笔记本电脑虚拟拆装实验教学项目 建设与应用
管维红 华驰 张蓉 叶春
摘 要：笔记本电脑的拆装是《计算机组装与维护》这门课程的重要教学内容之一，文章针对当前课程中存在的笔记本电脑拆装复杂、具有破坏性和危险性等问题，对笔记本电脑拆装实验教学项目进行研究，基于虚拟仿真技术，开发了笔记本电脑虚拟拆装教学系统。该系统不受成本、设备、场地、时间的限制，使学生能够很好地掌握笔记本电脑拆装技巧，为课程后续内容——笔记本电脑故障排除和硬件升级打下了良好的基础，在实际应用中取得了较好的教学效果。
关键词：虚拟仿真;实验教学项目;笔记本电脑;虚拟拆装
中图分类号：TP319;G420? ? ? ? 文献标志码：B? ? ? ? ?文章编号：1673-8454（2019）24-0041-04
一、引言
虚拟仿真技术也称为虚拟现实技术，是当前一个热点话题，主要指通过信息技术等手段实现可视化、可操作、能交互的虚拟环境，用虚拟的系统模仿真实的场景[1][2]。其不仅在设计、制造、交通、农业、生活等方面有广泛应用，也给教育领域带来了革命性的变革[1-4]。《教育部关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知》中指出要深化信息技术与教育教学深度融合，将实验教学信息化，拓展实验教学内容广度和深度，延伸实验教学时间和空间，提升实验教学质量和水平，积极推进虚拟仿真实验教学项目的建设工作[5]。虚拟仿真实验教学是实验教学的发展方向[6]。
虚拟仿真实验教学项目是在“能实不虚”的基础上，针对高危险、高消耗、高成本、资源缺乏、难以实现同时受众面又比较广的实验项目进行建設。同时要进行“虚实结合”，探索线上线下教学相结合的新型实验教学模式[7-9]。
本文主要介绍了计算机平台课程——《计算机组装与维护》的建设情况，其中最重要的教学环节是笔记本电脑的拆装，但学校目前没有条件完全进行实物拆装，因此开发了笔记本虚拟仿真拆装系统，解决了当前的教学重点和难点，不再受制于成本、时间、设备数量、场地、风险等因素，并且拓展了笔记本拆装的广度和深度，学生只要通过浏览器即可实现校内访问，通过虚拟拆装系统的练习，掌握了笔记本拆装的基本步骤和注意事项，为后续笔记本电脑故障排除和硬件升级等实训内容打下基础，同时也与后续内容实现虚实结合。
二、计算机组装与维护课程建设情况
《计算机组装与维护》课程是我校物联网工程学院开设的一门专业平台共享课程，同时还面向全校其他专业学生开设选修课。每年有2000多名学生参与该课程的学习。《计算机组装与维护》课程教学目标是培养学生具有相应的职业素养，掌握计算机拆装以及故障维修技能，具有利用计算机与互联网进行自我学习、沟通合作来解决遇到的软硬件及网络问题的能力，为学生后续专业课程的学习及就业、适岗竞争打下良好的基础。
目前《计算机组装与维护》在线开放课已经通过学校验收，并获江苏省在线开放课立项建设，还出版了与在线开放课配套的新形态一体化教材《计算机组装与维护项目实践教程》[10]。《计算机组装与维护》课程的主要教学内容有计算机从业人员的岗位认知和基本素养，以及计算机拆装维护过程中的技术规范、计算机各大部件的性能参数及选购要点、台式机的拆装和故障排除、操作系统与常见应用软件的安装、计算机网络基础知识等。
当前高校学生拥有笔记本电脑的比率非常高，尤其是计算机相关专业的学生，笔记本电脑是学生日常学习的必需品。在笔记本电脑使用过程中，经常会出现一些软硬件故障，掌握笔记本电脑的拆装是笔记本电脑故障维护和硬件升级的前提。因此对于学生来说，不仅要掌握传统的台式机的拆装，更要掌握笔记本电脑的拆装。因此我们在课程中特别增加了笔记本电脑这个模块，包含笔记本电脑的购置、拆装、升级及故障排除等内容。
《计算机组装与维护》课程的教学内容主要分为五个模块（详见表1）。
其中台式机模块中台式机的拆装、故障排除可以利用机房淘汰的机器，做到每个学生都有一台台式机进行实物操作，软件安装以及局域网搭建都可以基于实物进行教学。在笔记本电脑模块，由于学校实训室采购的笔记本电脑数量不多，没有足够数量报废的笔记本电脑可以使用。笔记本电脑的拆装不同于台式机，不同品牌、不同型号的笔记本构造不同，拆装起来差异较大。而且笔记本电脑内部部件更为精密，拆装难度更高，破损率也高，尤其是对于新手，使用学生自己的笔记本电脑进行教学拆装存在很大的安全隐患。而笔记本电脑的拆装对于每个学生来说都是一项非常重要的技能，更是后续笔记本硬件升级和故障排除的前提。针对这个问题，我校与企业合作开发了笔记本虚拟仿真拆装系统，很好地解决了该问题。
三、笔记本电脑虚拟仿真拆装系统
为了解决笔记本电脑拆装这个教学重点和难点，我们开发了笔记本电脑虚拟仿真拆装系统，不仅解决了笔记本电脑拆装教具不足的问题，还可以反复无磨损操作，学习每个零部件的功能和操作，同时让学生能够身临其境地感受使用和拆装笔记本，展示整个笔记本电脑的拆装过程，并有操作系统安装的交互环节，让学生更好地解读笔记本电脑。
1.系统开发
笔记本电脑虚拟仿真拆装系统是基于三维模型开发的一款教学仿真系统，使用Apache+PHP+MySQL环境搭建程序。每款进行虚拟仿真的笔记本电脑的每个部件都进行了三维模型的建模，并实现了动画演示，从教学需求和成本角度出发，只开发有限的几款笔记本电脑，不同笔记本电脑构造可以通过学习达到举一反三、触类旁通的效果。
本文主要以IBM ThinkPad T60这款笔记本电脑进行截图演示，系统的主界面见图1，虚拟仿真的实训室环境让学生使用时感觉身临其境。实训室环境如图2所示。
为了方便使用，虚拟仿真拆装系统使用B/S架构，将系统部署在服务器上，学生可以通过浏览器直接登录使用，实现移动学习和泛在学习。系统的后台使用PHP进行开发，可以进行题库管理、学生学号批量导入、设置考核场次和成绩自动录入保存以及步骤错误率统计等功能，后台软件功能见图3。
2.系统功能
系统的功能主要包含零件介绍、零件拆装动画以及整体拆装的练习模式和考核模式，功能框架见图4。系统实现实训环境的仿真演示，营造沉浸式教学环境。在系统中有教学参考，里面有每款笔记本电脑所有部件的详细介绍，可以进行放大、缩小并360度旋转查看，同时还有每个部件的拆装动画，帮助学生在笔记本电脑拆装前进行知识储备，并且提供了整个笔记本电脑拆装过程的动画演示，系统教学参考页面见图5。
虚拟仿真系统提供练习和考核两种模式。在系统的上部中间有倒计时时间、操作得分以及错误计数。如果是练习模式在系统右上部有当前操作提示。如果是考核模式，没有操作提示，并且限时30分钟。每完成一步有正确或错误的提示，系统练习模式见图6。进行虚拟拆装时，应注重零件的摆放，每个零件必须放置在规定区域，这样可以帮助学生养成良好的操作习惯，遵守操作规程，提高职业素养。
笔记本电脑拆装时，当鼠标放在每个零部件上时，每个零部件的三维模型会呈边缘发光状态，并显示该零件的名称，方便认识每个零件。拆卸笔记本电脑时一般先拆电池，再拆光驱、硬盘、内存等。有些操作有严格的先后顺序，比如要拆散热器，必须先拆散热器上的U型盖;要拆USB模块，必须先拆USB模块的固定器。所有操作均应按顺序才能依次完成拆卸。
当提示笔记本电脑拆卸完毕之后，可以开始组装，用鼠标悬浮在桌面特定零件模型上时，被响应的零件区域呈现边缘发光效果，将零件安装至相应部位。拆装过程中特定的几个零件拆装顺序有逻辑控制。
完成虚拟笔记本电脑安装后，系统将进入一个交互的操作系统安装过程，该安装过程和实际操作系统安装相同，先进入BIOS，设置U盘作为第一启动项，然后加载数据后进入安装，进行操作系统选择，指定安装盘等操作之后即可进行安装，还需要对系统进行基本设置和网络设置，打开系统评分页面，即可给出最终得分和操作的详细信息，同时成绩也在后台数据库进行记录。操作系统安装见图7，评分界面见图8。
3.系统使用效果
使用系统后，学生学习的兴趣更为浓厚，不仅提高了实践操作能力，还获得了满满的成就感，原本觉得高深莫测的笔记本电脑内部构造也揭开了神秘面纱，激发了学生自主学习的动力。学生通过虚拟仿真系统进行虚拟拆装，再进行笔记本电脑实物分组拆装体验，最终目的是能够拆装实物笔记本电脑，为之后的实践内容——笔记本电脑故障排除和笔记本电脑升级打下基础。在拆装过程中，强调工作台面的摆放整理，培养学生操作规范意识，提高学生的职业素养。笔记本电脑拆装时关键顺序有要求，但是不唯一，可以很好地进行思维训练和综合能力的培養。
笔记本电脑虚拟仿真拆装系统也有一些不足，首先就是拆装时缺乏手感，系统开发时配备了手柄，可以提供手感，不过手柄操作的灵活性不如鼠标，价格也不菲，所以实际上课时并没有使用手柄，学生操作的体验感较弱。在实际拆装时，不同部件、不同螺丝在拆装时差异还是比较大的，电脑掌托、底部的盖板在拆卸时还需要用到撬板，在力道上需要进行一定的控制。这些都是虚拟仿真系统的不足之处，需要在实物拆装时进行弥补。
为了弥补这一不足，需要强调实际动手操作时的一些注意事项：使用撬片注意力道，防止划伤外壳，防止拉断排线，将笔记本电脑的螺丝分类存放，安装时注意判断是否螺丝使用错了，以防鼓包螺丝。
我们在教学过程中，以典型的几款笔记本为例，通过系统反复练习做到胸有成竹，这时再鼓励学生敢于动手拆装自己的笔记本电脑，作为笔记本实物拆装的有利补充。
四、结束语
本文是基于《计算机组装与维护》这门课程的教学需要，通过虚拟仿真技术开发了笔记本电脑的虚拟仿真实训系统，通过这个系统解决了笔记本电脑拆装缺乏教具、拆装复杂、高危险、高成本等问题，使学生在轻松愉快的氛围下熟练掌握拆装笔记本电脑的技巧，也为课程的后续学习打下了良好的基础。同时还激发了学习兴趣，提高了学生的学习效率和实际动手能力，使学生能真正掌握笔记本电脑的拆装技巧。
使用虚拟拆装系统，可以促进教学模式的改革，实现线上线下、虚实相结合，突破传统实验教学在设备、场地等时间、空间、成本上的限制。在进行虚拟仿真系统拆装之后，关键是要回归到实物上，虚拟仿真系统的作用是帮助学生熟悉几款笔记本电脑的拆装方法，掌握笔记本拆装的技巧，建立拆装笔记本电脑的信心，终极目标是基于虚拟拆装的经验和拆装笔记本的技巧，能够真正掌握实物笔记本电脑的拆装。
参考文献：
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[4]熊伟，潘涛，王海涛.直升机救助与水下逃生虚拟仿真实验教学项目建设与实践[J].实验技术与管理，2019，36（3）：136-139+198.
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[10]叶春，管维红，张蓉.计算机组装与维护项目实践教程[M].北京：电子工业出版社，2017.
（编辑：李晓萍）
