物联网实训室虚拟仿真软件建设方案

一、概述

物联网实训室虚拟仿真软件旨在紧密围绕立德树人的根本任务，充分依托先进的数字技术，并对接物联网行业的发展趋势和人才需求。通过对比真实企业工作环境，融合创新创业教育基因，秉承虚拟仿真技术与教育教学深度融合的理念，引入虚拟现实和人工智能等新一代信息技术。

基于“虚实互补、育训结合、软硬兼顾、产教融合、平台管理、前瞻建设”的原则，我们致力于将数字技术专业群虚拟仿真实训基地打造成一个集学生实训、职业培训、社会服务、技能竞赛、技能考核评价、师资培训、技术研发等多种公共服务功能为一体的全省示范性虚拟仿真实训基地。

不断提升虚拟仿真实训基地的示范辐射作用，带动区域及校内其他虚拟仿真实训基地的建设。技术水平和建设质量将走在全国前列，高素质技术技能人才培养质量将成为亮点，服务产业转型升级的作用将显著，从而助推高质量跨越式发展效能提升。最终，我们的目标是全面建成立足云南，面向全国，服务“一带一路”的中国特色高水平虚拟仿真实训基地。

二、物联网实训室虚拟仿真软件介绍

2.1 实训室简介

通过数字技术与多媒体的教学融合，我们致力于打造开放式专业群虚拟仿真实训教学及资源共享管理平台。该平台支持教学全流程和资源共享，结合3D技术将综合布线、智能化安防、物联网工程以及物联网应用中的大场景进行微缩。与项目应用实践有效衔接，为学生提供身临其境的实践体验。这一创新性的教学模式旨在突破传统教学缺陷，重点解析和解决难点问题，培养学生的实际动手能力，全面提升职业素养和行为习惯，使实训基地成为“教、学、做、练、研、证”为一体的实训中心。

按照“虚实结合、能实不虚、以实带虚、以虚助实”的原则，我们创新多元实训效果评价及反馈模式，实现线上线下混合、虚拟仿真与现场仿真结合的实训新模式。通过这一系统，完成真实环境下装配式建筑技术与管理的全流程实训，满足学生自主学习需求，提高教学质量，降低实训成本，同时规避潜在的实训安全风险。

2.2 建设目的

实践能力培养：通过提供真实的物联网应用场景，让学生在实际环境中进行操作和项目实践，培养其实践能力，使其能够熟练运用物联网技术进行应用开发、测试和调试。

团队协作能力培养：物联网工程应用往往需要多人协作，包括硬件设备安装、系统架构设计、软件开发等。实训室的建设旨在培养学生的团队协作能力，使其能够在实际项目中与他人合作，形成良好的分工合作氛围。

解决问题能力培养：在实际物联网应用中，问题和挑战常常出现。实训室的目标是培养学生解决问题的能力，通过实际操作和调试，使其能够独立分析和解决问题，培养创新思维和解决方案的能力。

创新意识培养：鼓励学生在实际项目中提出创新的想法和解决方案，培养创新意识和创业精神。通过实践和实验，激发学生的创新能力，培养其在物联网领域中的创新思维和创业能力。

实际应用能力培养：通过面向实际应用场景的项目实践，学生将能够掌握物联网技术在不同领域中的应用，为未来的求职和职业发展奠定坚实基础。物联网工程应用实训室的建设目标是培养学生的实践能力、团队协作能力、问题解决能力、创新意识和实际应用能力，以适应物联网技术发展的需求，为学生的职业发展打下坚实基础。

三、物联网实训室虚拟仿真软件组成

3.1 数字教学基座

在数字教学基座的构建上，我们采用了Spring Cloud微服务开发架构，各服务模块单独运行并提供服务接口，确保平台的稳定、快速、高效。该基座采用前后端分离和分布式微服务的弹性计算架构，后端主要基于Java的Spring Cloud实现，前端采用Vue等技术，具有高内聚、松耦合、业务单一、高性能、高并发、高可靠性、跨平台、跨语言等特点。

单点登录（SSO）实现统一登录，统一用户管理，一个账户可登录验证教学全场景以及数字技术专业群实践教学等所有应用模块系统。平台采用Kubernetes技术进行部署，支持公有云、私有云、混合云模式安装，同时支持多数据源以保证技术的一致性。这样的部署方式保证了服务的稳定性、可扩展性、弹性扩容性，支持大规模并发教学全场景和数字化专业群教学实践应用。

基础虚拟化服务方面，我们选择了Docker和KVM两种虚拟化技术，根据学科性质进行选择性支撑，提供稳定、可自行配置的虚拟机器。

基于全流程DevOps自动化运维，支持持续集成、分析、服务注册与发现、系统监控、性能监控、日志管理、预警、持续部署。我们基于Docker的镜像仓库和Kubernetes的容器云管理调度平台，实现在线可视化管理、监控、调度容器，从而确保平台的高效运作。

基础持久化层支持RDS和NoSQL两种方式，采用MySQL集群和MongoDB集群搭建，支持基于CQRS的分布式事务处理，数据自动备份，并通过Redis集群对热点数据进行缓存，以支持大并发。

基础服务层提供在线验证码服务、基础文件服务、消息队列服务、OSS对象存储服务、用户/鉴权服务、个人云盘服务、WebSocket服务等，以确保平台的通用性。

用户基础信息管理方面，我们支持订单按业务方向进行配置，对班级、教师、学生相关信息进行新增、修改、删除，并配置数据权限。这一综合的数字教学基座为物联网实训室虚拟仿真软件的全面运作提供了坚实的支持。

3.2通用教学管理平台

通用教学管理平台采用Spring Cloud微服务架构，使用Java语言，具备跨平台特性，独立于开发环境的面向对象的组件技术。系统支持主流关系型数据库及文件存储，兼容多种主流浏览器，如Internet Explorer、Firefox、Chrome等。实现了基于角色的权限控制体系，实现多级角色权限管理。系统设计采用前后端分离，通过restful服务接口进行通信，包括8大核心模块：

私有课程：提供直观清晰的显示当前教师可使用的课程资源，支持在线富文本修改，新建课程功能支持在线富文本制作自己的教学课程，且课程目录支持动态章节自定义上下调整。

课堂管理：教师可根据教学计划建立自己的教学课堂，包含不同班级学生和同一门课程的多章节内容，支持课程内容是否对学生开放的设置，以及根据课堂属性进行快速检索查询，发布随堂作业。

测验题库：提供直观清晰的显示当前教师可使用的题库资源，支持根据教学计划新增试题（单选题、多选题、判断题、填空题），并显示对应的课程章节目录。

课堂测验：管理已发布的作业，包括作业所在的课堂、作业名称、发布时间、完成截止时间、应答人数、实际提交作业人数、批阅状态等信息。教师可对学生提交的作业进行评级，支持根据测验关键字不同属性的快速检索查询。

作业模块：学生根据开放的课程权限学习课程内容，提交教师发布的作业，并查看教师批阅的结果。

教学质量管理：教师可根据教学情况自由配置评价维度，分为课程学习权重和作业评分权重，支持不同权重值计算出学生学习情况排名，并支持导出功能。

用户管理：支持用户账号管理，包括添加用户、删除用户、禁用用户、启用用户，支持对已有用户进行编辑，以及根据用户名查询用户信息。同时支持批量导入用户，批量导出用户信息。

错题集：收集学生考试或作业过程中的错题，以供其他时间进行练习。学习题库模块提供与教学课程配套的测试题库，同时允许用户添加自己的考试题目，并在考试或教学过程中插入该题目进行讲解。

这一通用教学管理平台全面涵盖了课程管理、教学质量管理、用户管理等多方面的功能，为教师和学生提供了便捷的教学和学习工具。

3.3资源共享平台

资源共享平台采用B/S架构，兼容主流浏览器（如谷歌、火狐），主要包含5大核心模块。

资源库模块：整合多门基础课程的教材、教案、课件、微课、教学配套材料等教学元素到一个资源库平台。通过互联网技术和混合式教学，保证教学的实施与效果。教师可以智能备课、一键上课，从而显著提升教学质量与效率。

资源检索：为使用者提供多种资源检索功能，包括课程导航和资源库导航等，以便学习者更方便地使用平台。

在线交流：提供即时或延时的im通讯功能，支持教学实训中的网上交流、辅导、讲解、答疑解惑等。为学生和教师提供便捷的沟通工具。

自主学习：提供开放式的课堂建立，学生可以自主完成专业课程学习，并将学习进度纳入教学统计。这种自主学习的方式有助于学生更灵活地掌握知识。

云盘模块：支持用户上传教学过程中创作的图片、视频、音频、文档等文件形式，并能在自主开发课程中自由引用。这一功能为教学资源的灵活应用提供了便捷途径。

云分享：平台提供方便的分享功能，可将分段、分章节、全文、音视频进行一键分享。有效衔接第一课堂和第二课堂，方便学生进行课前预习和课后复习，提高知识留存率，使学习变得更加轻松。

3.4网络仿真实践平台

网络仿真实践平台采用B/S结构，借助spring cloud微服务技术，专为计算机网络教学和实训而设计。该平台通过图形化仿真，模拟主流厂商路由器、交换机、防火墙、无线设备的配置，支持大型网络模拟，使广大师生能够在没有真实设备的情况下进行模拟演练，提升对网络技术的学习。

主要模块:

课程制作工具：提供便捷的实验制作工具，使教师能够轻松混合编排不同格式的文本、图片、音频、视频、超链接等资源，并自动生成动态实验目录，实现不同实训资源同屏展示。

实验进度监控：内置网络实验进度监控模块，教师可实时查看和统计学生在仿真平台进行操作的进度，了解学生学习情况。

实验报告自动生成：平台支持自动生成每个学生的实验报告，根据学生在仿真系统中的操作和相应的实验文档，生成完整的实验报告。

在线问答：提供实验的在线问答功能，学生在实训过程中可以与老师进行及时沟通，提高学习效率。

实验笔记记录：用户可在实验页面记录实验笔记，方便对学习情况进行记录和整理。

内置公共资源课程：软件开发模块内置完整的实训资源，包括实训文档和配套拓扑图，方便教师直接使用。

个人云盘：提供云盘服务，用户的所有文件按不同类型进行分类，以方便查看和操作。

支持的实验类型：平台支持华为数通系统交换机、路由器、无线AP、防火墙等自由建立拓扑实验，包括VLAN实验、NAT配置实验、ibgp和ebgp综合实验等。

综合教学整合：与教学模块、考试模块、作业模块、技能大赛模块、人工智能、云计算、大数据、软件开发等实践模块进行无缝组合，全面完成计算机网络专业群的教学，为学生提供多样化的实践机会。

3.5物联网虚拟仿真实训平台

物联网虚拟仿真实训平台采用完全图形化界面组态显示和逻辑联动方式，结合脚本编程，使实验既直观、趣味，又具有强大的可操作性。服务器端配备所有实训硬件对应的虚拟设备，图形与实际硬件相对应，实现所见即所得的操作体验。通过编辑器，使用者能够编辑、搭建应用项目，并与硬件同步完成典型的物联网功能。

平台特点:

图形化编辑和逻辑联动：平台提供完全图形化界面，用户可通过图形编辑器直观搭建物联网应用项目。逻辑联动方式使得实验更为直观和趣味。

可编程接口：预留可编程的编辑接口，用户可以自行添加新的功能模块，提高平台的灵活性和扩展性。

数据可视化控件：平台具备基本的数据可视化控件，包括曲线、饼图、虚拟仪表等功能。用户可以通过编辑属性，如颜色、变量选取、形状、数量等，定制化数据可视化。

通信方式支持：平台包含常用的通信方式，如COM、TCP、433等，满足不同物联网设备之间的通信需求。

虚拟设备图形对应实际硬件：平台服务器端提供虚拟设备，其图形与实际硬件相对应，确保用户在虚拟环境中的操作与实际硬件一致。

快速自助完成实训课程：图形化编辑的设计使得学生能够快速自助完成物联网实训课程，降低学习门槛。

这一物联网虚拟仿真实训平台不仅具备直观、趣味的特点，还满足学生对物联网实训的实用性和实际操作的需求，为物联网领域的学习提供了有效的工具和资源。

四、物联网实训室虚拟仿真软件建设图

物联网实训室虚拟仿真软件建设图