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第1章 引言和背景1

1.1虚拟教学实验的需求1

1.2虚拟教学实验的定义和特点1

1.3国内外虚拟教学实验的进展4

1.3.1虚拟教学实验研究现状4

1.3.2虚拟教学实验实现技术7

1.3.3发展趋势13

1.4全书的组织14

本章参考文献14

第2章 虚拟教学实验的实验设计方法17

2.1虚拟教学实验对传统教学实验的影响17

2.2虚拟教学实验的设计方法17

2.2.1传统教学实验的一般设计方法17

2.2.2虚拟教学实验的特点和设计原则20

2.2.3虚拟教学实验的设计方法21

2.2.4虚拟教学实验设计案例26

2.3小结31

本章参考文献32

第3章 虚拟教学实验的人机交互设计33

3.1计算机人机界面学发展34

3.1.1硬件人机界面学的发展34

3.1.2软件人机界面学的发展34

3.2计算机人机交互界面的一般特点和设计方法37

3.2.1人机界面设计一般特点37

3.2.2人机界面设计方法38

3.3虚拟教学实验人机交互界面的特点和要求41

3.4虚拟教学实验人机交互界面的设计方法43

3.4.1界面设计思路43

3.4.2界面元素设计45

3.4.3虚拟教学实验平台设计48

3.4.4虚拟教学实验界面设计50

3.5虚拟教学实验人机界面的综合测试53

3.5.1虚拟教学实验人机界面设计的质量评价53

3.5.2虚拟教学实验性能要求的实施53

3.6小结56

本章参考文献56

第4章 虚拟教学实验的计算模型设计方法58

4.1模型概述58

4.1.1模型的定义58

4.1.2数学模型的分类59

4.2虚拟实验计算求解模型的基本要求和特点60

4.2.1虚拟教学实验模型的分类60

4.2.2虚拟教学实验建模的基本要求61

4.2.3虚拟教学实验建模的基本原则62

4.3虚拟教学实验计算模型的设计方法62

4.3.1明确模型的特点63

4.3.2仿真方法的选择63

4.3.3建模方法的选择69

4.3.4建模工具的选择73

4.4小结75

本章参考文献75

第5章 虚拟教学实验的管理系统设计76

5.1虚拟教学实验的资源管理特点76

5.1.1传统实验与虚拟实验教学模式比较76

5.1.2虚拟实验资源管理特点77

5.2虚拟教学实验管理系统的要求78

5.2.1功能需求78

5.2.2性能需求80

5.3虚拟教学实验管理支撑系统的设计81

5.3.1用户管理的设计82

5.3.2实验维护的设计83

5.3.3实验辅助资源管理的设计84

5.3.4实验报告的设计86

5.3.5在线指导模块的设计89

5.4小结91

本章参考文献91

第6章 基于Internet虚拟教学实验的实现框架92

6.1技术背景92

6.1.1“平台+插件”模型92

6.1.2 Spring框架93

6.1.3 Hibernate框架95

6.1.4 ExtJS框架97

6.2基于Internet的MVC虚拟实验实现架构98

6.2.1 MVC设计模式简介98

6.2.2基于MVC设计模式的虚拟实验实现架构99

6.3网络平台的通讯方式102

6.3.1服务器推技术102

6.3.2 Restful Webservice105

6.3.3数据交互标准化技术109

6.4相关服务及其实现方法113

6.4.1计算通讯服务113

6.4.2存储通讯服务118

6.5小结120

本章参考文献120

第7章 基于Flex的虚拟教学实验插件的开发和实现技术121

7.1基于浏览器的富客户端技术概览121

7.2 Flex技术概述及其开发环境的建立125

7.2.1 Flex技术概述125

7.2.2搭建Flex开发环境128

7.3 Flex下虚拟教学实验插件的开发框架128

7.3.1插件的功能要求128

7.3.2基于Cairngorm的MVC模式129

7.3.3虚拟实验开发框架131

7.4利用Flex进行实验插件的开发实现技术132

7.4.1器件可视化模型的建立132

7.4.2器件拖放137

7.4.3图表、曲线显示和保存140

7.4.4数据交互技术144

7.5小结146

本章参考文献146

第8章 基于Modelica的虚拟教学实验模型开发技术147

8.1 Modelica语言简介和OpenModelica典型开发环境介绍147

8.1.1 Modelica建模语言简介147

8.1.2 OpenModelica开发环境介绍148

8.2虚拟教学实验中利用Modelica建模的一般方法149

8.3 Modelica求解器和模型的实施技术152

8.3.1基于WebService的模型发布和应用流程152

8.3.2标准Modelica求解器的使用152

8.3.3基于Socket的模型发布和应用流程152

8.3.4自定义Modelica求解器的使用154

8.4建模实例：双闭环直流调速系统特性研究实验154

8.4.1背景介绍154

8.4.2设计思路155

8.4.3元器件数学模型分析155

8.4.4实验代码块158

8.4.5系统仿真结果163

8.5小结165

本章参考文献166

第9章 虚拟教学实验管理平台的实现167

9.1虚拟教学实验管理平台的实现特点和要求167

9.2虚拟教学实验管理平台实现案例167

9.2.1用户管理168

9.2.2在线指导172

9.2.3实验报告182

9.3小结186

本章参考文献186

第10章 虚拟教学实验案例187

10.1现场总线的控制系统设计实验187

10.1.1实验简介187

10.1.2实验场景及组件的设计188

10.1.3实验模型设计190

10.1.4实验开发实现过程191

10.1.5实验操作步骤及结果195

10.2过程控制的液位控制实验198

10.2.1实验简介198

10.2.2实验场景及组件的设计198

10.2.3实验模型设计200

10.2.4实验具体开发实现201

10.2.5实验操作步骤及结果208

10.3计算机控制系统的Z域根轨迹设计实验208

10.3.1实验简介208

10.3.2实验场景设计210

10.3.3实验模型设计211

10.3.4实验具体开发实现214

10.3.5实验操作步骤及结果220

10.4小结225

第11章 虚拟教学实验教学环境测试技术226

11.1软件测试原理和方法226

11.1.1软件测试方法226

11.1.2软件测试流程229

11.2虚拟教学实验的特点和测试内容233

11.2.1虚拟教学实验的特点233

11.2.2虚拟教学实验的测试内容234

11.3虚拟教学实验的测试设计与测试方法236

11.3.1虚拟教学实验平台的测试设计与测试方法236

11.3.2虚拟教学实验插件测试239

11.4虚拟教学实验测试案例244

11.5小结250

本章参考文献250

第12章 虚拟教学实验的教学设计及应用评价251

12.1虚拟教学实验的教学设计的评价252

12.1.1虚拟教学实验教学设计的基本要求252

12.1.2虚拟教学实验教学设计的评价原则253

12.1.3虚拟教学实验教学设计的评价内容254

12.2虚拟教学实验应用评估系统257

12.2.1虚拟教学实验评估系统架构、目的及原则257

12.2.2虚拟教学实验的评估内容259

12.2.3应用评价案例——以某过程控制课程实验为例261

12.3小结265

本章参考文献265

附录266

附1实验指导书模板266

附2实验报告空白模板269

附3虚拟教学实验平台测试表格270

附4虚拟实验插件测试表格272

附5现场总线控制系统设计实验报告（样例）274

附6液位控制实验报告（样例）278

附7 Z域根轨迹实验报告（样例）283