基于元模型的虚拟实验教学平台研究与设计

论文摘要

虚拟实验教学平台是教育信息化发展的必然产物,也是建立现代教育创新体系,培养创新型人才的重要技术支撑,可以有效提高学生的参与动手、分析解决问题等能力,在现阶段教育资源分布不平衡的现状下,能够提高实验资源的利用水平,充分共享实验教学成果和资源。论文从虚拟实验教学的相关理论入手,分析了虚拟实验、虚拟实验教学的产生与发展以及与e-learning之间的关系,提出了虚拟实验教学平台的研究框架和主要内容。分析了实验元件的主要组成要素及特征,构建了虚拟实验元件的形式化描述模型,在此基础上设计了基于元件特征的实验元件元模型构建框架,研究设计了实验元件资源管理模式,并构建了实验元件库；在基于元模型的实验元件构建基础上,结合虚拟实验教学要求,建立了实验元件的连接与装配模型,给出了统一的层次结构物理描述和逻辑表达机制以及实验元件的连接、装配规则,设计了实验元件关系库,并对基于模版的连接与装配以及自组织的连接与装配进行了较深入的研究,在此基础上研究设计了实验资源管理的相关内容和管理模型；分析了虚拟实验教学平台的交互对象、交互模式以及相关教学环境的组成要素,对虚拟实验教学平台的架构设计、设计原则、主要组成要素进行了研究,提出了基于SOA的架构设计,并对平台的处理流程、总线设计以及服务实现进行了深入分析,最后设计实现了虚拟实验教学平台的初步模型。在上述研究的基础上,今后将主要对虚拟实验教学平台的标准规则、评价体系以及实验元件的多维展示、交互,异构平台间的资源共享进行研究,从而提高平台的使用效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 实验教学
• 1.2.1 实验教学与相关理论
• 1.2.2 实验教学设计与模式
• 1.3 虚拟实验教学及其相关研究
• 1.3.1 虚拟实验教学的产生与发展
• 1.3.2 虚拟实验教学平台研究框架
• 1.3.3 虚拟实验教学开发平台与元模型
• 1.4 虚拟实验平台的发展方向
• 1.5 本文主要研究内容
• 1.6 论文的组织结构
• 1.7 本章小结
• 第2章 基于实验元件特征的元模型结构设计
• 2.1 实验元件、元件特征与形式化描述
• 2.1.1 实验元件与实验教学平台
• 2.1.2 虚拟实验元件主要组成要素及特征
• 2.1.3 虚拟实验元件特征组成的形式化描述
• 2.2 元模型相关概念
• 2.2.1 元模型定义
• 2.2.2 元模型的组成要素
• 2.3 基于元模型的实验元件建构模式
• 2.3.1 实验元件元模型
• 2.3.2 实验元件构建框架
• 2.4 基于元模型的实验元件资源管理
• 2.4.1 实验元件资源管理
• 2.4.2 实验元件库
• 2.5 本章小结
• 第3章 实验元件连接及装配与实验资源管理
• 3.1 实验元件连接及装配
• 3.1.1 实验元件的连接与装配定义
• 3.1.2 实验元件的连接装配模型
• 3.1.3 实验元件关系库
• 3.2 基于模板的实验元件连接与装配
• 3.2.1 实验模板结构
• 3.2.2 基于XML连接装配模板模型
• 3.2.3 基于模板的实验元件连接与装配算法
• 3.3 基于自组织的连接与装配
• 3.3.1 自组织的连接与装配算法
• 3.3.2 逻辑表达及描述
• 3.4 实验资源管理
• 3.4.1 实验知识内容管理
• 3.4.2 元件连接及装配与实验知识内容管理
• 3.4.3 实验资源管理模型
• 3.5 本章小结
• 第4章 虚拟实验平台交互与体系架构
• 4.1 虚拟实验平台中的交互研究
• 4.1.1 虚拟实验教学的交互对象
• 4.1.2 虚拟实验教学的交互模式
• 4.2 虚拟实验教学环境的要素构成
• 4.2.1 虚拟实验的组织环境
• 4.2.2 虚拟实验的学习环境
• 4.3 虚拟实验教学平台的架构设计
• 4.3.1 架构设计概述
• 4.3.2 虚拟实验教学平台的组成要素
• 4.3.3 架构的总体模型
• 4.4 基于元模型的SOA架构设计
• 4.4.1 虚拟实验平台的SOA系统架构
• 4.4.2 虚拟实验平台的处理流程
• 4.4.3 服务总线设计及服务实现
• 4.5 本章小结
• 第5章 平台设计与实现
• 5.1 总体模型框架
• 5.2 实验资源制作与管理
• 5.2.1 实验元件制作
• 5.2.2 实验元件组织
• 5.2.3 实验元件资源管理
• 5.3 实验设计与实验场景
• 5.3.1 实验组织结构
• 5.3.2 实验场景
• 5.3.3 实验设计与发布
• 5.4 实验学习与过程管理
• 5.4.1 学习导航界面
• 5.4.2 学习过程管理
• 5.5 角色管理与权限设置
• 5.6 小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录
• 学位论文评阅及答辩情况表