虚拟仿真实验教学中心平台建设方案

一、方案背景

虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容,是学科专业与信息技术深度融合的产物。为贯彻落实《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》(教高〔2012〕4号)精神,根据《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》,教育部决定于2013年启动开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作。其中虚拟仿真实验教学的管理和共享平台是中心建设的重要内容之一。

目前,大多数高校都有针对课程使用实验教学软件,但由于每个专业或课程的情况不同,购买的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,各校乃至校内各专业的实验教学建设大都自成体系,各自为政,形成了“信息孤岛”。主要面临如下问题:

• 管理混乱,各种实验教学软件缺乏统一的集中管理;

• 使用不规范,缺乏统一的操作模式和管理方式;

• 可扩展性差,无法支持课程和相应实验的扩展;

• 各系统的数据无法共享,容易形成“信息孤岛”;

• 缺乏足够的开放性;

• 软件部署复杂,不同的软件不能运行在同一台服务器上。

二、方案目标

该方案的目标就是高效管理实验教学资源,实现校内外、本地区及更广范围内的实验教学资源共享,满足多地区、多学校和多学科专业的虚拟仿真实验教学的需求。平台要实现学校购置的所有实验软件统一接入和学生在平台下进行统一实验的目的,通过系统间的无缝连接,使之达到一个整体的实验效果,学校通过该平台的部署,不仅可以促进系统的耦合度,解决信息孤岛的问题,还可以使学校能够迅速实施第三方的实验教学软件。

平台提供了全方位的虚拟实验教学辅助功能,包括:门户网站、实验前的理论学习、实验的开课管理、典型实验库的维护、实验教学安排、实验过程的智能指导、实验结果的自动批改、实验成绩统计查询、在线答疑、实验教学效果评估等功能,同时该平台可扩展集成第三方的虚拟实验课程资源或自建课程资源,为各类院校虚拟实验教学环境提供服务并进行相应的应用。

三、应用方案

《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》第十九章第六十条明确指出:加强优质教育资源开发与应用。加强网络教学资源库建设。引进国际优质数字化教学资源。开发网络学习课程。建立数字图书馆和虚拟实验室。建立开放灵活的教育资源公共服务平台,促进优质教育资源普及共享。创新网络教学模式,开展高质量高水平远程学历教育。

虚拟实验建设的理念就是采用我们这个方案的理念(平台+资源),发布一个虚拟实验中心门户网站、建设一个开放式虚拟仿真实验教学的管理和共享平台,然后再陆续把相关虚拟实验课程的资源统一放到该平台来进行管理,从而面向各个学科的相关课程开展虚拟实验教学。

四、平台的主要功能

开放式虚拟仿真实验教学的管理和共享平台包括虚拟实验中心门户网站、实验前的理论学习、实验的开课管理、典型实验库的维护、实验教学安排、实验过程的智能指导、实验结果的自动批改、实验成绩统计查询、数字化资源管理、师生互动交流和系统管理等子系统。

虚拟实验中心门户网站:一个动态Web系统,系统内容包括中心介绍、实验教学、实验队伍、管理模式、设备与环境、教学特色、中心新闻/公告/通知等。

实验教务管理:课程库、培养计划、排课、选课、开课审核等功能。

实验教学管理:现场实验安排、虚拟实验安排、实验批改、考勤管理、成绩管理、实验报告等。

实验前理论学习:实验前学生通过练习、自测、课件等方式学习实验理论知识。

实验过程智能指导:学生在实验过程中遇到问题可以请求指导,系统给出指导信息。

实验结果自动批改:学生提交实验结果后系统自动评判,给出分数和评分点。

数字化资源管理:各种虚拟实验、仿真软件和演示动画的上传,发布。

实验室开放预约管理:实验室设备借出、实验室预约、实验预约、工位预约管理

师生互动交流:实时答疑、在线留言等。

系统管理:用户、分组、角色、权限、日志、备份管理和实时监控等。

五、方案特点

1)系统针对学校实验教学整体需求设计,满足校级实验教学需要;

2)可集成所有符合标准的第三方虚拟实验系统和软件;

3)经典实验的设计采用B/S架构,方便学生使用和系统部署;

4)全面开放了实验室的实验资源,提供开放式实验教学服务。方便学生自主灵活参与实验,充分发挥学生的主观能动性,提高实验教学的效果;

5)多种角色应用体系,多种业务权限配置,满足学生、教师、教务人员、实验室管理人员和校领导的需求,受益面广;

6)人性化的协同学习,帮助教师和学生随时随地通过网络在线或离线交流;

7)虚拟实验和现实实验相结合,丰富了实验教学方式,通过系统可同时管理硬件实验和虚拟实验;

8)实验教学排课灵活,可统一安排也可学生自选,提供学生、教师以多种方式打印课表;

9)多种数据导入导出功能,方便各种身份角色数据汇总、数据统计;

10)可无缝集成到学校的教学教务管理系统中;

11)支持实验报告在线提交,并提供实验报告在线批注和智能批改功能;

12)可根据现实实验室进行直观的工位布局,方便学生预约和入座;

13)支持在线多媒体编辑宣传内容,可实现实验中心与下设实验室门户网站统一管理;

14)系统更加注重实验教学效果。

六、典型案例:

2013年国家级中心建设案例

北京邮电大学电子信息虚拟仿真实验教学中心(13年国家级)

南京信息工程大学大气科学与气象信息虚拟仿真实验教学中心(13年国家级)

东北师范大学生物虚拟仿真实验教学中心(13年国家级)

吉林大学地质资源立体探测虚拟仿真实验教学中心(13年国家级)

解放军理工大学通信与电子信息虚拟仿真实验教学中心(13年国家级)

杭州电子科技大学电子信息技术虚拟仿真实验教学中心(13年国家级)

中国地质大学(武汉)矿产资源形成与勘查开发虚拟仿真实验教学中心 (13年国家级)

西安交通大学通信与信息系统虚拟仿真实验教学中心(13年国家级)

2014年国家级中心建设案例

北京邮电大学通信与网络虚拟仿真实验教学中心(14年国家级)

重庆大学机械基础及装备制造虚拟仿真实验教学中心(14年国家级)

天津大学精密仪器与光电子工程虚拟仿真实验教学中心(14年国家级)

国防科技大学机电工程与自动化虚拟仿真实验教学中心(14年国家级)

北京联合大学文化遗产传承应用虚拟仿真实验教学中心(14年国家级)

广西大学机械工程虚拟仿真实验教学中心(14年国家级)

山东理工大学车辆工程与交通虚拟仿真实验教学中心(14年国家级)

2015年国家级中心建设案例

北京师范大学心理学虚拟仿真实验教学中心(15年国家级)

北京大学考古虚拟仿真实验教学中心(15年国家级)

中国农业大学水利与土木工程虚拟仿真实验教学中心(15年国家级)

天津大学电气工程与自动化虚拟仿真实验教学中心(15年国家级)

天津理工大学先进设计制造与流程工业虚拟仿真实验教学中心(15年国家级)

河北大学光伏技术虚拟仿真实验教学中心 (15年国家级)

辽宁石油化工大学石化过程测控虚拟仿真实验教学中心(15年国家级)

长春理工大学电子信息与通信工程虚拟仿真实验教学中心(15年国家级)

哈尔滨工业大学高端装备制造虚拟仿真实验教学中心(15年国家级)

华侨大学旅游虚拟仿真实验教学中心(15年国家级)

曲阜师范大学现代生物学虚拟仿真实验教学中心(15年国家级)

海军航空工程学院海战场信息与通信工程虚拟仿真教学中心(15年国家级)

湖南科技大学信息与电气技术虚拟仿真实验教学中心(15年国家级)

国防科技大学力学与航天工程虚拟仿真实验教学中心(15年国家级)

深圳大学网络工程虚拟仿真实验教学中心(15年国家级)

广西大学化学化工虚拟仿真实验教学中心(15年国家级)

电子科技大学光电信息技术虚拟仿真实验教学中心(15年国家级)

西南石油大学油气装备技术虚拟仿真实验教学中心(15年国家级)

西南大学化学化工虚拟仿真实验教学中心(15年国家级)

天津科技大学包装工程虚拟仿真实验教学中心(15年国家级)

西安科技大学矿山建设工程虚拟仿真实验教学中心(15年国家级)

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