開放式網(wǎng)上材料科學(xué)基礎(chǔ)虛擬實驗室
材料科學(xué)基礎(chǔ)是材料科學(xué)與工程專業(yè)一級學(xué)科公共主干專業(yè)課。通過理論教學(xué)與實驗教學(xué)相結(jié)合,使學(xué)生不僅能掌握基本理論,善于分析和解決問題,同時也培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、驗證理論、探索新知識的能力。本課程也是材料科學(xué)與工程專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課,它為該專業(yè)學(xué)生的后續(xù)課程,如材料加工成型、材料熱處理、材料的性能、工程材料學(xué)、材料測試、材料的近代研究方法、計算機在材料科學(xué)中的應(yīng)用等提供基礎(chǔ)。目前材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗教學(xué)存在以下局限性:
1.實驗儀器數(shù)量有限,無法滿足現(xiàn)有教學(xué)需求
2.材料、試劑消耗量大,實驗教學(xué)成本昂貴
3.微觀組織不可見,課本內(nèi)容抽象不易理解
4.實驗教學(xué)需求量大,老師任務(wù)重
隨著招生規(guī)模的逐年擴大,教學(xué)改革的不斷深入,材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗教學(xué)任務(wù)越來越重,儀器設(shè)備臺套數(shù)和實驗教師數(shù)量相對不足等問題愈加突出。為了以最少的經(jīng)費投入解決以上問題,并進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、增強實驗效果、提高實驗教學(xué)質(zhì)量,我們開發(fā)了開放式網(wǎng)上材料科學(xué)基礎(chǔ)虛擬實驗室軟件。
使用現(xiàn)有器材模型,課程可開展如下6個常用材料科學(xué)基礎(chǔ)虛擬實驗的訓(xùn)練
◆多人聯(lián)機綜合熱處理實驗
◆金相顯微鏡的構(gòu)造及使用
◆結(jié)構(gòu)鋼的熱處理工藝流程及性能測試實驗
◆Fe-Fe3C相圖及顯微組織觀察實驗
◆金相顯微樣品的制備實驗
◆硬度測試實驗
多人聯(lián)機熱處理虛擬仿真實驗—老師現(xiàn)場指導(dǎo)學(xué)生做實驗
多人聯(lián)機熱處理虛擬仿真實驗—學(xué)生向老師請教問題
金相顯微鏡的構(gòu)造及使用虛擬仿真實驗
結(jié)構(gòu)鋼的熱處理工藝流程及性能測試虛擬仿真實驗
金相顯微樣品的制備虛擬仿真實驗
硬度測試虛擬仿真實驗
本系統(tǒng)可滿足以下主要性能指標(biāo):
1、為保證系統(tǒng)的交互性和擴展性,系統(tǒng)須采用的Unity3D引擎開發(fā)而成;
2、為保證系統(tǒng)的性,實驗系統(tǒng)所使用的網(wǎng)頁播放器插件須采用主流3D引擎插件,且插件在近1年內(nèi)有更新版本,并可支持后續(xù)的優(yōu)化升級;
3、系統(tǒng)提供與手機AR互動的功能,在實驗過程中,通過手機掃描屏幕畫面,在手機中會出現(xiàn)三維儀器模型,用戶可在手機上認(rèn)知儀器各部件,增加用戶與手機界面之間的交互,該功能需要現(xiàn)場演示;
4、系統(tǒng)支持多人聯(lián)機功能,多人聯(lián)機實驗提供老師和學(xué)生兩種登錄身份。在同一個虛擬實驗室內(nèi),學(xué)生會看到自己的同學(xué)和老師,可以在虛擬實驗室內(nèi)任意交流學(xué)習(xí),老師可以參觀每個學(xué)生做實驗的流程,并在學(xué)生旁邊提供實時指導(dǎo);
5、系統(tǒng)要求與虛擬仿真實驗教學(xué)管理平臺軟件無縫對接,教師端能夠自動生成智能指導(dǎo)和自動批改規(guī)則,且教師能夠?qū)σ?guī)則進行細(xì)節(jié)修改;
6、系統(tǒng)提供實驗過程中的智能指導(dǎo)功能,該指導(dǎo)應(yīng)該為啟發(fā)性指導(dǎo),通過一步步的提問式引導(dǎo),進而啟發(fā)學(xué)生思考,應(yīng)該是是靈活智能的,而不能為一些“死”的規(guī)則或提示,該功能需要現(xiàn)場演示;
7、系統(tǒng)提供實驗結(jié)果的自動批改功能,學(xué)生實驗結(jié)束且提交后,系統(tǒng)調(diào)用自動批改規(guī)則可以自動算出學(xué)生實驗得分,教師端還可以查看得分細(xì)節(jié),了解學(xué)生的得分細(xì)節(jié),該功能需要現(xiàn)場演示;
8、系統(tǒng)服務(wù)器端用戶分為學(xué)生、教師、教務(wù)管理員和系統(tǒng)管理員四種角色,不同角色擁有不同權(quán)限。
■ 學(xué)生:選課、選擇實驗、開展實驗、接受實驗指導(dǎo)、在線提交實驗報告、保存和提交實驗結(jié)果、查詢實驗成績和批語。
■ 教師:典型實驗庫維護、發(fā)布實驗、安排實驗、批改實驗報告、系統(tǒng)指導(dǎo)、統(tǒng)計并發(fā)布學(xué)生的實驗成績和批語。
■ 教務(wù)管理員:課程計劃、開課計劃、選課日期設(shè)置、開課審核、開課查詢。
■ 系統(tǒng)管理員:用戶管理、分組管理、角色管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)維護等。
性能指標(biāo):
支持同時在線用戶數(shù)1萬人以上,經(jīng)測試,系統(tǒng)運行穩(wěn)定,不限終端用戶數(shù),能滿足日常教學(xué)使用。
服務(wù)器運行環(huán)境
操作系統(tǒng):Windows Server ,Linux/Unix Server
Web服務(wù)器:Tomcat6.0,JDK6.0
數(shù)據(jù)庫:MySQL客戶端運行環(huán)境
操作系統(tǒng): All Windows系列