開放式網(wǎng)上材料科學(xué)基礎(chǔ)虛擬實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)也培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、驗(yàn)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(jì)算機(jī)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(shí)驗(yàn)教學(xué)存在以下局限性：
1.實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)需求量大，老師任務(wù)重
隨著招生規(guī)模的逐年擴(kuò)大，教學(xué)改革的不斷深入，材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)越來越重，儀器設(shè)備臺套數(shù)和實(shí)驗(yàn)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(fèi)投入解決以上問題，并進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果、提高實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室軟件。
使用現(xiàn)有器材模型，課程可開展如下6個(gè)常用材料科學(xué)基礎(chǔ)虛擬實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練
◆多人聯(lián)機(jī)綜合熱處理實(shí)驗(yàn)
◆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(shí)驗(yàn)
◆Fe-Fe3C相圖及顯微組織觀察實(shí)驗(yàn)
◆金相顯微樣品的制備實(shí)驗(yàn)
◆硬度測試實(shí)驗(yàn)
多人聯(lián)機(jī)熱處理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)—老師現(xiàn)場指導(dǎo)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)
多人聯(lián)機(jī)熱處理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)—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(shí)驗(yàn)
結(jié)構(gòu)鋼的熱處理工藝流程及性能測試虛擬仿真實(shí)驗(yàn)
金相顯微樣品的制備虛擬仿真實(shí)驗(yàn)
硬度測試虛擬仿真實(shí)驗(yàn)
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(kuò)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(shí)驗(yàn)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(jī)AR互動(dòng)的功能，在實(shí)驗(yàn)過程中，通過手機(jī)掃描屏幕畫面，在手機(jī)中會出現(xiàn)三維儀器模型，用戶可在手機(jī)上認(rèn)知儀器各部件，增加用戶與手機(jī)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(jī)功能，多人聯(lián)機(jī)實(shí)驗(yàn)提供老師和學(xué)生兩種登錄身份。在同一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，學(xué)生會看到自己的同學(xué)和老師，可以在虛擬實(shí)驗(yàn)室內(nèi)任意交流學(xué)習(xí)，老師可以參觀每個(gè)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的流程，并在學(xué)生旁邊提供實(shí)時(shí)指導(dǎo)；
5、系統(tǒng)要求與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺軟件無縫對接，教師端能夠自動(dòng)生成智能指導(dǎo)和自動(dòng)批改規(guī)則，且教師能夠?qū)σ?guī)則進(jìn)行細(xì)節(jié)修改；
6、系統(tǒng)提供實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果的自動(dòng)批改功能，學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)束且提交后，系統(tǒng)調(diào)用自動(dòng)批改規(guī)則可以自動(dòng)算出學(xué)生實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)、開展實(shí)驗(yàn)、接受實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、在線提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、保存和提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果、查詢實(shí)驗(yàn)成績和批語。
■ 教師：典型實(shí)驗(yàn)庫維護(hù)、發(fā)布實(shí)驗(yàn)、安排實(shí)驗(yàn)、批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告、系統(tǒng)指導(dǎo)、統(tǒng)計(jì)并發(fā)布學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績和批語。
■ 教務(wù)管理員：課程計(jì)劃、開課計(jì)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(hù)等。
性能指標(biāo)：
支持同時(shí)在線用戶數(shù)1萬人以上，經(jīng)測試，系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)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(yùn)行環(huán)境
操作系統(tǒng)： All Windows系列
