基于局域网的金属材料热处理虚拟实验室构建

　　“材料科学基础”是材料科学与工程类学生必修的专业基础课，“热处理实验”是与其配套的实验课。传统的金属材料热处理实验由于存在设备投入大、实验耗时长、消耗费用大，实验过程有一定的危险性的问题以及对安全性投入的要求，使实验的开出受到一定限制[1-2]。随着学生人数的增多，金属材料热处理实验由于设备台套数少变得难以安排，基本上变成“个别学生操作和大部分学生观摩”参观性实践教学，教学效果很差，学生的实践能力得不到锻炼。近年来，随着计算机、软件和图形视频技术的发展，多媒体教学已经成为现代化的教学常用手段，并且在实验教学中体现出巨大优势，多媒体教学的运用模式和开发方向日益多样化[3-4]。本文通过对传统金属材料热处理实验教学内容的分析，借鉴由软件技术和网络技术支撑和发展起来的虚拟实验技术[5-6]，建立基于局域网络下的金属材料热处理虚拟实验平台(虚拟实验室)，使学生在虚拟实验室就能完成消耗大、耗时长、复杂和危险的热处理实验，基本做到“亲历亲为”，再结合实际参观和观摩，极大地强化了实验教学效果。

　　1 热处理虚拟实验室建设内容

　　金属材料热处理虚拟实验室是基于局域网络LAN(Local Area Network)的实验系统，是根据金属材料热处理真实实验的操作过程、知识结构和实验管理要求搭建的虚拟实验室的系统。它的主要工作包括实验平台搭建、功能模块定义、数据库建立和虚拟实验实现等。

　　1.1 基于局域网络运行虚拟实验室平台的构建

　　金属材料热处理虚拟实验室利用有关软件开发的系统软件包括基于LAN的[7]、包括系统服务器的系统管理平台和基于终端服务器课件运行平台。热处理虚拟实验室网络拓扑示意图如图1所示。

　　课件运行平台可以同时满足单个或多个多媒体教室(每个教室终端数量由学生数量设定)的日常教学。每个学生终端采用个人计算机单屏显示方式，教员终端可以选装单屏加投影方式。

　　1.2 功能模块的定义及特点

　　金属材料热处理虚拟实验室主要实现的功能有: 用户管理模块、实验操作模块(实验原理模块、设备介绍模块、实验设计模块、方法选择模块、组织分析模块、拉伸测试模块、硬度测试模块)以及实验考核模块和实验帮助模块等。虚拟实验室系统的功能模块示意如图2 所示，其中实验操作模块(图2中虚线框部分)是系统的重要内容。

　　(1) 用户管理模块。该模块是系统的灵魂，主要由管理员或实验教师管理，用于系统知识和对学生用户的管理，包括系统知识的更新、添加和修改，以及添加和查询，更改和删除学生用户信息，对学生实验过程进行监控，对实验报告和实验成绩进行评判和统计等功能。其次，系统向学生用户提供注册与登录的管理。对不同用户设置不同的权限，教师用户拥有系统的最高管理权限，学生用户享有实验学习和实验考试等权限。