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互聯(lián)網(wǎng)+實踐教學(xué)管理系統(tǒng)

將互聯(lián)網(wǎng)+思維和多種先進信息技術(shù)綜合應(yīng)用于實踐教學(xué)，解決實踐教學(xué)中預(yù)習(xí)難、講解難、操作難、考評難等問題，提升實踐教學(xué)信息水平，減輕教與學(xué)壓力，提高實踐教學(xué)質(zhì)量。

實踐教學(xué)現(xiàn)狀

客觀情況
裝置少 學(xué)生多 專業(yè)多 流程長 操作多 不可見
客觀情況
裝置少
學(xué)生多
專業(yè)多
流程長
操作多
不可見
現(xiàn)狀
裝置造價高、占地面積大、臺套數(shù)少
一套裝置供多個班、眾多學(xué)生使用
一套裝置，涵蓋了化工、電氣、 機械、自動化、儀表等多個專業(yè)知識
實踐教學(xué)裝置往往由多個工段、多道工序構(gòu)成
實踐過程一般操作步驟較多，操作繁雜
裝置多為不銹鋼材質(zhì)， 內(nèi)部結(jié)構(gòu)、動態(tài)過程、物料變化過程不可見
存在問題
無法做到人手一套， 多數(shù)人沒有參與操作、不會操作、無法熟練操作
無法真正運行生產(chǎn)，多人靜態(tài)圍觀
一個專業(yè)的老師無法講解涉及多個專業(yè)的知識
裝置流程長， 教師在短時間內(nèi)講不完、學(xué)生在有限時間內(nèi)做不全
操作錯誤會導(dǎo)致整個過程往往要從頭再來， 浪費時間和物料，還可能帶來人身和環(huán)境危害
無法透徹理解結(jié)構(gòu)、原理、過程，只能靠想象得到結(jié)論
教學(xué)問題
預(yù)習(xí)難 講解難 操作難 練習(xí)難 考試難 評估難
教學(xué)過程
預(yù)習(xí)
講解
操作
練習(xí)
考試
評估
現(xiàn)狀
看講義、寫預(yù)習(xí)報告， 不見真實設(shè)備、原理過程
教師需口頭講解原理、結(jié)構(gòu)、 流程、操作、安全，學(xué)生想象、理解
實驗室不隨時開放
裝置數(shù)量有限，一人操作，多人圍觀
裝置套數(shù)少、學(xué)生多、 監(jiān)考難、時間長，操作考試變成筆試
同組學(xué)生實驗報告幾乎相同， 沒有操作記錄和設(shè)備運行記錄
存在問題
學(xué)生對裝置理解不深，達不到預(yù)習(xí)目的
講不清、講不全、聽不懂、記不住
學(xué)生不能反復(fù)練習(xí)實驗操作直到完全掌握
多數(shù)人沒有參與操作、不會操作、無法熟練操作
紙質(zhì)試卷無法評價學(xué)生對裝置的操作能力
教、學(xué)效果評價效度低， 缺乏依據(jù)來指導(dǎo)教學(xué)改進和提高

教學(xué)質(zhì)量難以保證！

解決之道

利用信息科技，改進教學(xué)設(shè)備、整合教學(xué)資源、改變教學(xué)方式、提升教學(xué)評價方法、提高學(xué)生自學(xué)能力、豐富教師講解方法、落實操作練習(xí)成效、形成操作記錄數(shù)據(jù)，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+實踐教學(xué)管理，逐個擊破實踐教學(xué)中存在的諸多問題，保障教學(xué)效果。

解決方案

預(yù)習(xí)難

可以查看裝置三維模型、視頻課、三維動畫、立體講義、操作演示、操作視頻，進行操作練習(xí)，解決預(yù)習(xí)難的問題。

講解難

教師使用增強現(xiàn)實系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)、圖像記錄系統(tǒng)、資源融合立體書系統(tǒng)將原理、結(jié)構(gòu)、操作、安全等講解清楚全面，解決講解難的問題。

操作難

使用增強現(xiàn)實系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、資源融合立體書系統(tǒng)、運行測控系統(tǒng)、操作記錄系統(tǒng)實時得到操作指導(dǎo)，達到操作可追溯、人人可參與、解決操作難的問題。

練習(xí)難

可以利用真實裝置考試，也可以用虛擬現(xiàn)實仿真軟件考試，兩種方式均有操作記錄，數(shù)據(jù)可遠程訪問、可回放操作過程，解決練習(xí)難的問題。

考試難

利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、操作記錄系統(tǒng)、運行測控系統(tǒng)，學(xué)生操作三維仿真模型或真實裝置，數(shù)據(jù)及現(xiàn)象可模擬仿真，過程可評價、可記錄、可回放，使操作考試能有效落實。

評估改進難

教師可以利用運行測控系統(tǒng)、操作記錄系統(tǒng)、圖像記錄系統(tǒng)、增強現(xiàn)實系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)對教學(xué)效果和學(xué)習(xí)效果進行評估從而根據(jù)反饋改進和提高，解決評估、改進難的問題。

功能架構(gòu)

互聯(lián)網(wǎng)+實踐教學(xué)管理系統(tǒng)由互聯(lián)網(wǎng)+實踐教學(xué)管理云平臺、操作記錄系統(tǒng)、運行測控系統(tǒng)、圖像記錄系統(tǒng)、立體教材系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)、增強現(xiàn)實系統(tǒng)等與傳統(tǒng)的實踐教學(xué)裝置有效整合在一起，為教師和學(xué)生提供一體化的實踐教學(xué)方案。

教師使用該系統(tǒng)安排學(xué)習(xí)任務(wù)、查看過程記錄、評估結(jié)果、教學(xué)講解、考試考核，實現(xiàn)實踐教學(xué)過程化考核。

學(xué)生使用該系統(tǒng)進行全面預(yù)習(xí)、虛擬練習(xí)、實際操作、學(xué)習(xí)知識、參與考試。

實驗管理員 通過系統(tǒng)查看操作記錄、練習(xí)記錄、考試等情況，了解裝置和軟件運行情況。

教學(xué)管理員 通過系統(tǒng)查看教學(xué)效果和學(xué)習(xí)效果，有理有據(jù)地提出改進意見，幫助教師和學(xué)生共同提高。

組成部分

增強現(xiàn)實系統(tǒng)

通過在虛擬環(huán)境中引入現(xiàn)實場景信息，在虛擬世界、現(xiàn)實世界和用戶之間搭起一個交互反饋的信息回路，通過手機識別真實裝置上的信息點，了解裝置方方面面信息。

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虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)

虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)應(yīng)用于實踐以既有趣又容易學(xué)習(xí)的方式將復(fù)雜的數(shù)據(jù)、過程呈現(xiàn)給學(xué)生，使其能夠身臨其境進行操作，解決了學(xué)生欠缺實際操作的問題，可以隨時、隨地、安全、低費用的重復(fù)操作大大提高了教學(xué)成效。

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資源融合立體書系統(tǒng)

以課程教學(xué)為中心，借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)將教學(xué)資源以多種媒介、多種形態(tài)、多個層次進行整合，豐富了學(xué)生學(xué)習(xí)、練習(xí)的內(nèi)容，從深度、廣度和教學(xué)手段上，保證了實踐教學(xué)效果。

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運行測控系統(tǒng)

對裝置測控的數(shù)據(jù)進行采集，在本機展示的同時將其上傳到云平臺，為其他功能模塊或是外部應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，從而可以進行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

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操作記錄系統(tǒng)

通過在裝置上加裝各類操作記錄傳感器，對學(xué)生操作過程中的操作進行記錄。記錄的操作數(shù)據(jù)可用于事后追溯操作行為并對學(xué)生操作熟練程度和教師教學(xué)過程進行評估。

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圖像記錄系統(tǒng)

通過在裝置周圍合理位置加裝攝像頭，將教學(xué)過程、操作過程和運行情況如實記錄；由監(jiān)控主機為云平臺提供基礎(chǔ)視頻數(shù)據(jù)訪問服務(wù)；由云平臺對外部訪問提供視頻實時監(jiān)控和監(jiān)控視頻回放服務(wù)。

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系統(tǒng)將所有數(shù)據(jù)上傳至云平臺，能夠隨時隨地訪問。教師可利用云平臺查看學(xué)生學(xué)習(xí)情況、操作情況、易錯點、視頻記錄回放并進行操作評分和考試。學(xué)生利用該平臺預(yù)習(xí)、學(xué)習(xí)、練習(xí)、查看仿真操作回放、查看運行數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)處理、生成實驗報告。管理人員可利用該系統(tǒng)查看裝置運行情況、查看教學(xué)效果、學(xué)習(xí)效果并經(jīng)過評估提出改進意見。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

互聯(lián)網(wǎng)+實踐教學(xué)管理系統(tǒng)服務(wù)器集成了虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)、操作記錄系統(tǒng)、運行記錄系統(tǒng)、圖像記錄系統(tǒng)、立體教材系統(tǒng)、增強現(xiàn)實系統(tǒng)，能夠展示PPT、數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)處理、操作評分、生成實驗報告、進行仿真回放、視頻回放。

裝置上裝有運行數(shù)據(jù)傳感器、操作數(shù)據(jù)傳感器及配套的DCS系統(tǒng)和操作數(shù)據(jù)集中器，實時將數(shù)據(jù)上傳至云平臺。裝置周圍合適位置裝有攝像頭實時將畫面由視頻主機上傳至云平臺，方便日后視頻回放和案例講解。

教師講解裝置時使用話筒，通過教室內(nèi)音響使所有學(xué)生都能聽清講解內(nèi)容。教室內(nèi)配有互動大屏方便教師講解裝置。

學(xué)生、教師、實驗管理員、教學(xué)管理員都能使用這個系統(tǒng)提高教學(xué)質(zhì)量，保證教學(xué)效果!

教學(xué)過程

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預(yù)習(xí)

在虛擬仿真系統(tǒng)中利用仿真軟件中三維模型了解裝置的外部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使用三維動畫了解實驗原理，進行虛擬操作，了解實驗操作步驟。使用增強現(xiàn)實系統(tǒng)結(jié)合真實實踐裝置進行增強現(xiàn)實學(xué)習(xí)。所有操作均有記錄，方便教師能夠及時掌握學(xué)生預(yù)習(xí)情況。

講解

教師使用虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)、增強現(xiàn)實系統(tǒng)中的部件、裝置、動畫通過互動大屏講解原理、結(jié)構(gòu)、流程、操作、安全等知識。配合使用立體教材系統(tǒng)高效的使用各種媒體資源講解實踐過程。解決了講不清、講不全的困難。

操作

學(xué)生在虛擬仿真系統(tǒng)中預(yù)演實踐操作和參數(shù)調(diào)節(jié)，依照虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)和增強現(xiàn)實系統(tǒng)中的指導(dǎo)，完成每一步操作，保證操作正確，避免危險和浪費。解決了學(xué)生不會操作的難題。

練習(xí)

每位同學(xué)都能夠在與實際裝置完全一致的虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)中，不受時間、空間限制，隨時隨地的進行反復(fù)操作，解決了不隨時開放、裝置數(shù)量少，學(xué)生數(shù)量多，一人操作多人圍觀的難題。

考試

實踐教學(xué)考試是操作性考試，通過虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)，教師可以考察每個學(xué)生的實踐操作掌握情況；可以通過設(shè)置相應(yīng)的故障和異常，了解學(xué)生的應(yīng)變能力；系統(tǒng)能夠自動評分，在連接系統(tǒng)的裝置上少量真實操作考試，解決了傳統(tǒng)考試無法評估學(xué)生實見操作技能的困難。

評估

教師通過互聯(lián)網(wǎng)+云平臺查看學(xué)生在使用虛擬仿真系統(tǒng)、增強現(xiàn)實系統(tǒng)、資源融合立體書系統(tǒng)及進行操作時通過運行測控系統(tǒng)、操作記錄系統(tǒng)、圖像記錄系統(tǒng)的記錄從而了解學(xué)生的難點、易錯點等，有依據(jù)的進行提高和改進，解決了評估改進難的問題。

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