新媒体下高校物理实验三维教学平台

2021-10-09常雪芳

科技视界 2021年27期

常雪芳

（太原理工大学现代科技学院，山西太原 030024）

0 引言

高校物理实验既能够培养学生的动手实践能力，又能够实现对学生创新能力的提升，对培养学生养成良好的科学思维有着重要的作用[1]。传统高校物理实验教学中，常常仅凭纸质教材对学生进行理论教育，很难让学生真正感受到物理实验的乐趣，无法提高学生物理知识储备量[2]。由于研究起步较晚，现有教学平台在实际应用中出现了无法满足平台用户资源查询需要，因此为了进一步提高高校物理实验教学水平，本文开展新媒体下高校物理实验三维教学平台设计研究。

1 基于新媒体的高校物理实验三维教学平台设计

1.1 物理实验三维教学平台整体结构设计

结合新媒体技术的实验三维教学平台主要包括电机实验模块、电力自动化实验模块、继电保护实验模块、运行维护模块、通信协议、操作接口、扩展接口等，平台整体结构如图1所示。

图1 基于新媒体的高校物理实验三维教学平台结构图

采用多层分布式体系结构以确保在后期运行过程中能够满足平台用户完成本地集中学习和研究的需要，同时满足平台用户的远程教学与研究需要[3]。在本文设计的平台中引入操作接口和扩展接口，方便其他终端设备的连接，以此使平台具备更丰富的运行功能，并达到开放度极高的实验平台效果。

1.2 基于新媒体的物理实验装置仿真

本文结合新媒体技术，在平台中引入ADPSS装置，利用其完成高校物理实验中的所有内容。同时，ADPSS装置具有良好的物理接口，因此能够实现对任意物理量的输出，例如电流、开关量等物理接口。ADPSS装置包含多个CPU节点，能够实现同时运作，以此支持平台在相同时间开展多组不同实验。除此之外，在平台中引入多个开放的通信接口，确保ADPSS装置在实际运行过程中具备良好的通信能力，实现平台与虚拟现实界面的实时连接。

利用ADPSS装置在平台中对不同实验仿真软件进行搭建，将ADPSS装置与下述VR界面进行通信也能够进一步实现平台数据交换的实时性，提高平台的可扩展性，不断丰富实验内容，使其更加灵活、多样。

1.3 平台虚拟现实三维界面设计

虚拟现实界面可以真实地将物理设备外形结构、标准操作流程呈现给学生。同时，学生也可以在虚拟现实界面中，对物理实验教学设备中的开关、指示灯、接线、发电调控等按键，进行实时调控与操作。图2为基于VR技术设计的平台虚拟现实界面示意图。

考虑到界面的动态效果可能较差，而为了避免终端操作者出现视觉层面疲劳，可在完善界面过程中，在其中加入外界环境变化效果，以此种方式提供终端学习者更好的视觉体现。

图2 基于VR技术的平台虚拟现实界面示意图

2 实验论证分析

将所设计平台与传统物理实验教学平台应用到相同的实验测试环境中。由于本文设计的高校物理实验三维教学平台仅针对校园网，不会涉及外网，因此访问量通常不会过多，同时并发访问实验的成本相对较高，因此考虑到上述问题，本文采用白盒测试方法，完成对比实验。分别将两种教学平台引入相同的教学环境中，并在白盒中对相关参数进行设定。设置100名平台用户同时在平台上进行访问，以此验证两种平台的运行效率。为方便对两种平台的性能进行对比，本文选择将吞吐量作为评价指标，将实验结果进行记录，并得出如表1所示的两种平台实验结果对比表。

表1 两种平台实验结果对比表

从表1中实验结果得出，本文平台在100名用户并发访问时吞吐量最高可达到3.4×106bit，而传统平台在100名用户并发访问时吞吐量最高仅为1.2×106bit。因此，实验证明，本文提出的基于新媒体的高校物理实验三维教学平台在实际应用中能够在短时间内实现对更多数据数量的传送，为物理实验教学提供良好的教学条件。同时，本文引入三维技术，实现了在平台上对教学内容三维立体化展现，进一步提高学生对物理实验学习的兴趣，为物理实验教师提供全新的教学思路。