虚拟仿真实训平台的研究与设计

虚拟仿真实训平台的研究与设计

近年来，随着信息技术的发展，虚拟仿真实训在职业教育中开始进行广泛的应用。在实训教学中使用虚拟仿真技术能够有效的解决一系列突出问题，如危险性大、真实实训室建设费用高、环境污染、个性化导训、智能化考试等。我国的职业教育已进入了发展的关键阶段，开发虚拟仿真实训平台，将虚拟现实（ Virtual Reality，简称VR技术） 技术运用于职业教育，是解决当前职业教育实践教学需求大、渠道窄、有效性不强、资金短缺等问题的重要途径。

标签：虚拟仿真实训平台；系统设计；研究

目前，大多数高校都使用了虚拟仿真实训教学软件，但由于每个专业或课程的情况不同，购买虚拟仿真实训教学软件所采用的工作环境、体系结构、编程语言、开发方法等也各不相同。由于学校管理工作的复杂性，各院校甚至院校内各专业的虚拟仿真实训教学软件建设大都自成体系，各自为政，形成了“信息孤岛”。主要面临如下问题：（1）管理混乱，各种仿真实训教学软件缺乏统一的集中管理；（2）使用不规范，缺乏统一的操作模式和管理方式；（3）可扩展性差，无法支持课程和相应实验的扩展；（4）各系统的数据无法共享，容易形成“信息孤岛”；（5）缺乏足够的开放性；（6）软件部署复杂，不同的软件不能运行在同一台服务器上。

1 虚拟仿真平台的使用技术

虚拟仿真实训平台中操纵不是真实的实训设备和仪器，而是使用软件虚拟仿真出来的实训设备。但是虚拟设备与真实设备具有一样的属性及功能特点。基于WEB方式的虚拟仿真实训平台可以让学生在不同时间不同地点都能通过互联网进行实训，因此，基于WEB的B/S模式是实现虚拟仿真实训平台的趋势。

2 虚拟实训的实现方法

虚拟实训实现的相关技术内容包括：建立共享型实训教学资源库、建立共享型数据库、能够支持教师与学生之间的沟通交流、可靠的安全机制、协同虚拟环境实现技术、面向对象编程方法的实现。

在设计虚拟实训室应当考虑如下：（1）虚拟实训室的设计应考虑友好的操作页面并且注重交互性；（2）虚拟实训室系统的运行应遵循安全性和可靠性原则；（3）虚拟实训室的软件系统应具备良好的可拓展性和可维护性，在实训内容发生改变或实训内容有所增加的情况下能方便的做出调整。

3 虚拟仿真实训平台的设计

3.1 设计原则

虚拟仿真实训平台设计依据互动性、易用性、实用性、经济性、可拓展性，可维护性的原则来设计。充分结合三维模型构建技术、虚拟仪器技术、实验场景虚拟构建技术、信息安全技术、网站建设技术。虚拟仿真实训平台采用ASP.NET（C#）语言编写，数据库采用SQL SERVER2005。

3.2 总计设计

虚拟仿真实训平台是基于实训项目系统。 WEB服务器是后台服务器与客户端浏览器之间的桥梁，学生通过浏览器登陆虚拟仿真实训平台，用户认证服务器验证用户身份，颁发在线实训平台网站数字证书。学生通过浏览器请求实训服务，WEB服务器根据请求服务发给虚拟仿真实训服务器，再由实训后台服务执行相应的训练业务逻辑处理。实训项目数据库服务器用于存储实训项目相关数据、用户使用的信息数据、项目的信息数据、服务器设备的信息数据等实训项目的数据管理工作，包括实训项目相关数据的创建、查询、修改等功能。

虚拟仿真实训平台的开发采用MVC的设计模式及把业务逻辑层与数据层、表示层分开。系统做到低藕合，即某功能模块的业务逻辑发生改变也不会对其它功能模块造成任何影响。系统采用分工协作开发，实现系统的快速开发，同时系统也达到高稳定性、可扩展性和可维护性的标准。

遵循上述设计原则，将虚拟仿真实训平台系统从逻辑上分为门户层、服务应用层、核心服务层、服务支撑层、数据层。

3.3 虚拟仿真实训平台的模块设计

平台的主要模块及功能如下：

门户网站：包括学院实训信息及动态，实训教学安排情况，各课程的实训内容介绍等信息的发布。

实训教学资源库：包括各课程实训教学资源，包括实训指导书，任务书，具体的实训内容及步骤的文字，视频资源。

实训教学管理：包括实训教学的安排，实训教学计划，实训地点的管理，各实训室的介绍。

实训教学互动答疑：课前课后学生与教师的互动平台，学生可以在此模块下进行提问，教师可以对学生进行辅导答疑。

实训教学效果评估：学生可以通过此模块了解到自己的实训成绩，并且此模块可以通过对学生的实训成绩进行统计与分析，总结出学生掌握实际操作的薄弱环节。

4 结束语

虚拟仿真实训平台的建设对高职院校的信息化建设的完善有着支撑作用，对高职院校的实训教学的管理以及实训教学水平的提高有着辅助及推动作用。

参考文献：

[1]蔡卫国.虚拟仿真技术在机械工程试验中的应用[J].实验技术与管理，2011（08）.

[2]高洪波，王凤先基于的虚拟实验系统体系结构设计[J].河北省科学院学报，2003（02）.

[3]尹湛华，朱海洋.虚拟仿真技术在高职实践教学中的比较优势[J].南昌高专学报，2008（08）.

作者简介：管煜（1985-），男，湖南祁东人，本科，助教职称，研究方向：计算机软件。