開放式網(wǎng)上材料科學基礎(chǔ)虛擬實驗室

材料科學基礎(chǔ)是材料科學與工程專業(yè)一級學科公共主干專業(yè)課。通過理論教學與實驗教學相結(jié)合，使學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與工程專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，它為該專業(yè)學生的后續(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、材料測試、材料的近代研究方法、計算機在材料科學中的應(yīng)用等提供基礎(chǔ)。目前材料科學基礎(chǔ)實驗教學存在以下局限性：

1.實驗儀器數(shù)量有限，無法滿足現(xiàn)有教學需求

2.材料、試劑消耗量大，實驗教學成本昂貴

3.微觀組織不可見，課本內(nèi)容抽象不易理解

4.實驗教學需求量大，老師任務(wù)重

隨著招生規(guī)模的逐年擴大，教學改革的不斷深入，材料科學基礎(chǔ)實驗教學任務(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)學生的學習興趣、增強實驗效果、提高實驗教學質(zhì)量，我們開發(fā)了開放式網(wǎng)上材料科學基礎(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)學生做實驗

多人聯(lián)機熱處理虛擬仿真實驗—學生向老師請教問題

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：

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生兩種登錄身份。在同一個虛擬實驗室內(nèi)，學生會看到自己的同學和老師，可以在虛擬實驗室內(nèi)任意交流學習，老師可以參觀每個學生做實驗的流程，并在學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)則可以自動算出學生實驗得分，教師端還可以查看得分細節(jié)，了解學生的得分細節(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：

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