虛擬仿真實驗方案設計.文檔

實用文檔虛擬仿真實驗解決方案上海華一風景觀藝術工程有限公司2017年8月虛擬仿真實驗解決方案·目錄第一章 需求分析 2一、 項目背景 2二、 實驗教學現(xiàn)狀 3三、 用戶需求 3第二章 建設原則 5一、 建設目標 5二、 建設原則 6第三章 系統(tǒng)總體解決方案 7一、 總體架構 7二、 學科簡介 8第四章 產(chǎn)品優(yōu)勢 14第五章 產(chǎn)品服務 16一、 服務方式 16二、 服務內(nèi)容 16三、 故障響應服務流程 17四、 故障定義 18五、 故障響應時間 18六、 故障處理流程 19七、 應急預案 191/21虛擬仿真實驗解決方案·第一章 需求分析一、 項目背景《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010－2020年）》明確指出：把教育信息化納入國家信息化發(fā)展整體戰(zhàn)略，超前部署教育信息網(wǎng)絡。到2020年，基本建成覆蓋城鄉(xiāng)各級各類學校的教育信息化體系，促進教育內(nèi)容、教學手段和方法現(xiàn)代化。加強優(yōu)質(zhì)教育資源開發(fā)與應用，建立數(shù)字圖書館和虛擬實驗室。鼓勵企業(yè)和社會機構根據(jù)教育教學改革方向和師生教學需求，開發(fā)一批專業(yè)化教學應用工具軟件，并通過教育資源平臺提供資源服務，推廣普及應用。在“十三五規(guī)劃”方針政策指引下，各地陸續(xù)出臺政策，強調(diào)數(shù)理化實驗教學的重要性。2016年，北京公布了中高考的新方案，強調(diào)義務教育階段所有科目都設為100分，表示它們在義務教育與學生成長中同等重要， 不再人為去區(qū)分主次，使學校、老師、家長、社會對每一門學科都很重重視，其中物生化實驗部分占分比例為 30%，高考不再文理分科。繼北京重磅發(fā)布此消息后，河南教育廳發(fā)布《關于 2016年普通高中招生工作的意見》，其中明確要求理化生實驗操作考試滿分為 30分；安徽省初中畢業(yè)升學理化實驗操作考試分數(shù)為 15分，考試成績計入考生中考錄取總分；山西省理化實驗操作 10分。2/21虛擬仿真實驗解決方案·教育部發(fā)布了《教育部關于印發(fā) <義務教育小學科學課程標準 >的通知》要求，2017年秋季起，小學科學課程起始年級調(diào)整為一年級。要按照小學一、二年級每周不少于 1課時安排課程，三至六年級的課時數(shù)保持不變。而如今有些地區(qū)小學科學課堂教學卻不被人們所重視,且存在著科學儀器和設備欠缺以及實驗課開設少甚至不開設的現(xiàn)象,而師資力量薄弱也是一大問題。二、 實驗教學現(xiàn)狀學校經(jīng)費緊張、實驗設備陳舊或不足課程學時短，講授內(nèi)容多，課堂效率低下學生參與度不高，學習興趣不夠，缺乏主動性沒有理想實驗環(huán)境，高危實驗很難呈現(xiàn)和操作師生不能隨時攜帶實驗設備，做實驗只能去實驗室某些實驗現(xiàn)象不易觀察，實驗周期過長實驗誤差不好體現(xiàn)，滿足不了實際實驗講解需要非正規(guī)操作由于破壞性大，成本較高，很難展示實驗中出現(xiàn)的各種故障現(xiàn)象流程化的實驗操作模式，不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維小學科學師資力量薄弱，實驗器材缺乏三、 用戶需求(一) 解決學生隨時多次的實驗練習需求3/21虛擬仿真實驗解決方案·實驗是理化生和小學科學（簡稱小科）學科的重要組成部分，也是課堂教學的重要環(huán)節(jié)，由于學生群體的數(shù)量龐大和教學實驗設備建設的不足，學校的實驗設備已經(jīng)不能滿足學生多次、隨時的學習一門實驗的要求。(二) 實驗的安全性與便捷性保證學生實驗的安全性是校方考慮的第一要素，如何在有限的課時內(nèi)讓學生參與更多的實驗操作，同時提高學習興趣提高實驗效率。(三) 實驗校本資源的建設，如何服務于全校所有師生實驗課件資源匱乏，而且資源相對分散，學科教師需要花費大量的精力尋找合適的資源；資源的匹配性較差，尤其是希望動態(tài)展示的器材元器件，大多數(shù)是靜態(tài)的圖片形式或是只能按照固定步驟操作的flash 形式，很難滿足常規(guī)的教學需求；能實現(xiàn)配合實際習題講解的實驗資源幾乎沒有；有些需要理想實驗環(huán)境才能完成的實驗， 很難展示或?qū)嶋H演示。(四) 需要長周期才能完成的實驗，課堂效率和效果如何保障實驗課時較短，需要長周期才能完成的實驗，課堂效果不理想，所以，目前課堂的實際情況是，只能靠老師“說”實驗，學生很難理解。(五) 實驗教學模式固定，教學模式需要創(chuàng)新固定的教學模式，缺乏自主創(chuàng)新。實驗主要分為：講實驗、做實驗和畫實驗三大部分。其中，“講實驗”大多數(shù)是靠老師講，學生聽，4/21虛擬仿真實驗解決方案·很難給學生直觀、立體的視覺沖擊，效果大打折扣； “做實驗”是我們一直提倡學生需要動手去體驗、 去操作的，但現(xiàn)實情況往往是沒有辦法滿足學生隨時多次的實驗練習需求； “畫實驗”一般是老師在黑板上畫實驗的相關結構圖、原理圖等，比如物理的電路圖等，這種畫圖是必要的，但存在的問題是，很難全方位動態(tài)展示效果以及內(nèi)部的邏輯關系，比如電路圖，無法展示電路中各元器件之間的動態(tài)邏輯關系，但是如果有專業(yè)的輔助軟件，不僅高效，而且能形象地展示出電路中的各種動態(tài)關系，形象、直觀、高效。第二章 建設原則針對用戶這些迫切需求，學校需要建立一套完整的實驗云平臺資源，滿足全校師生隨時多次使用。實驗云平臺提供實驗中實用、好用、難找的實驗資源和實驗工具。當然，實驗教學，需要鼓勵和提倡學生進行實際的實驗操作，這是任何的資源和軟件都是不能替代的功能， 所以，實驗云平臺的定位是——輔助實驗教學。一、 建設目標虛擬仿真實驗云平臺緊貼教學大綱，滿足學校仿真實驗優(yōu)質(zhì)資源的需要，并在此基礎上，引領學校教師開展基于常態(tài)化的教學實踐活動。在豐富校本資源建設的同時，協(xié)助教師備課、上課；降低實驗操5/21虛擬仿真實驗解決方案·作成本與難度，增加學生對實驗的興趣，保障實驗結果的準確性與安全性。圖1：實驗云平臺問題解決示意圖二、 建設原則實用性原則虛擬實驗云平臺緊扣教學大綱要求，深挖一線教師課堂實驗教學環(huán)節(jié)各個痛點，提供具有最優(yōu)實驗器材和資源以及性價比的產(chǎn)品。經(jīng)濟性原則在滿足實驗教學功能及體驗度的前提下， 盡量降低升級和維護成本。針對性原則虛擬實驗云平臺的開發(fā)與利用是為了課程目標的有效達成， 針對6/21虛擬仿真實驗解決方案·不同的學科目標提供與之相應的實驗制作工具和資源。安全性原則虛擬實驗云平臺采取必要的安全保護措施，具有高度的安全性?？删S護性原則產(chǎn)品簡單、實用、易操作、易維護、支持本地部署與私有云部署。第三章 系統(tǒng)總體解決方案一、 總體架構提供虛擬實驗云平臺系統(tǒng)，經(jīng)過官方授權的許可用戶可在線訪問虛擬實驗，全校師生通用。若學校已有校園云平臺，支持將虛擬實驗直接對接到指定的校園云平臺上（非第三方平臺），師生通過單點登錄即可訪問使用。同時，為了方便教師上課離線使用，單獨給學科老師配備客戶端賬號，支持線上+線下使用，完全不用擔心網(wǎng)絡問題，保障正常的課堂教學。使用終端上，支持跨平臺訪問，windows、IOS、Android全平臺適應，滿足實際教學需求。向?qū)W校提供訪問地址和許可使用賬號，師生可根據(jù)實際情況選擇使用終端，方便高效。7/21虛擬仿真實驗解決方案·圖2：虛擬實驗云平臺架構圖二、 學科簡介2.1虛擬實驗云平臺--小學科學小學科學涵蓋了小學 1-6年級的主流教材版本生命世界、物質(zhì)世界、地球與宇宙等領域的 234個科學實驗，是目前市面上最完整的小學科學教學資源，可以培養(yǎng)小學生初步的科學探究能力。8/21虛擬仿真實驗解決方案·圖2-1：虛擬實驗平臺小學科學界面示意圖寓教于樂，培養(yǎng)小學生初步的科學探究能力圖2-2：虛擬實驗平臺小學科學實驗步驟示意圖多維度驗證實驗過程，強化、鞏固學科知識。解決因客觀因素（天氣、光線等）影響給實驗帶來不便的問題。圖2-3：虛擬實驗平臺小學科學實驗示意圖解決因觀察時間較長給實驗帶來不便的問題（如鐵釘生銹實驗）。9/21虛擬仿真實驗解決方案·圖2-4：虛擬實驗平臺小學科學生銹實驗示意圖多維立體展示，效果逼真。圖2-5：虛擬實驗平臺小學科學立體展示示意圖零入門，實驗操作設計簡單。10/21虛擬仿真實驗解決方案·圖2-6：虛擬實驗平臺小學科學易操作實驗示意圖2.2其他學科展示圖2-7虛擬實驗平臺物理家庭電路示意圖11/21虛擬仿真實驗解決方案·圖2-8虛擬實驗平臺物理電磁學示意圖圖2-9虛擬實驗平臺物理力學示意圖12/21虛擬仿真實驗解決方案·圖2-10虛擬實驗平臺生物示意圖圖2-11：虛擬實驗平臺生物 3D鳥類模型示意圖13/21虛擬仿真實驗解決方案·圖2-12虛擬實驗云平臺生物觀察實驗示意圖第四章 產(chǎn)品優(yōu)勢通過多媒體手段，依托學科特色，建立富有科技感的虛擬仿真實驗平臺，滿足師生多次、隨時地進行實驗探究和學習需求。在直觀、立體、高效、多樣化的人機互動過程中，既提高了學生的學習興趣，也滿足了學生個性化的學習需求。 同時，不受物理空間、時間的限制。集探究性、趣味性、科學性于一體。實驗主要系列產(chǎn)品有：物理（初高中）、化學（初高中）、生物（初高中）、小科（1-6年級）。其中，生物提供豐富的 3D模型，呈現(xiàn)多姿多彩的生物世界；物理和化學內(nèi)置獨特的 "引擎"，讓每個器材都“活”起來，自由擺放、任意組裝、參數(shù)任意調(diào)節(jié)、相互影響、疊加14/21虛擬仿真實驗解決方案·運算。實驗現(xiàn)象真實逼真、數(shù)據(jù)精準無誤，是目前市面上唯一一款真正具備探索性和創(chuàng)新性的實驗教學輔助工具。高效率性生動、形象、立體，提高教學效率，節(jié)約備課上課時間成本。實踐操作和3D交互模型與傳統(tǒng)只能做單向知識傳遞的“視頻教學”模式完全不同，在仿真環(huán)境中進行實際操作，實現(xiàn)理論和操作雙向良性互動。內(nèi)置獨特引擎，高自由度獨特的引擎支持，真正意義上實現(xiàn)實驗DIY；用戶可獨立學習，不受教室、講師等條件約束，可根據(jù)自身實際安排學習時間，具有極大的靈活性。危險度為零傳統(tǒng)實驗學習環(huán)節(jié)，在真實實驗環(huán)境中往往會有許多實驗危險源，仿真實驗能有效避免因操作不規(guī)范所帶來的潛在危險。完全探究傳統(tǒng)實驗室無法完成的高危險性、易燃易爆性、有毒性、輻射性以及爆炸性等實驗。理想實驗環(huán)境解決因客觀因素（時間、空間等）影響給實驗帶來不便的問題。如能有效解決因?qū)嶒炛芷谶^長，展示效果差、實驗現(xiàn)象轉(zhuǎn)瞬即逝、理想實驗環(huán)境搭建、實驗危險性過大、微觀現(xiàn)象難以觀察、實驗過程較為復雜、實驗破壞性較大或是比較極端要求等在傳統(tǒng)的實驗室條件下15/21虛擬仿真實驗解決方案·無法完成實驗的難題，情景交互性用戶在虛擬情景下進行理論判斷和實驗操作，具有強交互性。多終端跨平臺節(jié)約建設成本，充分利用學?，F(xiàn)有硬件資源， 不用擔心不同終端對于軟件的成本投入，全終端適應。器材零損耗器材齊全豐富，反復使用，無需維護，零損耗。第五章 產(chǎn)品服務一、 服務方式虛擬實驗云平臺每月在線檢查一次線上遠程服務 、上門服務虛擬實驗官方微信群虛擬實驗官方售后服務群二、 服務內(nèi)容產(chǎn)品使用培訓服務虛擬實驗云平臺的在線定期檢查服務定時系統(tǒng)巡檢服務、售后服務更新升級服務16/21虛擬仿真實驗解決方案·技術支持服務提供產(chǎn)品相關介紹說明文檔、使用手冊等線上、現(xiàn)場故障排除三、 故障響應服務流程圖3：虛擬實驗平臺故障相應流程圖用戶反饋問題途徑：1）直接軟件反饋2）通過微信、qq、email、電話等方式提交3）官網(wǎng)提交4）直接聯(lián)系官方客服官方快速響應電話技術支持：對用戶提出的技術問題，提供7*24小時咨詢服務，客服人員在接到咨詢電話后，30分鐘內(nèi)通過電話向用戶提供問17/21虛擬仿真實驗解決方案·題解答和技術指導。包括：澄清軟件的功能和特點；文檔資料的澄清；許可軟件的操作指導；確認、分析和糾正錯誤等。遠程技術支持：在條件允許的情況下，技術人員可直接通過互聯(lián)網(wǎng)對故障進行排查和解決。指定解決方案Bug修復四、 故障定義緊急故障：系統(tǒng)癱瘓。嚴重故障：系統(tǒng)無法正常工作，相應功能喪失。一般故障：系統(tǒng)仍能運行，但運行不穩(wěn)定，相應功能未喪失。技術支持中心和售后服務支持中心在收到故障申報后， 將委派技術工程師通過電話交流、在線勘察等手段進行初步故障定位， 并確定解決方案。五、 故障響應時間針對以上故障定義的不同，我司就故障響應時間做出以下標準：故障類型電話響應復雜故障排除緊急故障立即4小時嚴重故障30分鐘1-3個工作日18/21虛擬仿真實驗解決方案·一般故障 30分鐘 1-5個工作日六、 故障處理流程收到故障申報后，立即組織技術人員進行遠程檢查故障， 協(xié)助用戶第一時間解決問題，確保軟件正常使用。若遇特殊情況，確實無法短時間解決的，第一時間制定解決方案和時間安排表， 積極跟進解決進度。同時，為了保障效果，在故障排除后的一周內(nèi)，緊密跟蹤系統(tǒng)狀況，實時監(jiān)測系統(tǒng)運行情況，保障系統(tǒng)的正常運行。七、 應急預案在售后服務工作正常開展的前提下， 有可能遇到緊急情況，例如：系統(tǒng)崩潰，無法啟動或拒絕連接等原因?qū)е掠脩魺o法獲得任何