虚拟仿真实验方案
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虚拟仿真实验解决方案
上海华一风景观艺术工程有限公司
2017年8月虚拟仿真实验解决方案·
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目录
第一章 需求分析.................................................... 2
一、 项目背景.................................................. 2
二、 实验教学现状.............................................. 3
三、 用户需求.................................................. 3
第二章 建设原则.................................................... 5
一、 建设目标.................................................. 5
二、 建设原则.................................................. 6
第三章 系统总体解决方案............................................ 7
一、 总体架构.................................................. 7
二、 学科简介.................................................. 8
第四章 产品优势................................................... 14
第五章 产品服务................................................... 16
一、 服务方式................................................. 16
二、 服务内容................................................. 16
三、 故障响应服务流程......................................... 17
四、 故障定义................................................. 18
五、 故障响应时间............................................. 18
六、 故障处理流程............................................. 19
七、 应急预案................................................. 19
虚拟仿真实验解决方案·
2 / 21 第一章 需求分析
一、 项目背景
《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010－2020年）》明确指出：把教育信息化纳入国家信息化发展整体战略，超前部署教育信息网络。到2020年，基本建成覆盖城乡各级各类学校的教育信息化体系，促进教育内容、教学手段和方法现代化。加强优质教育资源开发与应用，建立数字图书馆和虚拟实验室。鼓励企业和社会机构根据教育教学改革方向和师生教学需求，开发一批专业化教学应用工具软件，并通过教育资源平台提供资源服务，推广普及应用。
在“十三五规划”方针政策指引下，各地陆续出台政策，强调数理化实验教学的重要性。
2016年，北京公布了中高考的新方案，强调义务教育阶段所有科目都设为100分，表示它们在义务教育与学生成长中同等重要，不再人为去区分主次，使学校、老师、家长、社会对每一门学科都很重重视，其中物生化实验部分占分比例为30%，高考不再文理分科。
继北京重磅发布此消息后，河南教育厅发布《关于2016年普通高中招生工作的意见》，其中明确要求理化生实验操作考试满分为30分；安徽省初中毕业升学理化实验操作考试分数为15分，考试成绩计入考生中考录取总分；山西省理化实验操作10分。 虚拟仿真实验解决方案·
3 / 21 教育部发布了《教育部关于印发的通知》要求，2017年秋季起，小学科学课程起始年级调整为一年级。要按照小学一、二年级每周不少于1课时安排课程，三至六年级的课时数保持不变。而如今有些地区小学科学课堂教学却不被人们所重视,且存在着科学仪器和设备欠缺以及实验课开设少甚至不开设的现象,而师资力量薄弱也是一大问题。
二、 实验教学现状
➢ 学校经费紧张、实验设备陈旧或不足
➢ 课程学时短，讲授内容多，课堂效率低下
➢ 学生参与度不高，学习兴趣不够，缺乏主动性
➢ 没有理想实验环境，高危实验很难呈现和操作
➢ 师生不能随时携带实验设备，做实验只能去实验室
➢ 某些实验现象不易观察，实验周期过长
➢ 实验误差不好体现，满足不了实际实验讲解需要
➢ 非正规操作由于破坏性大，成本较高，很难展示实验中出现的各种故障现象
➢ 流程化的实验操作模式，不利于培养学生的创新思维
➢ 小学科学师资力量薄弱，实验器材缺乏
三、 用户需求
(一) 解决学生随时多次的实验练习需求 虚拟仿真实验解决方案·
4 / 21 实验是理化生和小学科学（简称小科）学科的重要组成部分，也是课堂教学的重要环节，由于学生群体的数量庞大和教学实验设备建设的不足，学校的实验设备已经不能满足学生多次、随时的学习一门实验的要求。
(二) 实验的安全性与便捷性
保证学生实验的安全性是校方考虑的第一要素，如何在有限的课时内让学生参与更多的实验操作，同时提高学习兴趣提高实验效率。
(三) 实验校本资源的建设，如何服务于全校所有师生
实验课件资源匮乏，而且资源相对分散，学科教师需要花费大量的精力寻找合适的资源；资源的匹配性较差，尤其是希望动态展示的器材元器件，大多数是静态的图片形式或是只能按照固定步骤操作的flash形式，很难满足常规的教学需求；能实现配合实际习题讲解的实验资源几乎没有；有些需要理想实验环境才能完成的实验，很难展示或实际演示。
(四) 需要长周期才能完成的实验，课堂效率和效果如何保障
实验课时较短，需要长周期才能完成的实验，课堂效果不理想，所以，目前课堂的实际情况是，只能靠老师“说”实验，学生很难理解。
(五) 实验教学模式固定，教学模式需要创新
固定的教学模式，缺乏自主创新。实验主要分为：讲实验、做实验和画实验三大部分。其中，“讲实验”大多数是靠老师讲，学生听，虚拟仿真实验解决方案·
5 / 21 很难给学生直观、立体的视觉冲击，效果大打折扣；“做实验”是我们一直提倡学生需要动手去体验、去操作的，但现实情况往往是没有办法满足学生随时多次的实验练习需求；“画实验”一般是老师在黑板上画实验的相关结构图、原理图等，比如物理的电路图等，这种画图是必要的，但存在的问题是，很难全方位动态展示效果以及内部的逻辑关系，比如电路图，无法展示电路中各元器件之间的动态逻辑关系，但是如果有专业的辅助软件，不仅高效，而且能形象地展示出电路中的各种动态关系，形象、直观、高效。
第二章 建设原则
针对用户这些迫切需求，学校需要建立一套完整的实验云平台资源，满足全校师生随时多次使用。实验云平台提供实验中实用、好用、难找的实验资源和实验工具。
当然，实验教学，需要鼓励和提倡学生进行实际的实验操作，这是任何的资源和软件都是不能替代的功能，所以，实验云平台的定位是——辅助实验教学。
一、 建设目标
虚拟仿真实验云平台紧贴教学大纲，满足学校仿真实验优质资源的需要，并在此基础上，引领学校教师开展基于常态化的教学实践活动。在丰富校本资源建设的同时，协助教师备课、上课；降低实验操虚拟仿真实验解决方案·
6 / 21 作成本与难度，增加学生对实验的兴趣，保障实验结果的准确性与安全性。
图1：实验云平台问题解决示意图
二、 建设原则
➢ 实用性原则
虚拟实验云平台紧扣教学大纲要求，深挖一线教师课堂实验教学环节各个痛点，提供具有最优实验器材和资源以及性价比的产品。
➢ 经济性原则
在满足实验教学功能及体验度的前提下，尽量降低升级和维护成本。
➢ 针对性原则
虚拟实验云平台的开发与利用是为了课程目标的有效达成，针对虚拟仿真实验解决方案·
7 / 21 不同的学科目标提供与之相应的实验制作工具和资源。
➢ 安全性原则
虚拟实验云平台采取必要的安全保护措施，具有高度的安全性。
➢ 可维护性原则
产品简单、实用、易操作、易维护、支持本地部署与私有云部署。
第三章 系统总体解决方案
一、 总体架构
提供虚拟实验云平台系统，经过官方授权的许可用户可在线访问虚拟实验，全校师生通用。
若学校已有校园云平台，支持将虚拟实验直接对接到指定的校园云平台上（非第三方平台），师生通过单点登录即可访问使用。
同时，为了方便教师上课离线使用，单独给学科老师配备客户端账号，支持线上+线下使用，完全不用担心网络问题，保障正常的课堂教学。
使用终端上，支持跨平台访问，windows、IOS、Android全平台适应，满足实际教学需求。向学校提供访问地址和许可使用账号，师生可根据实际情况选择使用终端，方便高效。 虚拟仿真实验解决方案·
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图2：虚拟实验云平台架构图
二、 学科简介
2.1虚拟实验云平台--小学科学
小学科学涵盖了小学1-6年级的主流教材版本生命世界、物质世界、地球与宇宙等领域的234个科学实验，是目前市面上最完整的小学科学教学资源，可以培养小学生初步的科学探究能力。
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9 / 21 图2-1：虚拟实验平台小学科学界面示意图
寓教于乐，培养小学生初步的科学探究能力
图2-2：虚拟实验平台小学科学实验步骤示意图
多维度验证实验过程，强化、巩固学科知识。
解决因客观因素（天气、光线等） 影响给实验带来不便的问题。
图2-3：虚拟实验平台小学科学实验示意图
解决因观察时间较长给实验带来不便的问题（如铁钉生锈实验）。
