曲佰玲

摘  要： 针对创新教育网络生态系统信息少的问题，设计一种基于虚拟仿真的创新教育网络生态系统。该系统硬件部分包括扩展板设计、微处理器设计、电路设计和控制器设计。系统的软件部分整合创新教育网络生态信息，建立虚拟仿真环境与系统数据库，将创新教育网络生态数据存入到数据库中，并提供评分标准，以此完成基于虚拟仿真的创新教育网络生态系统设计。实验结果表明，此次设计的基于虚拟仿真的创新教育网络生态系统比传统系统信息丰富，具有一定的实际应用意义。

关键词： 创新教育; 网络生态系统; 系统设计; 虚拟仿真; 数据库建立; 信息整合

中图分类号： TN926?34; TP391                   文献标识码： A                      文章编号： 1004?373X（2020）20?0109?03

Design of innovative education network ecosystem based on virtual simulation

QU Bailing

（Nanjing University of Information Science & Technology， Nanjing 210044， China）

Abstract： In allusion to the less information in the innovation education network ecosystem， an innovative education network ecosystem based on virtual simulation is designed. The hardware part of the system includes expansion board design， microprocessor design， circuit design and controller design. In the software part of the system， the network ecology information of innovative education is integrated， and the virtual simulation environment and system database are established. The network ecology data of innovation education is stored into the database， and the scoring standards are provided， so that the design of the innovation education network ecosystem based on virtual simulation is completed. The experimental results show that the designed innovation education network ecosystem based on virtual simulation has much more informations than the traditional system， which has a certain practical significance.

Keywords： innovation education; network ecosystem; system design; virtual simulation; database establishment; information integration

由于传统的创新教育网络生态系统不完善，存在系统信息少的问题，不能满足创新教育需求，因此设计一种基于虚拟仿真的创新教育网络生态系统。虚拟仿真是利用计算机技术生成一个逼真的，具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，通过交互设备与虚拟环境中的实体相互作用，使操作者产生身临其境的交互式视镜仿真和信息交流。实验对比结果表明，此次设计的基于虚拟仿真的创新教育网络生态系统信息比传统生态系统信息丰富，具有一定的实际应用意义。

1  创新教育网络生态系统框架设计

根据创新教育网络生态系统需求，为创新教育网络生态系统提供虚拟仿真、交互、评价等功能。整体框架系统分为表示层、业务逻辑层和数据持久层，包含管理员登录、教学资料管理和会员管理界面。其中，管理员登录界面是对输入的用户名和密码进行判断，能够修改、增加[1]和删除系统的内容;教学资料管理界面主要管理辅导资料内容，所有资料可全部显示，也能够分类型显示;会员管理界面，管理員能够删除、修改和锁定用户，并能够为忘记密码的用户找回密码。

2  创新教育网络生态系统硬件设计

2.1  扩展板设计

采用W5100网络扩展板[2]为创新教育网络生态系统提供通信功能，该扩展板内部集成10/100 M以太网控制器。该芯片支持硬件TCP/IP协议，内嵌10 Base/100 BaseTX以太物网物理层[3]，并支持自动应答、ADSL链接，具有4个独立端口，内部16 KB存储器作为TX/RX缓存，工作电压为3.3 V，I/O接口能够承受5 V电压。同时包含多种指示信号灯。在发送与接收创新教育网络数据时该指示灯呈闪烁状态;在网络接收数据时RX会闪烁;当网络检测到冲突时TX灯闪烁。

2.2  微处理器设计

所设计系统选用ARM9系列的S3DFHHN嵌入式微处理器，采用289 pinFBGA封装[4]。S3DFHHN微处理器的主频为400 MHz，系统外设完整，减少了整体系统成本，且有丰富的片内资源[5]，包括4个PWM功能计时器和1个内部时钟、8通道10位A/D控制器，117位通用I/O接口和24位外部中断源。

2.3  电路设计

电路主要包括存储电路[6]、电源电路和复位电路，其中存储电路中包括SDRAM和FLASH，选用HY57V561620FTP集成电路作为SDRAM存储器。该存储器芯片工作电压为3.3 V，兼容LVTTL接口[7]，工作时钟频率为100 MHz。

其中，电源电路，由MAX8860集成芯片以及相关元件组成，MAX8860集成芯片的输入电压范围在2.5～6.5 V之间，并具有过热保护、短路保护与电池反装保护功能。复位电路原理图如图1所示。

由图1可知，该复位电路可为S3DFHHN嵌入式微处理器提供上电复位[8]与手动复位信号功能。

2.4  控制器设计

采用TMS320LF2407ADSP作为此次设计系统核心控制器，其片上包含适用于信号处理的高效处理器，并集成丰富的片内外设，执行速度为40 MIPS，具有较高的实时控制能力[9]，提高系统建立虚拟仿真环境速度。片内具有高达32 KB的FLASH程序存储器，544 B双口RAM和2 KB的单口RMB，并包含2个事件管理模块，该控制器可扩展的外部存储器总共192 KB空间。同时具有看门狗定时器模块[10]、串行通信接口模块、16位串行外设接口模块，包含40个可单独编程或复用的通用输入/输出管脚[11]。

3  创新教育网络生态系统软件实现

在上述硬件设计的基础上，对创新教育网络生态系统进行软件设计。利用虚拟仿真技术[12]建立创新教育网络环境，给学生提供仿真的创新教育网络生态环境。由于虚拟仿真建立的场景中的模型与纹理贴图等都来源于真实场景，在利用虚拟仿真技术之前，需要整合创新教育教学资源，其中包括图片、声音和其他媒体资源[13]。

由于整合后的创新教育数据与虚拟仿真环境建立格式不同，因此对整合的数据进行格式转换[14]，计算公式如下：

[O=m″·tSa·h]             （1）

式中：[O]代表创新教育网络生态信息;[Sa]为创新教育中的信息格式;[h]为虚拟仿真环境所需的数据格式;[m″]，[t]分别代表创新教育数据转换参数。

通过计算完成网络生态系统基本数据的整合，为虚拟仿真环境建立提供基础，并为该系统使用者提供显示图片、播放视频、环境模拟等功能。建立系统数据库，将虚拟仿真教学环境所需的数据存入该数据库中，并分析基于虚拟仿真的教育系统之间不同实体以及实体间的相互关系。

在具体使用时，学生通过建立的虚拟仿真教学环境，浏览教学项目、教学要求，并在建立的虚拟仿真环境中学习。同时，设计评价功能[15]，在该系统中预先设置评分标准，不断采集学生学习信息，对学生学习情况评价，评价公式为：

[gq=aq·De]           （2）

式中：[gq]代表创新教育学生评分标准;[aq]代表学生在[q]课程上的学习情况;[De]代表学生学习情况判断参数。

通过上述公式实时对学生的学习情况评价，以提高学生对创新教育内容的掌握，以此完成基于虚拟仿真的创新教育网络生态系统设计。

4  实验对比

4.1  实验内容

此次实验以某创新教育网络生态学校为实验对象，选择该校相关创新教育网络生态信息，分别使用2种系统对创新教育信息进行整合与归纳，对比2种系统内的信息多少。信息多少以学生的满意度作为评价标准，在实验过程中，随机选取100名学生，并将这100名学生随机分为2组，其中50名采用传统系统，50名采用此次设计系统，对比100名学生对2种系统的满意度。具体的实验过程如下：

1） 制定测试步骤;

2） 实验人员根据实验步骤生成实验用例，对实验中可能出现的各种情况作出预判并记录;

3） 运行传统系统与此次设计的创新教育网络生态系统，进行实验;

4） 分别查看100名学生对两种系统的满意情况，分为5次实验;

5） 生成实验报告，在2个系统完成实验后，自动生成测试报告。

在此基础上，设计实验配置如表1所示。

4.2  实验结果分析

传统系统与此次设计的基于虚拟仿真的创新教育生态系统的对比结果如图2所示。

分析实验对比结果可知，此次设计的基于虛拟仿真的创新教育生态系统的信息比传统系统的信息多。因为此次设计的系统利用虚拟仿真技术，能够有效模拟创新教育网络生态环境，并且整合的创新教育网络生态信息也较多，所以系统内包含的信息较多。而传统的系统信息比此次设计系统信息少，不能满足学生需求。因此，通过上述实验能够证明此次设计的系统的有效性，证明此次设计的系统信息比传统系统信息多，具有一定的实际应用意义。

5  结  语

传统的创新教育网络生态系统信息较少，因此设计一种基于虚拟仿真的创新教育网络生态系统。从硬件设计和软件设计两方面完成系统的设计。实验对比结果表明，此次设计的系统比传统系统信息多，能够满足创新教育网络生态系统设计需求，具有一定的实际应用意义。

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