建工实验中心实践教学平台系统构建

赵俊兰

(北方工业大学 土木工程学院, 北京 100144)

实验教学示范中心建设

建工实验中心实践教学平台系统构建

赵俊兰

(北方工业大学 土木工程学院, 北京 100144)

随着计算机网络技术的发展，实验室管理工作的信息化、网络化、现代化建设成为必然的发展趋势。结合北方工业大学建工实验中心网络教学平台的构建，对基于网络环境下的实验室综合管理信息及实验中心网络教学进行了研发探索实践，开发出选择功能好、操作简单的软件，实现了实验室网络智能化。

实验室信息化建设； 网络教学平台； 系统构建

教育部教高[2001]4号文件明确指出：“实践教学对于提高学生的综合素质，培养学生的创新精神与实践能力具有特殊作用。”随着计算机网络技术的发展，实验教学及管理工作的信息化、网络化、智能化已成为必然的发展趋势[1-5]。近年来，通过对我校建工实验中心网络教学平台的构建进行一系列的探索和实践，研发基于网络环境下多层次、立体化、开放式的实践教学与综合信息管理平台系统，为发展现代教育思想、改善实验实训环境、优化教学过程、高素质创新人才的培养营造了良好的实验教学与创新实践环境[6-9]。

1 系统的需求分析与设计

建工实验中心网络教学平台系统主要由3个部分组成：虚拟实验交互学习体验平台、网络教学资源信息门户、网络教学管理平台，三者之间的关系如图1所示。系统平台的开发工作分为网络平台开发和虚拟实验开发2个部分，其中虚拟实验开发部分采用了国内领先的生产流水线开发模式，缩短了开发周期、降低了制作成本，相较同类多媒体产品有明显的优势，平台架构合理，数据库支持SQL Server。网络教学平台包含中心简介、实验教学资源公示、实验教学成果展示、多媒体虚拟实验室、实验预约管理、师生互动、信息发布等内容。虚拟实验室的实验教学不受时间和空间的限制，学习过程生动有趣，收到了良好的教学效果。网络平台使教师能够跟踪学生的学习状态，及时掌握和发现实验过程中的问题并加以指导。

图1 网络教学系统3个平台之间的关系

2 系统解决方案

2.1 系统组成

网络教学平台包括中心概况等25个栏目，系统采用数据层、应用支撑层、应用服务层、表现层4层体系架构。它们在系统架构中所处位置如图2所示。

图2 系统体系结构

2.2 总体技术路线

采用B/S结构，浏览器支持IE5.5以上和FireFox3.0；采用XML文档和XLS文件存储交换信息；采用JAVA语言进行系统编码；客户支持系统采用SQL Server数据库；服务器端支持Linux和Windows操作系统，客户端支持Windows操作系统。

2.3 系统功能描述

系统功能着重于建工实验中心概况简介、实验教学资源公示、实验教学成果展示、多媒体虚拟实验室、实验预约管理、师生互动、对外合作交流发布以及平台的网络信息发布系统等功能，辅助以启发式的智能查询等技术。系统的功能总图如图3所示。

2.4 虚拟实验室

在虚拟建工实验室的整体架构、每个实验室及实验项目的展示等方面，将图形图像、声音声效、文本信息、视频等多种形式的表现手段，结合在灵活多变、可选择的交互的教学过程中。

虚拟实验室画面镜头采用硬切、快切、柔化、动态模糊等处理手法，同时采用动静结合，将一般性的介绍同实验知识、实验原理演示有机结合起来。在空间、时间的转换上采用多维制作手段。学生可通过实验中心的信息平台进入多媒体虚拟实验室，在虚拟环境中反复做实验，加强对实验原理、实验过程、实验结果的认识；也可以通过中心信息平台的“网络教学信息门户”实现实验预约、网上提问、在线答疑、资源下载等。

虚拟实验环境是对每个实验室真实环境的模拟，学生在进入真实环境之前通过虚拟实验环境对实验室有个初步的了解，在虚拟环境中要将每个实验室主要的设备在环境中布置，实验设备可以用图片和模型，但要考虑视觉和计算机运行速度，通过音频、文字、局部放大等多媒体手段对主要设备进行简单介绍。当学生想做虚拟实验的时候可以将需要的设备突出显示，其他设备屏蔽，此时整个实验室以虚拟实验为主。建工实验中心实践教学信息化平台主界面如图4所示，虚拟实验室主界面如图5、图6、图7所示。

图4 建工实验中心实践教学信息化平台界面

图5 虚拟实验室界面

图6 力学虚拟实验示例

图7 土力学虚拟实验示例

实际实验过程中，每个学生的实验过程、实验数据不尽相同，如果用多媒体技术来表现多样的实验状况，将是一个耗时耗力的工程。在建工实验中心网络教学平台，虚拟实验过程中需要的大量测量数据可以由管理平台按照实验的科学性随机产生，因此，每个学生得到的实验结果数据是不同的，这就尽可能地让学生体验到了真实实验的感觉，激发学生重复进行虚拟实验。在虚拟实验完成后，学生可以提交虚拟实验分析报告。系统读取虚拟实验过程中提交的实验报告，根据实验目的和实验结果，对学生实验的学习情况进行统计，以柱状图、饼状图、折线图等形式表现统计结果，如图8所示。系统根据学生的实验报告进行统计分析。

图8 虚拟实验报告结果统计示意图

2.5 网络教学管理平台

网络教学管理平台相当于整个系统的大脑，它的主要职能是维护系统的安全稳定运行，用户在虚拟实验体验过程中提交的实验报告，以及信息门户的用户注册、实验预约申请等信息，集中送到此分析和管理，然后以不同的形式把分析管理的结果展现出来。例如，以饼状图、折线图等统计图表的形式展现学生在虚拟实验过程中对实验原理的掌握情况、在信息门户的通知公告栏目中通知用户实验安排结果等[10]。

网络教学管理平台另一个重要的职能是保持虚拟实验交互学习体验平台及信息门户的数据的准确性、实时性。体验平台中的介绍类信息、视频影像资料、电子表格等内容并不是一成不变的，在管理平台的对应栏目中进行内容的添加和修改，修改后的内容能够实时地体现在体验平台中及信息门户中[11]。

该系统平台在易用性、易扩展性、维护简便、较高的性价比等方面存在显著优势。易用性是系统的内容及操作方法容易被用户掌握，用户执行每一项操作的步骤较少；易扩展指的是实验教学内容的无限扩展、系统栏目的无限增加、平台和其他系统的无缝连接、平台提供完整的API开发接口，易于通过技术整合，实现“一平台，一门户，多应用”的无缝连接；系统可实现扩展维护、运行维护、人事维护和信息内容维护；平台建设投入主要体现在购置服务器、数据库软件、开发相关知识产权、开发成本、维护成本等方面，其中开发成本、服务器、数据库软件、系统维护成本占用了较大份额。

(1) 实验预约。有实验申请、申请审核、实验安排、实验通知等功能。实验申请：用户登录平台进行实验申请；申请审核：教师登录平台对学生的实验申请进行审核；实验安排：申请通过后教师根据实验室占用情况安排实验室；实验通知：系统根据实验安排情况对有关教师和学生发布通知。

(2) 网络办公。可实现即时通信、教师论坛、在线答疑、通知公告、实验室信箱等功能。即时通信：通过即时通信建立强大的团队交流空间和实时实验协作工具辅助正式实验教学，可以设定好友分组(例如本教研室、学生、领导等)、可以发送附件、可以选择某好友分组进行消息群发；教师论坛：教师能够登录进入论坛进行学术交流；在线答疑：学生登录询问和实验有关的问题，教师进行回答；通知公告：教师发布通知，可以选择发送对象、可以选择是否回执，学生也可以发布通知，例如通知本班学生参加某实验等；实验室信箱：教师和学生可以在信箱中反映实验教学中存在的问题，与学生实时互动交流[12]。

(3) 教学资源。教学资源建设是信息化教学的基础，是课程建设的重要环节。教学资源制作及管理平台以丰富教学内容、促进知识建构为目标，着力进行资源建设与整合，建立了跨平台、可扩展的网络学习资源，统领实验中心实验课程电子教案、各种音视频信息、多媒体课件和虚拟教学软件、电子教材等教育资源，形成立体化的教学资源体系。教学资源建设注重扩展性，考虑了教学资源的扩充和持续性，保证教学资源库中的教学素材能够不断丰富和及时更新。

3 结语

建工实验中心实践教学管理信息平台自2009年开始正常运行，各子平台间的兼容性高、界面简单友好、用户权限清晰、系统运行稳定，其应用提高了实践教学管理的效率，为学校实践教学质量监控提供了充足的数据支持。

今后平台应创建精品实验课程和特色实验项目，为不同专业的学生提供较大的弹性选择空间，创造优良的实践教学环境；继续完善实验教学管理模式和信息化、网络化的实验管理平台，继续扩充网络平台中“虚拟实验室”的建设，使其能够覆盖中心大部分的实验内容；增加毕业设计(论文)管理模块，主要包括选题管理、开题管理、中期检查管理和送审、答辩管理等功能。充分利用包括网络技术、多媒体教学软件在内的现代教育技术丰富教学资源、拓宽教学的时间和空间、提供学生自主学习的平台和师生交互的平台、进行现代化教学信息管理，以满足个性化教育和全面提高学生科学实验素质的需要。

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年北京市教学名师项目(XN002)

赵俊兰(1962—)，女，贵州习水，教授，设备与工程管理系主任，研究方向为岩土信息技术、“3S”技术及应用.

E-mail：zhao_junlan@163.com