虛擬仿真實驗教學中心資源共享平臺的建設

馬秀飛　王柏華

【摘 要】資源共享是虛擬仿真實驗教學中心的核心工作。本文以江蘇師范大學軌道交通信息與控制國家級虛擬仿真實驗教學中心的資源共享平臺建設為例，針對資源共享平臺建設的必要性、虛擬仿真實驗教學管理平臺的主要功能、資源共享機制等內容進行了較為深入的研究。

【關鍵詞】虛擬仿真實驗中心；共享平臺；實驗室建設

中圖分類號： U284；G642.423 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）34-0049-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.34.019

Construction of Virtual Simulation Experimental Teaching Center Resource Sharing Platform

MA Xiu-fei WANG Bai-hua

（National Virtual Simulation Experimental Teaching Center for Rail Traffic Information and Control，

Jiangsu Normal University，Xuzhou Jiangsu 221116，China）

【Abstract】Resource sharing is a core work for virtual simulation experimental teaching center.Taking the resource sharing platform construction of national virtual simulation experimental teaching center for rail traffic information and control in Jiangsu Normal University as an example，this paper researched the necessity of resource sharing platform construction，the main function of virtual simulation experimental teaching management platform and the mechanism of resource sharing.

【Key words】Virtual simulation experimental center；Sharing platform；Laboratory construction

1 資源共享平臺建設的必要性

從2013年起，教育部開始進行國家級虛擬仿真實驗教學中心的評審工作，到目前已評審出300個國家級虛擬仿真實驗教學中心。教育部在《關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知》（ 教高司函[2013]94號）文件中指出，虛擬仿真實驗教學中心建設工作必須堅持“科學規劃、共享資源、突出重點、提高效益、持續發展”的指導思想，其核心工作就是共享優質實驗教學資源。鼓勵各高校建設能體現自身學科優勢和專業特色的虛擬仿真實驗教學資源，并建立互補互利、優勝劣汰的開放共享機制，引導校內、校際、企業等用戶使用，用戶可支付相應的費用，用于補償資源開發和服務的支出，也可產生合理的利潤，形成良性循環，最終產生良好的社會和經濟效益，使資源共享可持續發展[1-3]。

為了更好地實現虛擬仿真實驗教學資源的開放共享，需要根據實驗教學資源的不同類型，來搭建合適的資源共享平臺。對于軟件共享類型的虛擬實驗資源，可通過構建虛擬仿真實驗教學管理平臺，加強資源的有序整合和有效對接，實現資源的交叉訪問、檢索、在線學習、在線操作、在線測試、自主創新、組合創新等，實現虛擬仿真實驗教學資源最大化的利用與輻射[3]。

2 搭建虛擬仿真實驗教學管理平臺

虛擬仿真實驗教學管理平臺應包括公共信息管理、實驗應用管理、實驗資源管理、虛擬仿真實驗教學系統四大功能模塊，統一管理各種虛擬仿真實驗教學資源，貫穿實驗教學流程，提供開放共享的實驗環境，解決虛擬仿真實驗教學資源的開放共享問題，方便進行校際、校企合作新途徑的探索。下面簡要介紹一下各個模塊應該具有的功能。

2.1 公共信息管理

（1）用戶統一管理

可定義教師、學生、管理員三種角色，每種角色應擁有不同的功能權限和使用界面。組織架構分為校、院、專業三個層次，可與用戶數據、資源數據形成關聯與聯動。用戶數據可進行增、刪、改、查，支持基本信息錄入、安全信息復位重置、批量導入、數據自檢排錯與重新導入等功能。

（2）年級＼班信息管理

支持劃分不同年級來對學生進行管理，可對年級信息進行設定和維護。可創建班級，增加班級學生，修改班級信息，刪除班級等。

（3）教學活動

可定義每一期個性化實驗的開始與結束時間，從時間上對實驗活動進行全局控制，根據個性化實驗的期數歸檔相應的教學活動數據。

（4）期數維護

可定義學期的開始與結束時間以及允許選課的時間范圍，從時間上對學期內的教學活動進行全局控制。

（5）虛實實驗室設置

可進行虛擬實驗室的增、刪、改、查，設置某虛擬實驗室的最大負載和時間限制。

也可根據實體實驗室的實際情況，映射到平臺業務系統上，進行實體實驗室的增、刪、改、查，設定最大人數限制和時間限制。

（6）信息門戶展示

提供平臺公告信息的編輯，如公告、通知、新聞，發布實驗室管理制度、實驗成果、實踐基地介紹、風采展示等。

（7）安全管理

提供用戶使用平臺的登陸日志，記錄登陸IP、登陸時間、離開時間，支持按日期統計分析。

2.2 實驗應用管理

（1）應用管理

支持對實驗應用或系統進行分類管理，可直接關聯組織構架，可對各類實驗應用進行增、刪、改、查。支持應用排序、分類搜索、模糊查詢和統計。

用戶可通過安裝網頁虛擬化接入插件遠程訪問實驗系統。即可以支持單人實驗，也可以支持團隊配合型實驗。對于團隊配合型實驗，可將幾個不同的實驗應用組合在一起，分派不同的學生崗位角色以執行不同的實驗應用，各個角色共同組成一個實驗團隊，團隊成員利用實驗系統共同完成一項實驗。

可配置實驗系統的臺套數。對于虛擬臺套，可通過接口從虛擬化應用管理后臺服務端讀取；對于實體實驗臺套，可進行增、刪、改、查管理，設置臺套并發數。

（2）虛擬化支持

可對虛擬應用進行配置與管理，支持對多服務器做負載均衡。支持服務器狀態管理功能，包括對CPU、內存占用率等屬性進行監控。

支持分時授權管理，按應用的實例數量進行管理，滿足多用戶并發許可的有效分配。

提供API、SDK等接口，具有與第三方軟件結合或二次開發能力。

2.3 實驗資源管理

（1）配置資源

支持對實驗相關資源進行分類管理，可直接關聯組織構架，對各類信息進行增、刪、改、查，支持資源排序。

支持各類資源的上傳，后臺可進行流媒體自動轉換，文檔類可轉為SWF格式，音視頻可轉換為flv格式。

（2）使用資源

支持資源的原格式文件下載，用戶可以將自己需要的資源，訂閱到自己的資源庫上。

也可進行文本類、圖片類、音頻類、視頻動畫類等各類資源的在線閱讀。

（3）資源評價

支持資源的上傳量、下載量等統計，可以對上傳的學習資源進行評價。

（4）資源審核

管理員可查看具體的資源信息，對資源內容進行審核。

2.4 虛擬仿真實驗教學系統

（1）實驗計劃

可進行實驗課程和實驗項目的增、刪、改、查。可對實驗課程進行編輯，包括設定任課教師、添加實驗項目以及設置實驗預習規則等。在實驗項目中，即可支持個人型實驗項目，也可支持團隊型實驗項目，團隊型實驗項目需指明團隊中存在的崗位配置信息。學生還可以申請進行個性化創新實驗項目，學生向教師提出申請，經過教師審批即可預約實驗。

（2）實驗安排

可指定實驗課程的開課周、指導教師、所面向的教學班等。學生可網上自由選課，教師可根據選課的情況安排好某次實驗的人員與具體執行時間段。如果是團隊型實驗，則需要有組隊的過程，支持棋牌游戲式的學生自由組隊，也可支持后臺或教師強制性組隊。

（3）實驗預習

為了保證實驗的效果，學生在進行預約實驗前，需要先通過實驗預習的關卡。由教師來指定抽題規則，以及達到預習要求的判定條件；學生根據老師給定的資料進行在線預習，并進行預習測評，通過測試之后才可進行實驗項目預約。

（4）實驗預約

教師或管理員可以把預約的權利交給學生自由預約，也可以是限制時間段的自由預約。

由管理平臺根據服務器或實體實驗室被預約占用的情況以及要預約的人數情況，來指定某個實驗在哪個虛擬或實體實驗室發生，在什么時間段內發生，由哪些學生來進行。教師可以看到預約的情況。

（5）實驗審批

所有自擬實驗項目包括教師或學生自擬的項目，均需填寫申請表單，并需通過管理員的審批。

（6）虛擬仿真實驗執行

學生或公眾用戶登錄后，可以對自己的預約實驗、正在進行的、已結束的實驗進行查看。

可進行線上線下實驗的雙重支持。線上可同時打開一個實驗項目下所用的實驗應用進行操作；線下可由平臺對學生進行指引，進行實體實驗。

學生可在實驗過程中通過查看教師提交的實驗資源、推薦的優秀學生實驗回放、實驗互動等形式得到實驗指導。

支持web端系統自動錄制學生操作過程，錄像免干預自動提交服務器，老師可當時或事后查看學生操作的整個過程。

教師還可以隨意查看正在實驗的學生界面情況，進行基于web端的實時遠程并發監控，支持縮略監控與詳細畫面監控。

教師與學生、學生與學生之間可以通過互動平臺進行實時互動，包括文字消息、圖片消息等。

學生可按要求進行實驗，實驗成果可按要求進行提交。

（7）實驗評價

教師可以對學生提交的實驗成果進行在線評閱、截圖、評分，也可以對實驗過程的錄播進行評閱，對實驗成果進行回放查看。對于團隊實驗，可全隊批量評分。

在每一次實驗結束后，學生可對實驗項目進行評價，各項實驗項目的平均得分即為實驗課程得分。

（8）優秀實驗展示

教師可對學生提交的實驗錄像進行優秀推薦，經管理員審批后可發布優秀實驗供學生參考。管理員具有對優秀實驗的查詢和刪除權限。

（9）統計報表

教師可查看自己所開設課程的選課情況、每周的實驗預約等情況，可將學生成績匯總生成表格，且支持打印。

可統計各實驗系統的使用情況，查詢平臺被使用的日志，包括登錄IP、用戶名等數據。

（10）實驗幣管理

管理員可根據用戶類型（校內或校外用戶）來設置某實驗項目是否收費、收費多少，收費實驗項目必須花費實驗幣后才可預約。

用戶可充值實驗幣，可查詢自己的充值、消費、退幣等情況。管理員可查詢用戶充值與使用實驗幣的數據，也可接收用戶的退幣申請。

（11）互動交流專區

管理員、老師、學生都能發帖，例如學生可以發帖咨詢老師問題等。每個人都可以刪除自己發的帖子，管理員可刪除老師或學生發表的違規帖子。每個人都可以關注自己感興趣的貼子。管理員、老師、學生還可直接收取或給他人發送消息。

3 虛擬仿真實驗中心的資源共享機制

我校軌道交通信息與控制國家級虛擬仿真實驗教學中心，通過搭建虛擬仿真實驗教學管理平臺，逐步形成面向校內、校際、國際、企業等多層次用戶共享的機制。

（1）校內共享

中心實驗教學資源可對全校學生免費開放共享，學生可在課內或課外隨時多次地進行實驗活動，強化基本能力訓練，滿足軌道交通及相關專業的實踐教學需求，提高綜合運用專業知識解決問題的能力，培養學生的科技創新能力。教師可利用實驗教學中心資源進行項目試驗和科學研究，部分成果可轉化為產品或實驗項目，進一步豐富實驗教學中心資源庫。

（2）校際共享

中心可實現為相關兄弟院校服務，為教師科研提供支持，承擔其相關專業的部分實驗和實訓任務。校外教師或學生可以通過平臺注冊登錄后，充值相應的實驗幣，預約實驗通過管理員審核后，遠程訪問實驗教學資源，完成實驗、實訓等任務。這種機制有利于提高虛擬仿真實驗教學資源利用率，發揮區域輻射引領作用，中心也可以獲得一部分收益，來彌補資源開發和提供服務的成本，實現資源共享的可持續發展。

（3）國際共享

我校已與俄羅斯圣彼得堡國立交通大學在軌道交通信號與控制等專業開展聯合辦學，雙方以國際化、大工科、多樣性為特色，以師資共享、優勢互補、專業優化為宗旨，共同開展專業建設。根據雙方特點，利用雙方優質資源，設置實驗項目，研制實驗設備，共同開發虛擬仿真實驗教學資源，創新與提升實驗教學水平，努力建設一流的軌道交通信息與控制虛擬仿真實驗教學中心。俄方人員同樣可以以校際共享的方式登錄平臺，實現實驗資源共享。

（4）企業共享

中心可為上海鐵路局徐州電務段、供電段、徐州高鐵客運站等企業提供高鐵列車模擬駕駛、虛擬檢修、綜合列車運行控制系統等虛擬仿真職工培訓，同時為企業的產品研發等提供全方位、多功能的服務平臺。企業用戶同樣可以通過平臺注冊登錄后，充值相應的實驗幣，預約實驗通過管理員審核后，完成相應的培訓任務。這一共享機制將為周邊地區軌道交通的發展發揮積極作用。

4 結束語

我中心目前擁有豐富的實驗教學資源和優秀的教學團隊，形成了一套切實可行的資源共享管理方法。在學校的大力支持下，中心將進一步加快建設和發展步伐，建成具有示范引領、輻射服務作用的國內一流虛擬仿真實驗教學中心，進一步加大資源共享力度，以提高人才培養質量，提升行業服務水平和科研支撐能力。

【參考文獻】

[1]教育部.關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知[Z].2013-08-13.

[2]李平，毛昌杰，徐進.開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設 提高高校實驗教學信息化水平[J].實驗室研究與探索，2013，32（11）：5-8.

[3]胡今鴻，李鴻飛，黃濤.高校虛擬仿真實驗教學資源開放共享機制探究[J].實驗室研究與探索，2015，34（2）：140-145.