一、概述

物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)室虛擬仿真軟件旨在緊密圍繞立德樹人的根本任務(wù)，充分依托先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)，并對接物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展趨勢和人才需求。通過對比真實企業(yè)工作環(huán)境，融合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育基因，秉承虛擬仿真技術(shù)與教育教學(xué)深度融合的理念，引入虛擬現(xiàn)實和人工智能等新一代信息技術(shù)。

基于“虛實互補、育訓(xùn)結(jié)合、軟硬兼顧、產(chǎn)教融合、平臺管理、前瞻建設(shè)”的原則，我們致力于將數(shù)字技術(shù)專業(yè)群虛擬仿真實訓(xùn)基地打造成一個集學(xué)生實訓(xùn)、職業(yè)培訓(xùn)、社會服務(wù)、技能競賽、技能考核評價、師資培訓(xùn)、技術(shù)研發(fā)等多種公共服務(wù)功能為一體的全省示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地。

不斷提升虛擬仿真實訓(xùn)基地的示范輻射作用，帶動區(qū)域及校內(nèi)其他虛擬仿真實訓(xùn)基地的建設(shè)。技術(shù)水平和建設(shè)質(zhì)量將走在全國前列，高素質(zhì)技術(shù)技能人才培養(yǎng)質(zhì)量將成為亮點，服務(wù)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的作用將顯著，從而助推高質(zhì)量跨越式發(fā)展效能提升。最終，我們的目標(biāo)是全面建成立足云南，面向全國，服務(wù)“一帶一路”的中國特色高水平虛擬仿真實訓(xùn)基地。

二、物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)室虛擬仿真軟件介紹

2.1 實訓(xùn)室簡介

通過數(shù)字技術(shù)與多媒體的教學(xué)融合，我們致力于打造開放式專業(yè)群虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)及資源共享管理平臺。該平臺支持教學(xué)全流程和資源共享，結(jié)合3D技術(shù)將綜合布線、智能化安防、物聯(lián)網(wǎng)工程以及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的大場景進(jìn)行微縮。與項目應(yīng)用實踐有效銜接，為學(xué)生提供身臨其境的實踐體驗。這一創(chuàng)新性的教學(xué)模式旨在突破傳統(tǒng)教學(xué)缺陷，重點解析和解決難點問題，培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力，全面提升職業(yè)素養(yǎng)和行為習(xí)慣，使實訓(xùn)基地成為“教、學(xué)、做、練、研、證”為一體的實訓(xùn)中心。

按照“虛實結(jié)合、能實不虛、以實帶虛、以虛助實”的原則，我們創(chuàng)新多元實訓(xùn)效果評價及反饋模式，實現(xiàn)線上線下混合、虛擬仿真與現(xiàn)場仿真結(jié)合的實訓(xùn)新模式。通過這一系統(tǒng)，完成真實環(huán)境下裝配式建筑技術(shù)與管理的全流程實訓(xùn)，滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)需求，提高教學(xué)質(zhì)量，降低實訓(xùn)成本，同時規(guī)避潛在的實訓(xùn)安全風(fēng)險。

2.2 建設(shè)目的

實踐能力培養(yǎng)： 通過提供真實的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景，讓學(xué)生在實際環(huán)境中進(jìn)行操作和項目實踐，培養(yǎng)其實踐能力，使其能夠熟練運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)、測試和調(diào)試。

團隊協(xié)作能力培養(yǎng)： 物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用往往需要多人協(xié)作，包括硬件設(shè)備安裝、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、軟件開發(fā)等。實訓(xùn)室的建設(shè)旨在培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作能力，使其能夠在實際項目中與他人合作，形成良好的分工合作氛圍。

解決問題能力培養(yǎng)： 在實際物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，問題和挑戰(zhàn)常常出現(xiàn)。實訓(xùn)室的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，通過實際操作和調(diào)試，使其能夠獨立分析和解決問題，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和解決方案的能力。

創(chuàng)新意識培養(yǎng)： 鼓勵學(xué)生在實際項目中提出創(chuàng)新的想法和解決方案，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)業(yè)精神。通過實踐和實驗，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)其在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的創(chuàng)新思維和創(chuàng)業(yè)能力。

實際應(yīng)用能力培養(yǎng)： 通過面向?qū)嶋H應(yīng)用場景的項目實踐，學(xué)生將能夠掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用，為未來的求職和職業(yè)發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用實訓(xùn)室的建設(shè)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、團隊協(xié)作能力、問題解決能力、創(chuàng)新意識和實際應(yīng)用能力，以適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的需求，為學(xué)生的職業(yè)發(fā)展打下堅實基礎(chǔ)。

三、物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)室虛擬仿真軟件組成

3.1 數(shù)字教學(xué)基座

在數(shù)字教學(xué)基座的構(gòu)建上，我們采用了Spring Cloud微服務(wù)開發(fā)架構(gòu)，各服務(wù)模塊單獨運行并提供服務(wù)接口，確保平臺的穩(wěn)定、快速、高效。該基座采用前后端分離和分布式微服務(wù)的彈性計算架構(gòu)，后端主要基于Java的Spring Cloud實現(xiàn)，前端采用Vue等技術(shù)，具有高內(nèi)聚、松耦合、業(yè)務(wù)單一、高性能、高并發(fā)、高可靠性、跨平臺、跨語言等特點。

單點登錄（SSO）實現(xiàn)統(tǒng)一登錄，統(tǒng)一用戶管理，一個賬戶可登錄驗證教學(xué)全場景以及數(shù)字技術(shù)專業(yè)群實踐教學(xué)等所有應(yīng)用模塊系統(tǒng)。平臺采用Kubernetes技術(shù)進(jìn)行部署，支持公有云、私有云、混合云模式安裝，同時支持多數(shù)據(jù)源以保證技術(shù)的一致性。這樣的部署方式保證了服務(wù)的穩(wěn)定性、可擴展性、彈性擴容性，支持大規(guī)模并發(fā)教學(xué)全場景和數(shù)字化專業(yè)群教學(xué)實踐應(yīng)用。

基礎(chǔ)虛擬化服務(wù)方面，我們選擇了Docker和KVM兩種虛擬化技術(shù)，根據(jù)學(xué)科性質(zhì)進(jìn)行選擇性支撐，提供穩(wěn)定、可自行配置的虛擬機器。

基于全流程DevOps自動化運維，支持持續(xù)集成、分析、服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)、系統(tǒng)監(jiān)控、性能監(jiān)控、日志管理、預(yù)警、持續(xù)部署。我們基于Docker的鏡像倉庫和Kubernetes的容器云管理調(diào)度平臺，實現(xiàn)在線可視化管理、監(jiān)控、調(diào)度容器，從而確保平臺的高效運作。

基礎(chǔ)持久化層支持RDS和NoSQL兩種方式，采用MySQL集群和MongoDB集群搭建，支持基于CQRS的分布式事務(wù)處理，數(shù)據(jù)自動備份，并通過Redis集群對熱點數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，以支持大并發(fā)。

基礎(chǔ)服務(wù)層提供在線驗證碼服務(wù)、基礎(chǔ)文件服務(wù)、消息隊列服務(wù)、OSS對象存儲服務(wù)、用戶/鑒權(quán)服務(wù)、個人云盤服務(wù)、WebSocket服務(wù)等，以確保平臺的通用性。

用戶基礎(chǔ)信息管理方面，我們支持訂單按業(yè)務(wù)方向進(jìn)行配置，對班級、教師、學(xué)生相關(guān)信息進(jìn)行新增、修改、刪除，并配置數(shù)據(jù)權(quán)限。這一綜合的數(shù)字教學(xué)基座為物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)室虛擬仿真軟件的全面運作提供了堅實的支持。

3.2通用教學(xué)管理平臺

通用教學(xué)管理平臺采用Spring Cloud微服務(wù)架構(gòu)，使用Java語言，具備跨平臺特性，獨立于開發(fā)環(huán)境的面向?qū)ο蟮慕M件技術(shù)。系統(tǒng)支持主流關(guān)系型數(shù)據(jù)庫及文件存儲，兼容多種主流瀏覽器，如Internet Explorer、Firefox、Chrome等。實現(xiàn)了基于角色的權(quán)限控制體系，實現(xiàn)多級角色權(quán)限管理。系統(tǒng)設(shè)計采用前后端分離，通過restful服務(wù)接口進(jìn)行通信，包括8大核心模塊：

私有課程： 提供直觀清晰的顯示當(dāng)前教師可使用的課程資源，支持在線富文本修改，新建課程功能支持在線富文本制作自己的教學(xué)課程，且課程目錄支持動態(tài)章節(jié)自定義上下調(diào)整。

課堂管理： 教師可根據(jù)教學(xué)計劃建立自己的教學(xué)課堂，包含不同班級學(xué)生和同一門課程的多章節(jié)內(nèi)容，支持課程內(nèi)容是否對學(xué)生開放的設(shè)置，以及根據(jù)課堂屬性進(jìn)行快速檢索查詢，發(fā)布隨堂作業(yè)。

測驗題庫： 提供直觀清晰的顯示當(dāng)前教師可使用的題庫資源，支持根據(jù)教學(xué)計劃新增試題（單選題、多選題、判斷題、填空題），并顯示對應(yīng)的課程章節(jié)目錄。

課堂測驗： 管理已發(fā)布的作業(yè)，包括作業(yè)所在的課堂、作業(yè)名稱、發(fā)布時間、完成截止時間、應(yīng)答人數(shù)、實際提交作業(yè)人數(shù)、批閱狀態(tài)等信息。教師可對學(xué)生提交的作業(yè)進(jìn)行評級，支持根據(jù)測驗關(guān)鍵字不同屬性的快速檢索查詢。

作業(yè)模塊： 學(xué)生根據(jù)開放的課程權(quán)限學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，提交教師發(fā)布的作業(yè)，并查看教師批閱的結(jié)果。

教學(xué)質(zhì)量管理： 教師可根據(jù)教學(xué)情況自由配置評價維度，分為課程學(xué)習(xí)權(quán)重和作業(yè)評分權(quán)重，支持不同權(quán)重值計算出學(xué)生學(xué)習(xí)情況排名，并支持導(dǎo)出功能。

用戶管理： 支持用戶賬號管理，包括添加用戶、刪除用戶、禁用用戶、啟用用戶，支持對已有用戶進(jìn)行編輯，以及根據(jù)用戶名查詢用戶信息。同時支持批量導(dǎo)入用戶，批量導(dǎo)出用戶信息。

錯題集： 收集學(xué)生考試或作業(yè)過程中的錯題，以供其他時間進(jìn)行練習(xí)。學(xué)習(xí)題庫模塊提供與教學(xué)課程配套的測試題庫，同時允許用戶添加自己的考試題目，并在考試或教學(xué)過程中插入該題目進(jìn)行講解。

這一通用教學(xué)管理平臺全面涵蓋了課程管理、教學(xué)質(zhì)量管理、用戶管理等多方面的功能，為教師和學(xué)生提供了便捷的教學(xué)和學(xué)習(xí)工具。

3.3資源共享平臺

資源共享平臺采用B/S架構(gòu)，兼容主流瀏覽器（如谷歌、火狐），主要包含5大核心模塊。

資源庫模塊： 整合多門基礎(chǔ)課程的教材、教案、課件、微課、教學(xué)配套材料等教學(xué)元素到一個資源庫平臺。通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和混合式教學(xué)，保證教學(xué)的實施與效果。教師可以智能備課、一鍵上課，從而顯著提升教學(xué)質(zhì)量與效率。

資源檢索： 為使用者提供多種資源檢索功能，包括課程導(dǎo)航和資源庫導(dǎo)航等，以便學(xué)習(xí)者更方便地使用平臺。

在線交流： 提供即時或延時的im通訊功能，支持教學(xué)實訓(xùn)中的網(wǎng)上交流、輔導(dǎo)、講解、答疑解惑等。為學(xué)生和教師提供便捷的溝通工具。

自主學(xué)習(xí)： 提供開放式的課堂建立，學(xué)生可以自主完成專業(yè)課程學(xué)習(xí)，并將學(xué)習(xí)進(jìn)度納入教學(xué)統(tǒng)計。這種自主學(xué)習(xí)的方式有助于學(xué)生更靈活地掌握知識。

云盤模塊： 支持用戶上傳教學(xué)過程中創(chuàng)作的圖片、視頻、音頻、文檔等文件形式，并能在自主開發(fā)課程中自由引用。這一功能為教學(xué)資源的靈活應(yīng)用提供了便捷途徑。

云分享： 平臺提供方便的分享功能，可將分段、分章節(jié)、全文、音視頻進(jìn)行一鍵分享。有效銜接第一課堂和第二課堂，方便學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，提高知識留存率，使學(xué)習(xí)變得更加輕松。

3.4網(wǎng)絡(luò)仿真實踐平臺

網(wǎng)絡(luò)仿真實踐平臺采用B/S結(jié)構(gòu)，借助spring cloud微服務(wù)技術(shù)，專為計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和實訓(xùn)而設(shè)計。該平臺通過圖形化仿真，模擬主流廠商路由器、交換機、防火墻、無線設(shè)備的配置，支持大型網(wǎng)絡(luò)模擬，使廣大師生能夠在沒有真實設(shè)備的情況下進(jìn)行模擬演練，提升對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的學(xué)習(xí)。

主要模塊:

課程制作工具： 提供便捷的實驗制作工具，使教師能夠輕松混合編排不同格式的文本、圖片、音頻、視頻、超鏈接等資源，并自動生成動態(tài)實驗?zāi)夸洠瑢崿F(xiàn)不同實訓(xùn)資源同屏展示。

實驗進(jìn)度監(jiān)控： 內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)實驗進(jìn)度監(jiān)控模塊，教師可實時查看和統(tǒng)計學(xué)生在仿真平臺進(jìn)行操作的進(jìn)度，了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況。

實驗報告自動生成： 平臺支持自動生成每個學(xué)生的實驗報告，根據(jù)學(xué)生在仿真系統(tǒng)中的操作和相應(yīng)的實驗文檔，生成完整的實驗報告。

在線問答： 提供實驗的在線問答功能，學(xué)生在實訓(xùn)過程中可以與老師進(jìn)行及時溝通，提高學(xué)習(xí)效率。

實驗筆記記錄： 用戶可在實驗頁面記錄實驗筆記，方便對學(xué)習(xí)情況進(jìn)行記錄和整理。

內(nèi)置公共資源課程： 軟件開發(fā)模塊內(nèi)置完整的實訓(xùn)資源，包括實訓(xùn)文檔和配套拓?fù)鋱D，方便教師直接使用。

個人云盤： 提供云盤服務(wù)，用戶的所有文件按不同類型進(jìn)行分類，以方便查看和操作。

支持的實驗類型： 平臺支持華為數(shù)通系統(tǒng)交換機、路由器、無線AP、防火墻等自由建立拓?fù)鋵嶒?，包括VLAN實驗、NAT配置實驗、ibgp和ebgp綜合實驗等。

綜合教學(xué)整合： 與教學(xué)模塊、考試模塊、作業(yè)模塊、技能大賽模塊、人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)、軟件開發(fā)等實踐模塊進(jìn)行無縫組合，全面完成計算機網(wǎng)絡(luò)專業(yè)群的教學(xué)，為學(xué)生提供多樣化的實踐機會。

3.5物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實訓(xùn)平臺

物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實訓(xùn)平臺采用完全圖形化界面組態(tài)顯示和邏輯聯(lián)動方式，結(jié)合腳本編程，使實驗既直觀、趣味，又具有強大的可操作性。服務(wù)器端配備所有實訓(xùn)硬件對應(yīng)的虛擬設(shè)備，圖形與實際硬件相對應(yīng)，實現(xiàn)所見即所得的操作體驗。通過編輯器，使用者能夠編輯、搭建應(yīng)用項目，并與硬件同步完成典型的物聯(lián)網(wǎng)功能。

平臺特點:

圖形化編輯和邏輯聯(lián)動： 平臺提供完全圖形化界面，用戶可通過圖形編輯器直觀搭建物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用項目。邏輯聯(lián)動方式使得實驗更為直觀和趣味。

可編程接口： 預(yù)留可編程的編輯接口，用戶可以自行添加新的功能模塊，提高平臺的靈活性和擴展性。

數(shù)據(jù)可視化控件： 平臺具備基本的數(shù)據(jù)可視化控件，包括曲線、餅圖、虛擬儀表等功能。用戶可以通過編輯屬性，如顏色、變量選取、形狀、數(shù)量等，定制化數(shù)據(jù)可視化。

通信方式支持： 平臺包含常用的通信方式，如COM、TCP、433等，滿足不同物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的通信需求。

虛擬設(shè)備圖形對應(yīng)實際硬件： 平臺服務(wù)器端提供虛擬設(shè)備，其圖形與實際硬件相對應(yīng)，確保用戶在虛擬環(huán)境中的操作與實際硬件一致。

快速自助完成實訓(xùn)課程： 圖形化編輯的設(shè)計使得學(xué)生能夠快速自助完成物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)課程，降低學(xué)習(xí)門檻。

這一物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實訓(xùn)平臺不僅具備直觀、趣味的特點，還滿足學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)的實用性和實際操作的需求，為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)提供了有效的工具和資源。

四、物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)室虛擬仿真軟件建設(shè)圖

物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)室虛擬仿真軟件建設(shè)圖

物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)室虛擬仿真軟件建設(shè)圖

物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)室虛擬仿真軟件建設(shè)圖

物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)室虛擬仿真軟件建設(shè)圖

五、物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)室虛擬仿真軟件方案清單