湖南广播电视大学土木工程结构实验室系统的设计与实现

  1.1  选题来源及依据

  土木工程结构实验对土木工程专业的学生来说是重要的实践课程，通过结构实验能提高学生自身的认知和动手能力，对于学生综合素质的提高有着重要的作用。但土木工程结构实验的周期长、任务量大、工序繁多、短时间的实践活动仅仅只能了解某个工序或局部工程，很难通过实践活动认识工程的全貌，同时受到经费限制，造成时间的浪费。加上不可能到多个实训单位同时实习，其次施工单位考虑到安全问题也不愿意接纳实习学生，使得实习报告只是流于形式，有的学生还要自己找工地，个别学生甚至是出钱在实习单位盖章，交一个实习报告应付毕业要求。目前由于受到经费限制，在全国省级电大系统中，基本上都没有建立土木工程结构实验室。即便是有土木工程结构实验室的省级电大，也只能为土木工程结构实验提供演示或参观学习的机会，很少给学生提供真正进行结构实验的动手环境，使得学生无法领悟到最新的设备使用技能，不能通过土木工程结构实践提高学生解决问题和分析问题的能力。学生对具体内容及施工难以有全面、深入的了解，对材料、工具的选择、对试件制备 设置更加无从下手，实践能力差，无法独立完成施工。 以上问题，给土木工程结构实验的管理工作带来了很大的困难，如何利用网络技术和虚拟现实技术解决学生的实际问题，构建土木工程结构工程虚拟实验系统迫在眉睫。 

  1.2  研究现状及趋势

  在土木工程结构实验中如何利用网络技术、虚拟现实技术、多媒体技术，将施工现场和土木工程结构实验的全貌等搬进实验课堂，提高学生的动手能力，通过虚拟实验去认识实验流程、学习工具、材料的选择，进行试件制备，了解新工艺和新设备，从而提高土木工程专业学生素养，对我们提出了新的要求。近些年，随着多媒体技术、虚拟现实技术的迅速发展，国内外许多科研机构开展了虚拟实验系统的探讨与研究，同时越来越多的知名学校和培训机构也开始进行虚拟实验室的建设，通过不断的研究与实践，取得了一定的成果。虚拟实验室系统也在国外一些知名大学进行研发，如：2002 年 Muniram Budhu 建立了土体试样的虚拟实验系统，在美国亚利桑那州立大学投入了使用，但从其成果看，也仅处于实验室建设的初级阶段，只是在实验过程中出现选择提示信息，并没有真正的将实验效果和施工现场搬到实验室中。目前，不少省级电大也投身开发了相关虚拟实验室系统，如上海电大、陕西电大等省级电大专门设计的虚拟实验室系统，主要侧重于文件的上传下达，实验报告的提交，实验成绩的管理，但在虚拟实现方面没有达到预期的效果。不适用于湖南广播电视大学的土木工程专业结构实验的现状。开放教育不同于传统的高校面授教学，教考分离，师生缺少有效沟通，处于准分离状态，加之各种教学、实验环节烦多、又缺乏行之有效的管理监控制度，使得土木工程结构实验的效果大打折扣。如何利用多媒体技术、虚拟现实技术实现土木工程实验室的的系统化、网络化进程已经成为我校土木工程实验的一种必然趋势，但从总体上来看，虚拟实验室目前还存在不少问题。 目前虚拟实验室的开发主要有学校模式和公司模式两种形式，公司模式开发的实验室系统只注重于虚拟现实技术的使用，没有注重具体专业的实际情况，典型的例子如：虚拟交换机实验等，没有考虑到老师与学生互动及教学的过程管理。只是侧重于虚拟现实的手段和方式，对于教学方面没有测重，但通用性强，并不适合每所学校的具体情况。而学校模式自行开发的虚拟实验室系统，过于侧重于监控管理，统计分析，安全性及可维护性不强，对于实验虚拟现实停留在初级阶段，只是单单以图片形式展示最终的结果，并没有从真真意义上展示工程施工的全貌。有的甚至只是侧重于实验报告的提交，违背了系统开发初衷。由于不同开发者的侧重点不同，这就限制了虚拟实验室系统的推广，不可能出现一成不变的统一实验室系统。必须根据不同学校的实际情况结合各类虚拟实验室系统开发的特点进行需求分析，开发有自身特色的土木工程结构实验室系统才能适用于我校土木工程专业的现状。

  土木工程结构实验室系统，涉及到虚拟现实技术，这对系统数据库、操作系统、系统架构、及开发语言提出一定要求，需要根据湖南广播电视大学土木工程实验活动的现状进行分析，主要从土木工程结构实验室系统的技术进行探讨最终选择本系统的开发工具及开发平台。

   2.2  本章小结

  在多用户的 B/S 模式下，并发执行与数据库连接数目的多少，将直接影响到应用程序和服务器的性能，特别是数据库连接过多，又不能及时释放连接资源，将会在很大程度上影响到系统的并发响应速度，因此在设计过程中，结合土木工程结构实验室系统开发的实际情况，拟采用数据池连接。使用数据库连接池可以使 Web 页面极大程度提高对数据库的访问速度和操作性能，通过使用数据池连接，不需在系统的开发过程中重复建立对数据库 lzm 的连接，土木工程结构实验系统中只需要在连接池选项中预先建立一个_lzmsql 的数据池连接，就可以方便对数据库进行访问，数据池会自动释放超过最大空闲时间的数据库连接，避免结构实验室系统中数据库连接数过多，或由此产生的延时或遗漏，提高访问速度和数据库服务器的性能。本章介绍了土木工程结构实验室开发工具与开放平台。阐述了目前系统的体系结构，及系统开发过程中对数据库、操作系统、系统架构的选择，最后实验室系统的架构实现。为下章需求分析与总体设计提供保障。

   3.3  系统数据流分析

   3.4  本章小结

  4.1  系统拓扑结构

  4.2  系统模块设计

  4.3  系统详细设计