開放式網上材料科學基礎虛擬實驗室

材料科學基礎是材料科學與工程專業一級學科公共主干專業課。通過理論教學與實驗教學相結合，使學生不僅能掌握基本理論，善于分析和解決問題，同時也培養學生的動手能力、驗證理論、探索新知識的能力。本課程也是材料科學與工程專業的技術基礎課，它為該專業學生的后續課程，如材料加工成型、材料熱處理、材料的性能、工程材料學、材料測試、材料的近代研究方法、計算機在材料科學中的應用等提供基礎。目前材料科學基礎實驗教學存在以下局限性：

1.實驗儀器數量有限，無法滿足現有教學需求

2.材料、試劑消耗量大，實驗教學成本昂貴

3.微觀組織不可見，課本內容抽象不易理解

4.實驗教學需求量大，老師任務重

隨著招生規模的逐年擴大，教學改革的不斷深入，材料科學基礎實驗教學任務越來越重，儀器設備臺套數和實驗教師數量相對不足等問題愈加突出。為了以最少的經費投入解決以上問題，并進一步激發學生的學習興趣、增強實驗效果、提高實驗教學質量，我們開發了開放式網上材料科學基礎虛擬實驗室軟件。

使用現有器材模型，課程可開展如下6個常用材料科學基礎虛擬實驗的訓練

◆多人聯機綜合熱處理實驗

◆金相顯微鏡的構造及使用

◆結構鋼的熱處理工藝流程及性能測試實驗

◆Fe-Fe3C相圖及顯微組織觀察實驗

◆金相顯微樣品的制備實驗

◆硬度測試實驗

多人聯機熱處理虛擬仿真實驗—老師現場指導學生做實驗

多人聯機熱處理虛擬仿真實驗—學生向老師請教問題

金相顯微鏡的構造及使用虛擬仿真實驗

結構鋼的熱處理工藝流程及性能測試虛擬仿真實驗

金相顯微樣品的制備虛擬仿真實驗

硬度測試虛擬仿真實驗

本系統可滿足以下主要性能指標：

1、為保證系統的交互性和擴展性，系統須采用的Unity3D引擎開發而成；

2、為保證系統的性，實驗系統所使用的網頁播放器插件須采用主流3D引擎插件，且插件在近1年內有更新版本，并可支持后續的優化升級；

3、系統提供與手機AR互動的功能，在實驗過程中，通過手機掃描屏幕畫面，在手機中會出現三維儀器模型，用戶可在手機上認知儀器各部件，增加用戶與手機界面之間的交互，該功能需要現場演示；

4、系統支持多人聯機功能，多人聯機實驗提供老師和學生兩種登錄身份。在同一個虛擬實驗室內，學生會看到自己的同學和老師，可以在虛擬實驗室內任意交流學習，老師可以參觀每個學生做實驗的流程，并在學生旁邊提供實時指導；

5、系統要求與虛擬仿真實驗教學管理平臺軟件無縫對接，教師端能夠自動生成智能指導和自動批改規則，且教師能夠對規則進行細節修改；

6、系統提供實驗過程中的智能指導功能，該指導應該為啟發性指導，通過一步步的提問式引導，進而啟發學生思考，應該是是靈活智能的，而不能為一些“死”的規則或提示，該功能需要現場演示；

7、系統提供實驗結果的自動批改功能，學生實驗結束且提交后，系統調用自動批改規則可以自動算出學生實驗得分，教師端還可以查看得分細節，了解學生的得分細節，該功能需要現場演示；

8、系統服務器端用戶分為學生、教師、教務管理員和系統管理員四種角色，不同角色擁有不同權限。

■ 學生：選課、選擇實驗、開展實驗、接受實驗指導、在線提交實驗報告、保存和提交實驗結果、查詢實驗成績和批語。

■ 教師：典型實驗庫維護、發布實驗、安排實驗、批改實驗報告、系統指導、統計并發布學生的實驗成績和批語。

■ 教務管理員：課程計劃、開課計劃、選課日期設置、開課審核、開課查詢。

■ 系統管理員：用戶管理、分組管理、角色管理、權限管理、系統維護等。

性能指標：

支持同時在線用戶數1萬人以上，經測試，系統運行穩定，不限終端用戶數，能滿足日常教學使用。

服務器運行環境

操作系統：Windows Server ，Linux/Unix Server

Web服務器：Tomcat6.0，JDK6.0

數據庫：MySQL客戶端運行環境

操作系統： All Windows系列