虚拟仿真实验教学是当今实验教学的重要组成部分,它不仅可以帮助学生提高动手能力和加深对实验知识的理解,同时还能解决学校因实体实验设备不足、场地有限而导致部分学生无法进行真实实验的问题。目前的三维虚拟实验系统多集中于单人实验,基于多人开发的协同实验系统相对较少。现有的协同系统主要有以下的不足,如教师引导学生需要全程参与,学生的想法和遇到的问题得不到有效的交流学习,实验提示不够直观准确,实验习题指导性不强等。为了解决这些问题,本文设计并实现了一个能引导和辅助学生协同学习的智能协同虚拟实验平台。本平台设计的聊天室模块和智能答疑模块实现了聊天内容共享和答疑内容共享等,解决了学习交流问题。平台设计的语音合成模块、智能答疑和协同习题模块解决了需要教师全程参与和实验习题没有有效的指导的问题。各个功能模块介绍如下:(1)聊天室模块包括语音聊天和文字聊天,学生可以交流自己的想法和问题。(2)语音合成模块采用文本转语音(TTS)技术实现习题题目的朗读和习题的智能提示。如果学生在规定的时间内没有作答,则会通过语音的方式进行提示,反之,则不会提示,这样既不用教师全程参与,也能达到类似教师带着学生一起做题的效果。(3)智能答疑模块可以实时地回答学生提出的问题,学生提出的问题和平台给出的答案是实时同步显示的,这样可以促进学生之间的相互学习。该模块还能实时训练问题答案对,这样,实验平台发布使用的时间越长越智能。(4)协同习题模块可以让同组的学生做相同的题目,同时进入下一题或者回退到上一题。平台最后会自动计算学生的习题得分和给出详细的错误信息。(5)为了实现人机协同,平台利用人脸识别技术实现了刷脸登录功能,提高了平台的安全性,为后期采用手势控制而脱离键盘和鼠标做准备。在仿真实验总体设计上,平台分别利用Unity3D的UGUI技术设计虚拟仿真实验的用户界面和UNET网络框架实现仿真实验的实时同步。最后以天平实验为案例实验说明平台的可行性,采用3D屏幕直观展示和邻接矩阵实现动态智能指导,解决了传统实验系统因使用文字提示不够直观准确的问题,同时在案例实验中加入前面描述的五个功能模块。学生使用反馈结果良好,学生的合作意识和学习效果得到了明显的提高,进一步说明平台的有效性和应用价值。