开放式网上材料科学基础虚拟实验室

开放式网上材料科学基础虚拟实验室

材料科学基础是材料科学与工程专业一级学科公共主干专业课。通过理论教学与实验教学相结合，使学生不仅能掌握基本理论，善于分析和解决问题，同时也培养学生的动手能力、验证理论、探索新知识的能力。本课程也是材料科学与工程专业的技术基础课，它为该专业学生的后续课程，如材料加工成型、材料热处理、材料的性能、工程材料学、材料测试、材料的近代研究方法、计算机在材料科学中的应用等提供基础。目前材料科学基础实验教学存在以下局限性：

1.实验仪器数量有限，无法满足现有教学需求

2.材料、试剂消耗量大，实验教学成本昂贵

3.微观组织极端不可见，课本内容抽象不易理解

4.实验教学需求量大，老师任务重

随着招生规模的逐年扩大，教学改革的不断深入，材料科学基础实验教学任务越来越重，仪器设备台套数和实验教师数量相对不足等问题愈加突出。为了以最少的经费投入解决以上问题，并进一步激发学生的学习兴趣、增强实验效果、提高实验教学质量，我们开发了开放式网上材料科学基础虚拟实验室软件。

使用现有器材模型，课程可开展如下6个常用材料科学基础虚拟实验的训练

◆多人联机综合热处理实验

◆金相显微镜的构造及使用

◆结构钢的热处理工艺流程及性能测试实验

◆Fe-Fe3C相图及显微组织观察实验

◆金相显微样品的制备实验

◆硬度测试实验

多人联机热处理虚拟仿真实验—老师现场指导学生做实验

多人联机热处理虚拟仿真实验—学生向老师请教问题

金相显微镜的构造及使用虚拟仿真实验

结构钢的热处理工艺流程及性能测试虚拟仿真实验

金相显微样品的制备虚拟仿真实验

硬度测试虚拟仿真实验

本系统可满足以下主要性能指标：

1、为保证系统的交互性和扩展性，系统须采用国际领先的Unity3D引擎开发而成；

2、为保证系统的先进性，实验系统所使用的网页播放器插件须采用主流3D引擎插件，且插件在近1年内有更新版本，并可支持后续的优化升级；

3、系统提供与手机AR互动的功能，在实验过程中，通过手机扫描屏幕画面，在手机中会出现三维仪器模型，用户可在手机上认知仪器各部件，增加用户与手机界面之间的交互，该功能需要现场演示；

4、系统支持多人联机功能，多人联机实验提供老师和学生两种登录身份。在同一个虚拟实验室内，学生会看到自己的同学和老师，可以在虚拟实验室内任意交流学习，老师可以参观每个学生做实验的流程，并在学生旁边提供实时指导；

5、系统要求与虚拟仿真实验教学管理平台软件无缝对接，教师端能够自动生成智能指导和自动批改规则，且教师能够对规则进行细节修改；

6、系统提供实验过程中的智能指导功能，该指导应该为启发性指导，通过一步步的提问式引导，进而启发学生思考，应该是是灵活智能的，而不能为一些“死”的规则或提示，该功能需要现场演示；

7、系统提供实验结果的自动批改功能，学生实验结束且提交后，系统调用自动批改规则可以自动算出学生实验得分，教师端还可以查看得分细节，了解学生的得分细节，该功能需要现场演示；

8、系统服务器端用户分为学生、教师、教务管理员和系统管理员四种角色，不同角色拥有不同权限。

■ 学生：选课、选择实验、开展实验、接受实验指导、在线提交实验报告、保存和提交实验结果、查询实验成绩和批语。

■ 教师：典型实验库维护、发布实验、安排实验、批改实验报告、系统指导、统计并发布学生的实验成绩和批语。

■ 教务管理员：课程计划、开课计划、选课日期设置、开课审核、开课查询。

■ 系统管理员：用户管理、分组管理、角色管理、权限管理、系统维护等。

性能指标：

支持同时在线用户数1万人以上，经测试，系统运行稳定，不限终端用户数，完全能满足日常教学使用。

服务器运行环境

操作系统：Windows Server ，Linux/Unix Server

Web服务器：Tomcat6.0，JDK6.0

数据库：MySQL客户端运行环境

操作系统： All Windows系列