摘要 移动端虚拟实务培训系统课程的制作过程可以看成有限状态自动机的状态转移过程。利用有限状态自动机的思想，基于移动端虚拟实验研究现状，设计移动端虚拟实务培训系统原型，优化移动端虚拟实务培训系统中课程实现的过程，提出一种快速生成和批量化生产培训课程的方法。
　　关键词 虚拟实务培训系统；有限状态自动机；移动端
　　中图分类号：TP391.9 文献标识码：B
　　文章编号：1671-489X（2016）08-0022-04
　　1 引言
　　随着市场竞争的日益激烈，企业对人力资源的培训和重视程度也日益增长。当前对很多的工业企业而言，培训费用占据了公司经营费用很大的比例，特别是在培训维修的设备非常昂贵的情况下，因为培训学员操作不熟练造成设备损坏的情况时有发生，这些都增加了工业企业的培训代价和费用，传统培训模式的局限制约了企业所期望达到的培训质量，不能满足现代工业企业的需求。如今的虚拟仿真实验培训已经能够解决这种问题，但是课程的内容不具可拓展性，现代技术的日新月异，设备更新速度不断增长，当企业计划更新设备时，就必须由技术人员将整个课程重新设计开发一次，这就造成培训费用和成本的上升。而且随着成人学习的特征越来越明显，出现一种新的数字化学习手段——移动学习，其便捷性、时效性、移动性的特点适合在企业培训中开展。
　　有限状态自动机（FSM，Finite State Machine）作为一种计算模型，目的在于研究有限的计算过程或运行过程。有限状态自动机可以看作一个有限数量状态的集合，其中每个状态可以通过输入操作来迁移到零个或多个其他状态，具体的迁移目标状态由输入操作决定。本文研究这种计算模型如何应用于移动端虚拟实务培训系统中。
　　2 移动端虚拟仿真实验的研究现状
　　麻省理工学院的电子工程和计算机科学系是最早开始虚拟实验教学应用的院系，早在1988年，该系的教授Jesús A.del Alamo就创立了微电子在线实验室（Micro-electronics Web Lab），用于电路设计和微电子学课程的实验教学。在2010年，实验室实现通过手机远程控制来进行实验的功能。
　　北京亚泰盛世科技发展有限公司开发的Nobook虚拟实验室是专门针对初、高中教学实验环节量身定做研发的教学实验软件，经典实验板块内容和全国初、高中教学实验教材对接，采用高仿真技术，利用动态实验设备模型来完整再现实验操作流程。它除了可以在常规的PC端进行安装外，还可以在移动端安装，变身成为会移动的实验室，能够随时随地实验，对于学习者来说意义重大，有着传统实验无法比拟的功能优势和内容优势。
　　经过研究发现，现有的移动端虚拟实验，更多地是通过FLEX技术编写，在apk包中内嵌插件来实现的，可拓展性不强。而HTML5的兴起，它可以进行跨平台的使用。本项目依托HTML5的优势来开发，同时基于有限状态自动机思想，研究一种可以在移动端快速生成和批量化生产培训课程的方法。
　　3 移动端虚拟实务培训系统的设计
　　虚拟实务培训系统的设计理念
　　基于有限状态自动机理论，在制作一个设备的仿真操作实验时，不去关注目标设备内在的结构与运行原理，只需要把该设备可操作的过程完整遍历并记录下来，然后根据其外在表现形式的变化将整个实验过程分解为一个个的状态，单个的状态在触发某种形式的操作时发生状态的转移（即跳转到下一个状态）。触发某个状态涉及该状态的热区，各个状态的热区位置的确定是通过JS代码获取，同时把获取到的热区位置同图片路径一起存进数据库，各个设备图片的路径和其对应的热区位置组成状态热区表；所有状态与状态间的跳转，以及跳转触发条件，组合成一个设备完整的操作过程，记录整个状态间跳转关系的表就是该实验的状态转移表；记录每个状态详细表现形式的表即为状态表。有了状态表、状态热区表、状态转移表，在企业更新设备需要对员工进行培训的时候，不再需要技术人员重新完整地开发一门新的课程，只需培训教师提供各个状态的表现形式以及各个状态的触发热区，把这些形式和热区添加到数据库，就可以自动生成一门新的课程。
　　虚拟实务培训系统的核心设计理念是放弃对设备内部逻辑的研究，直接根据其外部状态转移来仿真对设备的操作。在这种状态下，当企业更新设备时，只要知道它的状态转移逻辑关系，就可以较为快捷地生成新的课程。为了达到这样一个目的，应该开发出一套工具包，使任何一个对设备熟悉的人，可以不必了解本虚拟实务培训系统的结构和特点，而是根据工具包提供的模板和流程，分别输入状态转移关系、各状态的表现形式（照片、软件截屏等）、各状态的触发热区。当该工具包得到一个新设备的这些属性后，就在系统中自动添加和修改数据库的相关信息，从而在培训课程上新增加一个设备的培训内容。该工具包应该包括状态表、状态转移表、状态热区表（用于抓取各个状态的热区位置）。
　　移动端虚拟实务培训系统的原型设计 Axure RP是为原型设计打造的一款专业软件，作为专业的原型设计工具，它能快速、高效地创建原型。本系统的原型设计是基于虚拟实务培训系统的理念，以及在移动端显示的特点，利用Axure工具进行设计的，原型框架如图1所示。
　　基于本培训系统的特点，设置在手机端横屏展示。左侧为仿真操作区，学习者通过对各个状态热区的点触、拖拽、长按等在移动端进行所需要的操作，能够给用户以真实的体验。右侧为提示操作区。基于本系统是用于工企业的培训，在移动端进行仿真操作的过程一般不需要教师的参与，在这里对每一步的操作给予提示，这样能够保证培训的顺利进行。同时在右侧添加两个按纽—硬件连接练习和软件仿真操作。对于工企业等培训行业新的课程不仅涉及硬件的连接，同时会有软件的操作，基于人机交互优化和界面设计美观的考虑，放置两个按钮来对学习内容进行切换。这样既能保证学习者对自己不熟练的部分进行反复的练习，又能保证整个课程实现的优化。 　　4 移动端虚拟实务培训系统中课程实现的过程
　　移动端虚拟实务培训系统中课程实现技术分析 本系统结构按照层次化的思路设计，将整个系统的架构分为资源层、数据访问层、业务层、表现层和客户端，系统架构如图2所示，基于有限状态自动机的思想，实现课程的快速开发。
　　随着移动互联网的愈演愈热，出现一种新的数字化学习手段——移动学习，其便捷性、时效性、移动性的特点适合在企业培训中开展。本系统客户端定位于移动端的开发，符合时代的特色。移动端虚拟实务系统作为PC端实验的补充和部分替代，不仅符合成人学习者的学习特征，同时有教学理论的支撑。
　　表现层用JSP HTML5 CSS3 JS技术，在页面布局时，HTML对元素进行排版定义，CSS对展示的元素进行样式的定义，再通过JavaScript实现相应的效果和交互。JSP技术是在传统的HTML代码中加入Java程序片段和JSP标记，从而形成JSP文件，用来实现网页中的动态部分功能。随着HTML5技术发展日趋成熟，利用HTML5技术进行软件开发已成为必然趋势。同时HTML5开发周期短，开发成本低，跨平台性强，比如开发一款应用，可以很轻易地将它移植到uc开放平台、Facebook应用平台，甚至可以通过封装的技术发放到App Store上。业务层使用了Servlet（ServerApplet），是用Java编写的服务器端程序。其主要功能在于交互式地浏览和修改数据，生成动态Web内容。
　　数据访问层JDBC（Java Data Base Connectivity，Java数据库连接）是一种用于执行SQL语句的Java API，可以为多种关系数据库提供统一访问，它由一组用Java语言编写的类和接口组成。资源层MySQL是一个关系型数据库管理系统，由瑞典MySQL AB公司开发，目前属于Oracle旗下公司。MySQL是最流行的关系型数据库管理系统，在Web应用方面是最好的RDBMS（关系数据库管理系统）应用软件之一。
　　开发工具使用Eclipse AppCan。移动应用开发平台AppCan，采用HTML5标准作为开发语言，支持跨平台移动应用开发，提供移动应用管理与运行控制云服务，实现对移动应用全生命周期（Full Life Cycle）的支持和管理。本系统设计初衷是使用HTML5进行移动端的开发，正好符合AppCan开发平台的特点，因此选择AppCan开发平台作为适应移动端的工具。
　　移动端虚拟实务培训系统中课程实现的优化 基于有限状态自动机思想，当需要开发一门新的培训课程时，首先需要把整个课程的过程分解为一个个的表现形式定义为状态，表现形式之间的转移定义为跳转，表现形式之间的跳转逐个填充进状态转移表，再把记录有该实验过程的所有状态、各个状态可以触发的热区（通过JS函数定位获取的方法）和状态转移表存入数据库，然后对照状态转移表的跳转关系，通过点触、拖拽、长按等交互操作来触发状态热区，实现各个状态间的跳转。通过上述过程，优化了移动端虚拟实务培训系统课程的实现过程。
　　5 有限状态自动机思想的应用及快速生成课程的研究
　　快速生成一门课程，需要开发出一套工具包，已经提到该工具包应该包括状态表、状态转移表、状态热区表（主要用于抓取各个状态的热区位置）。
　　状态表 图3所示状态表中给出状态编号（主键）、仿真操作区图片编号、提示区内容。状态编号作为该状态的唯一标识，其字段的设置均为描述该状态而服务；仿真操作区图片编号表示该状态下手机仿真操作区中需要显示的视图编号；提示区内容对不同显示给予不同的提示效果。每个区的命名均符合规则，同时屏幕上的仿真操作区和提示区一一对应起来，相辅相成，较好地呈现课程。
　　状态转移表 图4所示状态转移表中给出当前状态编号、下一状态编号、触发条件名称、触发条件编码。状态转移表存储状态间的跳转关系，存储了当前状态在给出操作条件下可以跳转到的下一个状态的转移关系。当前状态编号作为一次跳转的出发状态，用状态序号来标识；下一状态是一次跳转的结束状态，此处也用状态序号来标识；触发条件名称，对状态跳转类型的转移条件进行描述，方便对不同跳转进行辅助显示；触发条件编码，该字段定义触发每一次跳转的转移条件的简单标识。
　　各个状态中热区的处理 图5所示状态热区表截图给出图片编号（主键）、图片热区位置、图片路径、图片名称。图片编号对应状态表中仿真区图片编号，是各个状态图片的展示；各个状态都有自己的触发热区，就形成状态热区的位置，热区位置是通过一段Js代码来获取的；图片存于服务器，在数据库中存放图片的路径，代码中通过URL来读取图片，该表给出图片的路径；图片名称是对所存图片给予命名，以便于区分。通过对代码的理解能够得出获取热区的原理：通过点触拖动计算出当前热区，可移动模块的left、top、right，bottom对应area的coords属性集成上面的位置，来实现热区的定位。
　　页面引用“$（’#imgMap’）.imageMaps（）；”调用“jquery.image-maps.js”这个插件，其中部分代码如下：
　　vat coords=$（this）.attr（’coords’）；
　　coords=coords.split（’，’）；
　　_position_conrainer.append（’