高分子材料工程三维虚拟实验教学系统简介

高分子材料工程是材料成型专业的一门主干技术基础课，其理论性和实践性都很强，它的实验教学是课程教学中的一个重要实践环节。目前，现实中的高分子材料工程实验存在以下局限性：

1.    硬件依存性较强，只能在特定实验室进行；

2.    需要数量较大的仪器设备，才能满足学生独立进行实验的需求；

3.    部分实验具有一定危险性；

4.    部分实验费时、费力、效率低，而且实验过程繁琐、枯燥。

高分子材料工程工程三维虚拟实验教学系统建设满足以下主要功能：

本软件是针对院校《高分子材料工程》实验课程配套开发的可在网上开展的虚拟实验课程，课程模拟真实实验中用到的器材和设备，提供与真实实验相似的实验环境；为保证软件的交互性和扩展性，软件采用国际领先的Unity3D引擎开发而成，且插件在近1年内有更新版本，并可支持后续的优化升级。软件交互性良好，用户在场景中，通过鼠标、键盘的交互，实现在场景中走动，通过视角旋转、拉近观察场景元素中的细节，支持用户从任意视角、任意距离观察实验台。

本虚拟仿真实验教学课程主要包含以下典型实验：

•    高分子的注塑成型自动化生产线虚拟实验

•    注塑模具的拆装及结构认知虚拟实验

•    从茶叶中提取咖啡因虚拟实验

•    苯乙酮的制备方法虚拟实验

•    发光材料的制备技术虚拟实验

•    甲基橙制备虚拟仿真实验

•    水杨酸酯化反应虚拟实验

（1）高分子的注塑成型自动化生产线虚拟实验

汽车注塑成型生产线场景效果图

汽车注塑生产线场景效果图

（2）注塑模具的拆装及结构认知虚拟实验

测量模具的尺寸

认知模具结构

（3）从茶叶中提取咖啡因虚拟实验

咖啡因的提取与鉴定虚拟仿真实验

学生在实验过程中请求指导，系统自动给出实时的指导

（4）苯乙酮的制备方法虚拟实验

苯乙酮制备方法虚拟仿真实验操作图

苯丙酮的制备方法虚拟仿真实验

（5）发光材料的制备技术虚拟实验

发光材料的制备-新型发光磷光助剂的精细合成虚拟仿真实验

仪器组织过程

（6）甲基橙制备虚拟仿真实验

实验场景效果图

冰水浴、三口瓶、电子天平放置于实验台过程

（7）水杨酸酯化反应虚拟实验

水杨酸甲酯的制备虚拟仿真实验

水杨酸甲酯的制备虚拟仿真实验操作图

本系统可满足以下主要性能指标：

1、为保证系统的交互性和扩展性，系统须采用国际领先的Unity3D引擎开发而成；

2、为保证系统的先进性，实验系统所使用的网页播放器插件须采用主流3D引擎插件，且插件在近1年内有更新版本，并可支持后续的优化升级；

3、系统提供与手机AR互动的功能，在实验过程中，通过手机扫描屏幕画面，在手机中会出现三维仪器模型，用户可在手机上认知仪器各部件，增加用户与手机界面之间的交互；

4、系统要求与虚拟仿真实验教学管理平台软件无缝对接，教师端能够自动生成智能指导和自动批改规则，且教师能够对规则进行细节修改；

5、系统提供实验过程中的智能指导功能，该指导为启发性指导，通过一步步的提问式引导，进而启发学生思考；

6、系统提供实验结果的自动批改功能，学生实验结束且提交后，系统调用自动批改规则可以自动算出学生实验得分，教师端还可以查看得分细节，了解学生的得分细节；

7、系统服务器端用户分为学生、教师、教务管理员和系统管理员四种角色，不同角色拥有不同权限。

学生：选课、选择实验、开展实验、接受实验指导、在线提交实验报告、保存和提交实验结果、查询实验成绩和批语。

教师：典型实验库维护、发布实验、安排实验、批改实验报告、系统指导、统计并发布学生的实验成绩和批语。

教务管理员：课程计划、开课计划、选课日期设置、开课审核、开课查询。

系统管理员：用户管理、分组管理、角色管理、权限管理、系统维护等。

性能指标：

支持同时在线用户数1万人以上，经测试，系统运行稳定，不限终端用户数，完全能满足日常教学使用。

服务器运行环境

操作系统：WindowsServer，Linux/UnixServer

Web服务器：Tomcat6.0，JDK6.0

数据库：MySQL

客户端运行环境

操作系统：AllWindows系列

相关信息：

研制单位：北京润尼尔网络科技有限公司

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