本站小編為你精心準備了網絡虛擬實驗教學系統的設計與應用參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：在實驗教學中有許多具有危險性和設備成本較高的實驗，針對這種情況，建立了網絡虛擬實驗教學系統。首先對該系統進行需求分析，選用Java語言開發，數據庫采MySql。然后對需要實現的各個功能進行詳細設計，涉及主要算法、數據結構、類結構及其調用關系，最后進行編寫代碼和測試工作。網絡虛擬實驗教學系統所提供的功能不但使所用實驗的方式和器材更豐富，而且減少學校的資金投入和設備的維護和管理。同時也可以為學生提供了較好的自我學習的環境，提高學生學習的靈活性和自主性，教師也方便對其進行監督、教學、統計成績和其他管理。

關鍵詞：虛擬實驗；數據庫；教學系統

1引言(Introduction)

在現在生活和學習中，計算機技術、網絡技術的普及和計算機網頁編程技術的豐富，以及推出許多強大和高效的編程框架，使現在的網頁不但更加美觀，而且方便增加更強大的功能，這不但在日常生活中帶給了我們很大的便利，也同時帶給了辦公和學習上更高的效率[1]。因此我們決定把計算機和網絡技術和課堂虛擬教學結合起來，由此設計出了網絡虛擬教學實驗系統。為了使得本系統能夠在Windows/Linux/MacOS各種操作系統，以及市面上主流的瀏覽器下運行，我們采用了Java和Javascript這些可移植性語言開發了計算機網絡虛擬實驗教學系統。

2設計思想(Designconcept)

采用基于角色的設計，分為三個角色(教師、學生、管理員)，不同的角色擁有不同的權限。采用MVC架構把前端和后端分離開來，并將業務邏輯聚集到同一個部件里面，在修改和個性化定制界面及用戶交互的同時，不需要重新編寫業務邏輯[2,3]。前端采用Vue.js框架進行編寫，后端采用Spring+MyBatis框架進行編寫，數據庫采用MySql數據庫。具體的網絡虛擬實驗教學系統的用例見圖1。

3開發工具(Developmenttool)

網絡虛擬教學系統采用B/S架構，前端頁面采用Vue框架，Vue是一套用于構建用戶界面的漸進式框架。與其他大型框架不一樣的是，Vue被設計為可以自底向上逐層應用。Vue的核心庫只關注視圖層，不僅易于上手操作，還便于與第三方庫或現存項目的整合[4]。另一方面，當與現代化的工具鏈以及各種支持類庫結合使用時，Vue也完全能夠為復雜的單頁應用提供驅動。后端采用JavaSpring框架，Spring是一個輕量級的、開源的框架和AOP(面向切面的編程)容器框架，通過對傳統OPP設計方法的改進，進一步完善了重用性、靈活性和可擴展性[5]。Spring是非侵入式的，Spring不再用new的方式來創建對象，而是通過依賴注入的和面向接口實現輕松耦合，基于Spring開發的應用一般不依賴于Spring的類[6]。Spring是為解決企業應用程序開發復雜性而進行創建的，不僅僅局限于服務器端開發，任何Java應用都能在簡單性、可測試性和松耦合等方面得到方便使用[7]。數據庫采用的是MySql，MySql數據庫是一個高性能且相對輕量的數據庫系統，與一些更大系統的設置和管理相比，其復雜程度較低，操作方便、簡單靈活。而且MySql是完全免費的軟件，既節省了大量資金，也為以后維護降低了成本，便于軟件的維護，MySql運行速度很快[4]。MySql可能是目前能得到的最快的數據庫。MySql可運行在多種版本系統上(如Linux和Windows)。MySql可運行在從個人電腦端到高級的服務器上。而且MySql可以搭建成數據庫集群，增加軟件的穩定性[8,9]。

4系統功能結構設計(Functionalstructureofsystem)

虛擬教學系統相對比以前傳統的課堂，可以減輕學生在課堂中的任務和壓力，學生可以更加靈活運用課余時間做好預習、復習，并按照教師分配的任務和作業及時完成實驗內容，通過這種方式就可以在線上完成教師不值得任務。通過網絡虛擬實驗教學系統可以按學生自己的進度來學習，遇到不會的地方可以多次觀看，直到理解教師講的知識點，再繼續下面的學習，使學生的學習更加的靈活，教學的效果也越來越好。學生還可以下載所需要的教學材料，學生在學習中遇到的問題有也可以及時通過本系統向教師提出問題，避免了因為下課十幾分鐘的時間緊迫，造成教師講的太快，學生沒有聽懂的情況。同時學生還可以選擇自己專業之外的課程來，消除了學生對其他課程感興趣，卻不方便去“蹭課”的煩惱。提供多方面的學習機會，在大學期間不但可以更好的學習專業課程，同時豐富了自己的課外知識，使學生更加全面的發展，更好的成長自己。教師可以更方便的上傳和查看自己的課件，同時學生可以下載上課中的講義和演示文稿以便學生預習和復習，學生的作業也可以及時給出需要修改的錯誤和建議，可以在課后明確分配任務，不會造成學生聽錯和混淆的情況。學校可以把更加優秀的教師資源同步全體的學生，使學生能得到更加優秀的教育資源，避免了因為教師資源不同而使學生所學知識和成績造成比較大的差異的情況，同時減輕教師的工作量。登錄模塊提供用戶的登錄和注冊的功能，教學模塊實現教師端的疑難解答、作業批改、查詢進度、課程上傳的功能，選課模塊實現教師選所要教授的課和學生學習的課程。學習模塊實現學生的作業提交、疑難解答、課程學習的功能。個人信息實現教師和學生的詳情信息，方便互相了解。資源管理模塊實現課程資源的上傳和下載功能。首頁提供用戶登錄之后跳轉的頁面，實現通知、其他臨時信息的顯示和學習進度的顯示的功能，具體功能結構劃分見圖2。圖2系統功能結構圖Fig.2Functionstructurechart

5數據庫設計(Designofdatabase)

根據系統需求分析的需求，建立如圖3所示的數據庫，數據庫達到BC范式的要求，即所有非主屬性對碼都是完全函數依賴，所有的主屬性每一個不包含它的碼也都是完全函數依賴的，沒有任何屬性完全函數依賴于非碼的任何一組屬性[9]。同時考密碼的安全性，在MySql支持AES_ENCRYPT()和AES_DECRYPT()這兩個函數的情況下，可以對密碼進行加密和解密，有效的保護用戶的密碼，防止密碼丟失和被不法人員的竊取，以免造成用戶隱私的丟失。具體數據庫設計見圖3。

6實施與實現(Executionandimplementation)

(1)登錄模塊：登錄和注冊在同一個頁面，當點擊登錄按鈕就跳轉登錄界面，點擊注冊變按鈕成注冊頁面，賬號的格式為數字格式的學號，密碼為大于四位小于十六位的數字和字母的集合。(2)首頁:首頁顯示當前的的最新的消息和選課的信息，是學生、教師、管理員的公共模塊。(3)教學模塊：教學模塊是教師的專有模塊，主要功能有上傳課程、進度查詢、作業批改、疑難解答、課程上傳分為上傳教師所教授的視頻文件，上傳教師在課程上所需要的演示文稿(.ppt文件和.pptx文件)和課程講義(.doc文件、.docx文件和.pdf文件)，進度查詢可以查到所選課程的所有的學生的進度情況，作業批改可以查看學生上傳的作業(.doc文件和.docx文件)格式，并進行批閱打分。疑難解答可以對學生提出的問題進回復，并和學生進行討論。(4)學習模塊：學習模塊分為課程學習、疑難解答、作業提交三個模塊，課程學習分為進度查詢、課程學習、課程介紹，進度查詢可以及時查看所選課程學習的進度信息，課程學習是播放教師上傳的課程的視頻文件，并實時記錄所學的進度。課程介紹可以了解到所學的課程的大體信息，疑難解答和教師的疑難解答模塊對接，學生可以提問題，分享學習的心得、好的經驗和技巧內容的不足之處。(5)選課模塊:學生選課模塊顯示學生當前選到的課程，和管理員已經的課程，學生可以根據需要去選擇要學的并且已的課程。(6)個人信息：個人信息可以查詢到學生的姓名、性別、院系、班級、學號等其他的基本信息，教師的姓名、性別、院系、工號等其他基本信息。(7)資源管理：資源管理可以下載到教師所上傳的所有課程文件和管理員的文件或應用程序。

7運行效果及特點(Operationresultsandfeatures)

本系統充分整合學校信息化實驗教學資源，以培養學生綜合實踐能力和創新能力為己任，開發與應用軟件用來共享虛擬實驗、儀器共享和遠程管理虛擬實驗等教學資源，擴大實踐領域，提高教學能力和效率，降低成本和風險，實踐更方便和靈活，師生交流更加方便和快捷，增加教學的安全性，開展綠色實驗教學。運行效果：通過這些設計，采用相關的框架進行編碼、調試、測試、完成了網絡虛擬實驗教學系統，其中學生學習的主界面見圖4。圖4學生學習主界面圖Fig.4Mainlearninginterfaceofstudents

8結論(Conclusion)

虛擬教學實驗系統的開發，為學生提供了一種新的實驗學習模式，使的以前實驗環境不具備的情況下可以較好的虛擬實驗環境，并通過模擬給予實現，有效的解決了教學中許多較難實現的實驗內容無法完成的問題。不僅增加了實驗教學的效率，而且也提高了實驗效果，并為學生提供了較好的自我學習的環境，提高了學生學習的靈活性和自主性。

參考文獻(References)

[1]LeeCH,ZhengYL.AutomaticSQL-to-NoSQLschematransformationovertheMySQLandHBasedatabases[C].ConsumerElectronics-Taiwan(ICCE-TW),2015IEEEInternationalConferenceon.IEEE,2015:426-427.

[2]KrólK,SzomorovaL.ThepossibilitiesofusingchosenjQueryJavaScriptcomponentsincreatinginteractivemaps[J].Geomatics,LandmanagementandLandscape,2015(2):45-54.

[3]KolasaP,JanowskiM.Studyofpossibilitiestostoreenergyvirtuallyinagrid(VESS)withtheuseofsmartmetering[J].RenewableandSustainableEnergyReviews,2017,79:1513-1517.

[4]瘋狂軟件.Spring+MyBatis企業應用實戰[M].北京:電子工業出版社,2017:51-55.[5]NicholasC.Zakas.JavaScript高級程序設計[M].北京:清華大學出版社,2017:105-107.

[6]麥冬,陳濤,梁宗灣.輕量級響應式框架Vue.js應用分析[J].信息與電腦(理論版),2017(07):58-59.[7]繆勇,施俊,李新鋒.JavaWeb輕量級框架項目化教程[M].北京:清華大學出版社,2017:78-81.

[8]喬嵐.基于MyBatis和Spring的JavaEE數據持久層的研究與應用[J].信息與電腦(理論版),2017(08):73-76.[9]石玉強,閆大順.數據庫原理及應用[M].北京:中國水利水電出版社,2009:109-110.

作者：殷磊 謝文閣 許志來 黃阿坤 單位：遼寧工業大學電子與信息工程學院