment, and the simple software with good selection is developed, realizing the intelligentialization of the laboratory network.

establishment of laboratory informationization; network teaching platform; system construction

G482

A

1002-4956(2017)10-0202-04

10.16791/j.cnki.sjg.2017.10.050

2017-04-26修改日期2017-05-12

2016年北京市教學名師項目(XN002)

趙俊蘭(1962—)，女，貴州習水，教授，設備與工程管理系主任，研究方向為巖土信息技術、“3S”技術及應用.

E-mail：zhao_junlan@163.com