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1、虚拟仿真实验解决方案 上海华一风景观艺术工程有限公司 2017年 8 月 1 / 21 目录 第一章需求分析 2 一、项目背景 2 二、实验教学现状 3 三、用户需求 3 第二章建设原则 5 一、建设目标 5 二、建设原则 6 第三章系统总体解决方案 7 一、总体架构 7 二、学科简介 8 第四章产品优势 . 14 第五章产品服务 . 16 一、服务方式 . 16 二、服务内容 . 16 三、故障响应服务流程 . 17 四、故障定义 . 18 五、故障响应时间 . 18 六、故障处理流程 . 19 七、应急预案 . 19 2 / 21 第一章需求分析 一、项目背景 国家中长期教育改革和发展规划
2、纲要（20102020 年） 明确 指出：把教育信息化纳入国家信息化发展整体战略，超前部署教育信 息网络。到 2020 年，基本建成覆盖城乡各级各类学校的教育信息化 体系，促进教育内容、教学手段和方法现代化。加强优质教育资源开 发与应用，建立数字图书馆和虚拟实验室。鼓励企业和社会机构根据 教育教学改革方向和师生教学需求，开发一批专业化教学应用工具软 件，并通过教育资源平台提供资源服务，推广普及应用。 在“十三五规划”方针政策指引下，各地陆续出台政策，强调数 理化实验教学的重要性。 2016 年，北京公布了中高考的新方案，强调义务教育阶段所有 科目都设为 100 分，表示它们在义务教育与学生成长
3、中同等重要，不 再人为去区分主次，使学校、老师、家长、社会对每一门学科都很重 重视，其中物生化实验部分占分比例为30% ，高考不再文理分科。 继北京重磅发布此消息后，河南教育厅发布关于2016 年普通 高中招生工作的意见，其中明确要求理化生实验操作考试满分为30 分；安徽省初中毕业升学理化实验操作考试分数为15 分，考试成绩 计入考生中考录取总分；山西省理化实验操作10 分。 3 / 21 教育部发布了教育部关于印发 的通知要求， 2017年秋季起，小学科学课程起始年级调整为一年 级。要按照小学一、二年级每周不少于1 课时安排课程，三至六年级 的课时数保持不变。 而如今有些地区小学科学课堂教学
4、却不被人们所 重视, 且存在着科学仪器和设备欠缺以及实验课开设少甚至不开设的 现象, 而师资力量薄弱也是一大问题。 二、实验教学现状 学校经费紧张、实验设备陈旧或不足 课程学时短，讲授内容多，课堂效率低下 学生参与度不高，学习兴趣不够，缺乏主动性 没有理想实验环境，高危实验很难呈现和操作 师生不能随时携带实验设备，做实验只能去实验室 某些实验现象不易观察，实验周期过长 实验误差不好体现，满足不了实际实验讲解需要 非正规操作由于破坏性大，成本较高，很难展示实验中出现的 各种故障现象 流程化的实验操作模式，不利于培养学生的创新思维 小学科学师资力量薄弱，实验器材缺乏 三、用户需求 (一)解决学生随
5、时多次的实验练习需求 4 / 21 实验是理化生和小学科学（简称小科）学科的重要组成部分，也 是课堂教学的重要环节， 由于学生群体的数量庞大和教学实验设备建 设的不足，学校的实验设备已经不能满足学生多次、随时的学习一门 实验的要求。 (二)实验的安全性与便捷性 保证学生实验的安全性是校方考虑的第一要素，如何在有限的课 时内让学生参与更多的实验操作，同时提高学习兴趣提高实验效率。 (三)实验校本资源的建设，如何服务于全校所有师生 实验课件资源匮乏， 而且资源相对分散， 学科教师需要花费大量 的精力寻找合适的资源； 资源的匹配性较差， 尤其是希望动态展示的 器材元器件，大多数是静态的图片形式或是只
6、能按照固定步骤操作的 flash 形式，很难满足常规的教学需求；能实现配合实际习题讲解的 实验资源几乎没有； 有些需要理想实验环境才能完成的实验，很难展 示或实际演示。 (四)需要长周期才能完成的实验，课堂效率和效果如何保障 实验课时较短，需要长周期才能完成的实验，课堂效果不理想， 所以，目前课堂的实际情况是，只能靠老师“说”实验，学生很难理 解。 (五)实验教学模式固定，教学模式需要创新 固定的教学模式，缺乏自主创新。实验主要分为：讲实验、做实 验和画实验三大部分。其中， “讲实验”大多数是靠老师讲，学生听， 5 / 21 很难给学生直观、立体的视觉冲击，效果大打折扣；“做实验”是我 们一直
7、提倡学生需要动手去体验、去操作的，但现实情况往往是没有 办法满足学生随时多次的实验练习需求； “画实验”一般是老师在黑 板上画实验的相关结构图、原理图等，比如物理的电路图等，这种画 图是必要的， 但存在的问题是， 很难全方位动态展示效果以及内部的 逻辑关系，比如电路图， 无法展示电路中各元器件之间的动态逻辑关 系，但是如果有专业的辅助软件，不仅高效，而且能形象地展示出电 路中的各种动态关系，形象、直观、高效。 第二章建设原则 针对用户这些迫切需求， 学校需要建立一套完整的实验云平台资 源，满足全校师生随时多次使用。 实验云平台提供实验中实用、 好用、 难找的实验资源和实验工具。 当然，实验教学
8、，需要鼓励和提倡学生进行实际的实验操作，这 是任何的资源和软件都是不能替代的功能，所以，实验云平台的定位 是辅助实验教学。 一、建设目标 虚拟仿真实验云平台紧贴教学大纲，满足学校仿真实验优质资源 的需要，并在此基础上， 引领学校教师开展基于常态化的教学实践活 动。在丰富校本资源建设的同时，协助教师备课、上课；降低实验操 6 / 21 作成本与难度， 增加学生对实验的兴趣， 保障实验结果的准确性与安 全性。 图 1：实验云平台问题解决示意图 二、建设原则 实用性原则 虚拟实验云平台紧扣教学大纲要求，深挖一线教师课堂实验教学 环节各个痛点，提供具有最优实验器材和资源以及性价比的产品。 经济性原则
9、在满足实验教学功能及体验度的前提下，尽量降低升级和维护成 本。 针对性原则 虚拟实验云平台的开发与利用是为了课程目标的有效达成，针对 7 / 21 不同的学科目标提供与之相应的实验制作工具和资源。 安全性原则 虚拟实验云平台采取必要的安全保护措施，具有高度的安全性。 可维护性原则 产品简单、实用、易操作、易维护、支持本地部署与私有云部署。 第三章系统总体解决方案 一、总体架构 提供虚拟实验云平台系统， 经过官方授权的许可用户可在线访问 虚拟实验，全校师生通用。 若学校已有校园云平台， 支持将虚拟实验直接对接到指定的校园 云平台上（非第三方平台） ，师生通过单点登录即可访问使用。 同时，为了方便
10、教师上课离线使用， 单独给学科老师配备客户端 账号，支持线上 +线下使用，完全不用担心网络问题，保障正常的课 堂教学。 使用终端上，支持跨平台访问，windows、IOS、Android 全平台 适应，满足实际教学需求。 向学校提供访问地址和许可使用账号，师 生可根据实际情况选择使用终端，方便高效。 8 / 21 图 2：虚拟实验云平台架构图 二、学科简介 2.1 虚拟实验云平台 - 小学科学 小学科学涵盖了小学1-6 年级的主流教材版本生命世界、 物质世 界、地球与宇宙等领域的234 个科学实验， 是目前市面上最完整的小 学科学教学资源，可以培养小学生初步的科学探究能力。 9 / 21 图
11、2-1：虚拟实验平台小学科学界面示意图 寓教于乐，培养小学生初步的科学探究能力 图 2-2：虚拟实验平台小学科学实验步骤示意图 多维度验证实验过程，强化、巩固学科知识。 解决因客观因素 （天气、光线等）影响给实验带来不便的问题。 图 2-3：虚拟实验平台小学科学实验示意图 解决因观察时间较长给实验带来不便的问题（如铁钉生锈实验）。 10 / 21 图 2-4：虚拟实验平台小学科学生锈实验示意图 多维立体展示，效果逼真。 图 2-5：虚拟实验平台小学科学立体展示示意图 零入门，实验操作设计简单。 11 / 21 图 2-6 ：虚拟实验平台小学科学易操作实验示意图 2.2其他学科展示 图 2-7
12、虚拟实验平台物理家庭电路示意图 12 / 21 图 2-8 虚拟实验平台物理电磁学示意图 图 2-9 虚拟实验平台物理力学示意图 13 / 21 图 2-10 虚拟实验平台生物示意图 图 2-11：虚拟实验平台生物3D鸟类模型示意图 14 / 21 图 2-12 虚拟实验云平台生物观察实验示意图 第四章产品优势 通过多媒体手段， 依托学科特色， 建立富有科技感的虚拟仿真实 验平台，满足师生多次、随时地进行实验探究和学习需求。在直观、 立体、高效、多样化的人机互动过程中，既提高了学生的学习兴趣， 也满足了学生个性化的学习需求。同时，不受物理空间、时间的限制。 集探究性、趣味性、科学性于一体。 实
13、验主要系列产品有： 物理（初高中）、化学（初高中）、生物（初 高中） 、小科（ 1-6 年级） 。其中，生物提供丰富的3D模型，呈现多 姿多彩的生物世界；物理和化学内置独特的“ 引擎“ ，让每个器材都 “活”起来，自由摆放、任意组装、参数任意调节、相互影响、叠加 15 / 21 运算。实验现象真实逼真、 数据精准无误，是目前市面上唯一一款真 正具备探索性和创新性的实验教学辅助工具。 1. 高效率性 生动、形象、立体，提高教学效率，节约备课上课时间成本。 2. 实践操作和 3D交互模型 与传统只能做单向知识传递的“视频教学”模式完全不同，在仿 真环境中进行实际操作，实现理论和操作双向良性互动。
14、3. 内置独特引擎，高自由度 独特的引擎支持，真正意义上实现实验DIY；用户可独立学习， 不受教室、讲师等条件约束，可根据自身实际安排学习时间，具有极 大的灵活性。 4. 危险度为零 传统实验学习环节，在真实实验环境中往往会有许多实验危险 源，仿真实验能有效避免因操作不规范所带来的潜在危险。完全探究 传统实验室无法完成的高危险性、易燃易爆性、有毒性、辐射性以及 爆炸性等实验。 5. 理想实验环境 解决因客观因素（时间、空间等）影响给实验带来不便的问题。 如能有效解决因实验周期过长，展示效果差、实验现象转瞬即逝、理 想实验环境搭建、实验危险性过大、微观现象难以观察、实验过程较 为复杂、实验破坏性
15、较大或是比较极端要求等在传统的实验室条件下 16 / 21 无法完成实验的难题， 6. 情景交互性 用户在虚拟情景下进行理论判断和实验操作，具有强交互性。 7. 多终端跨平台 节约建设成本， 充分利用学校现有硬件资源， 不用担心不同终端 对于软件的成本投入，全终端适应。 8. 器材零损耗 器材齐全丰富，反复使用，无需维护，零损耗。 第五章产品服务 一、服务方式 虚拟实验云平台每月在线检查一次 线上远程服务、上门服务 虚拟实验官方微信群 虚拟实验官方售后服务群 二、服务内容 产品使用培训服务 虚拟实验云平台的在线定期检查服务 定时系统巡检服务、售后服务 更新升级服务 17 / 21 技术支持服务
16、 提供产品相关介绍说明文档、使用手册等 线上、现场故障排除 三、故障响应服务流程 图 3：虚拟实验平台故障相应流程图 1. 用户反馈问题途径： （1）直接软件反馈 （2）通过微信、 qq、email 、电话等方式提交 （3）官网提交 （4）直接联系官方客服 2. 官方快速响应 1)电话技术支持：对用户提出的技术问题，提供7*24 小时咨询服 务，客服人员在接到咨询电话后，30 分钟内通过电话向用户提供问 18 / 21 题解答和技术指导。 包括：澄清软件的功能和特点； 文档资料的澄清； 许可软件的操作指导；确认、分析和纠正错误等。 2)远程技术支持： 在条件允许的情况下， 技术人员可直接通过互
17、联 网对故障进行排查和解决。 3. 指定解决方案 4. Bug修复 四、故障定义 紧急故障：系统瘫痪。 严重故障：系统无法正常工作，相应功能丧失。 一般故障：系统仍能运行，但运行不稳定，相应功能未丧失。 技术支持中心和售后服务支持中心在收到故障申报后，将委派技 术工程师通过电话交流、 在线勘察等手段进行初步故障定位，并确定 解决方案。 五、故障响应时间 针对以上故障定义的不同，我司就故障响应时间做出以下标准： 故障类型电话响应复杂故障排除 紧急故障立即4 小时 严重故障30 分钟1-3 个工作日 19 / 21 一般故障30 分钟1-5 个工作日 六、故障处理流程 收到故障申报后， 立即组织技
18、术人员进行远程检查故障，协助用 户第一时间解决问题，确保软件正常使用。若遇特殊情况，确实无法 短时间解决的， 第一时间制定解决方案和时间安排表，积极跟进解决 进度。同时，为了保障效果，在故障排除后的一周内，紧密跟踪系统 状况，实时监测系统运行情况，保障系统的正常运行。 七、应急预案 在售后服务工作正常开展的前提下， 有可能遇到紧急情况， 例如： 系统崩溃，无法启动或拒绝连接等原因导致用户无法获得任何系统服 务，并对用户业务的正常运行造成重大影响；软件系统主要功能不能 正常工作，并对用户业务的正常运行造成较大影响；以及系统不稳定， 或周期性的中断；以及软件系统没有故障，仍可全面运行，但用户数 据出现错误或严重错误致客户业务系统的正常运行无法进行等情况 发生时，立即启动应急响应机制。 应急小组及时组织相关人员查找故障原因，在短时间内依据故障 情形和修复时间进行初步判别，确定故障分类级别， 并及时报告相关 领导。 根据不同的事件以及事件的级别，采取相应措施进行应急处理。 20 / 21 突发事件处理过程中，可以根据需要调整故障级别。