1.本发明涉及教学装置，尤其是一种利用虚拟手段模拟实现实验设备，让每一个同学都可以切实完整的参与实验过程的，能为真实实验进行辅助指导，提升学生学习兴趣的虚拟实验系统布置方法。


背景技术：

2.微机原理与接口技术实验是对应课程《微机原理与接口技术》课程的实践课程，想要学好微机原理与接口技术这门课，实践环节是必不可少的，实践环节对于培养学生的能力，巩固理论知识起着至关重要的作用，但在大学本科的教学过程中，普遍存在“重理论，轻实践”的现象，很多同学不愿参与到实践环节中来，究其原因，一个很重要的因素就是实验枯燥乏味，同学们往往只是在重复教师所教授的试验内容，在实验过程中，难以激发学生的兴趣，致使实验效果不理想；同时，实验受限于时间和地点的限制，通常只能采用分组分批实验的方式进行，由于这样的实验方式，经常出现大部分实验内容均由同组内的一个或者两个同学完成，其他同学则未能参与到动手实践中；并且，实验设备损坏严重，多台实验设备或多或少存在一些问题，包括跳线帽丢失、元器件损坏、连接线断裂或接线柱接触不良等情况，在一定程度上影响了学生的实验过程，造成损坏的原因除了实验设备本身存在缺陷或者自然故障之外，学生的错误操作造成元器件不可逆的损坏也是常见现象；而且，缺乏创新，大部分同学仅仅完成实验要求所规定的实验内容，机械的照搬操作提示，完成这部分内容后就不再进行研究和探索；对于老师来说，由于分批分组实验，实验的指导和教学需要多次重复，增加了教师的工作量，并且很难确保所有学生都获得了教学资源。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的就是现有微机实践课程中存在的问题，提供一种利用虚拟手段模拟实现实验设备，让每一个同学都可以切实完整的参与实验过程的，能为真实实验进行辅助指导，提升学生学习兴趣的虚拟实验系统布置方法。
4.本发明的虚拟实验系统布置方法，其特征在于该方法包括后端管理平台、前端web页面以及虚拟仿真实验平台，后端管理平台完成模拟实验运行、管理学生实验成绩的工作，前端web页面提供用户交互、提供预习学习的平台，虚拟仿真实验平台则是学生进行实验操作的平台；其中：后端管理平台使用djangoweb框架，在开发环境下，通过python软件所带的pypi包管理工具或django框架进行安装，安装完成后，通过指令依次创建项目、创建应用，并在每次调整数据结构或模型后运用数据库更改和在测试环境下运行django项目；前端web页面使用基于bootstrap和jquery的javascript模块组合而成的模板，借助模板构建网页，创建设计前端项目v_lab_webpage，为javascript、css、图片和文档根据所期望的路径创建文件夹，并将模块中的模块进行筛选应用到创建好的项目中；虚拟仿真实验平台采用虚拟仿真软件对模型进行合并和拼接，对芯片和基座进行
建模；使用 photoshop软件对模型贴图进行处理，对于分辨率不足和导入场景中出现错位、异常的贴图根据实际试验箱进行重新绘制；对模型材质进行统一处理进和调整，使得材质能够被软件正确识别，使之能在虚拟仿真实验系统中正常显示并接近真实效果。
5.所述的后端管理平台采用云计算服务进行部署，虚拟实验仿真软件、教学资源文档和教学视频的数据使用云存储服务进行存储。
6.本发明的虚拟实验系统布置方法，采用虚拟现实的方式，对实践操作进行模拟，解决了目前高校实验室紧张、实验器材短缺的问题，为学生提供了良好的实验环境，并且在实验过程中，由于虚拟器材的无损坏、无限制的特性，能够调动和满足学生的想象力和创造性。
具体实施方式
7.实施例1：一种虚拟实验系统布置方法，包括后端管理平台、前端web页面以及虚拟仿真实验平台，后端管理平台完成模拟实验运行、管理学生实验成绩的工作，前端web页面提供用户交互、提供预习学习的平台，虚拟仿真实验平台则是学生进行实验操作的平台；其中：后端管理平台使用djangoweb框架，在开发环境下，通过python软件所带的pypi包管理工具或django框架进行安装，安装完成后，通过指令依次创建项目、创建应用，并在每次调整数据结构或模型后运用数据库更改和在测试环境下运行django项目；前端web页面使用基于bootstrap和jquery的javascript模块组合而成的模板，借助模板构建网页，创建设计前端项目v_lab_webpage，为javascript、css、图片和文档根据所期望的路径创建文件夹，并将模块中的模块进行筛选应用到创建好的项目中；虚拟仿真实验平台采用虚拟仿真软件对模型进行合并和拼接，对芯片和基座进行建模；使用 photoshop软件对模型贴图进行处理，对于分辨率不足和导入场景中出现错位、异常的贴图根据实际试验箱进行重新绘制；对模型材质进行统一处理进和调整，使得材质能够被软件正确识别，使之能在虚拟仿真实验系统中正常显示并接近真实效果。后端管理平台采用云计算服务进行部署，虚拟实验仿真软件、教学资源文档和教学视频的数据使用云存储服务进行存储。
8.本次设计的系统分为后端管理平台，前端web页面和虚拟仿真软件三个部分，后端需要完成模拟实验运行、管理学生实验成绩的工作，前端提供用户交互、提供预习学习的平台，虚拟仿真软件则是学生进行实验操作的平台；在确定部署方案前对已构建的系统各个部分进行分析，得出如下结果：实验预习学习环节涉及大量的文档、视频数据的传输，若该部分内容与后端管理平台部署在同一个服务节点上则这部分内容将占据大量服务器网络资源，虚拟实验仿真软件的下载分发也是同样的原因，从而对实验操作过程产生一定影响。同时由于自建数据中心成本较高且可行性不强，本次后端服务选用云计算服务进行部署，虚拟实验仿真软件、教学资源文档、教学视频等数据使用云存储服务进行存储。为方便用户上传实验报告、提交实验数据，没有对用户上传数据进行过多限制，允许实验者将实验数据、报告通过压缩包方式提交，这其中就存在一些潜在的风险，同时考虑到服务器存储资源有限，上行带宽有限，学生或其他实验者提交的实验报告也通过云存储进行存储，与前述实验资源存储不同在于两个存储库使用不同的权限管理策略，前者允许公共读不允许写入，
后者允许公共写入而不允许读，初次之外，出于管理和政策法规方面的要求，创建存储库用于存储日志信息和备份数据。
9.云计算和云存储服务商的选择对系统部署影响不大，公有云、私有云均可用于实验系统的部署，云资源分派完成之后，除调整配置外，其他过程与云平台几乎无关，这一部分内容也不是本次设计的重点，故正文中不过多阐述，基于openstack的私有云搭建过程参见附录相关部分。
10.本次设计云存储选用国内知名云服务提供商提供的云存储服务，通过调用其api即可将资源文档、教学视频、虚拟仿真实验软件上传至存储空间内，在云存储管理平台上绑定访问域名，配置域名解析即可完成该部分内容。部署过程沿用在第三章开发环境准备过程中构建的三个云存储的存储库，并针对系统部署对自定义响应头和包括来源限制在内的安全参数进行相应的调整，最后配置存取库的日志保存到备份库的指定文件夹下即完成本部分部署内容。
11.配置域名和内容分发网络（cdn），域名方便记忆且输入简单，和内容分发网络配合方式简单高效，通过内容分发网络可减少后端服务管理平台中心节点的网络压力，也能一定程度上隐藏真正的服务器地址，降低安全风险，改善的网络条件可降低全球各地访问微机原理实验系统的访问延时，改善在虚拟仿真实验学习、预习和提交实验报告过程中的使用体验。本次使用的域名解析托管于第三方平台，通过第三方平台管理页面填写新增解析记录，将域名解析到 cdn提供的 cname地址即可。
12.后端管理平台的部署需要手动操作和安装，包括python，mysql等基础软件安装，第三方库安装和导入，数据库配置和初始化，项目文件部署，定期执行任务的配置部分。在本次部署测试中使用的云资源使用了英特独龙系列platinum 8255c 双核四线程处理器，主频 2.50ghz，内存4 gb，5 m下行30 m上行网络，预装了 ubuntu 20.04 lts操作系统。
13.所需安装的第三方库包括 djangoweb框架，pillow图像处理库，连接 mysql所需的连接组件，用于虚拟化、编译、反编译的组件，用于向 ilab-x国家虚拟实验共享平台上报数据使用的web请求组件。
14.系统完成部署后即可访问虚拟实验平台进行学习和实验。