淺論計算機虛擬實驗室的建設與管理

[摘要]針對職業類院校實驗建設現狀及困境，利用虛擬實驗室技術對實踐教學進行改革，分析了虛擬實驗室特點，對虛擬實驗室功能模塊進行詳盡的劃分及設計。并對網絡虛擬實驗室的管理提出合理建議。

[關鍵詞]網絡虛擬實驗室 模塊 管理

中圖分類號：G48 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2009）0720136－01

隨著職業教育的發展，學生規模急劇膨脹，職業類院校實驗室建設規模嚴重滯后于迅速膨脹的學生規模。如果仍然采用傳統的實驗教學方法，就目前職業類學校經濟狀況，想通過擴大實驗室的規模添大量儀器設備來滿足傳統的實驗教學，一般是難以實現的，因此改變傳統實驗教學模式迫在眉睫。

建立基于虛擬儀器技術的虛擬實驗室系統，以軟件編程代替實際實驗，并提供實驗項目的遠程訪問服務，能夠有效解決職業類院校中由于實驗資源緊張帶來的一系列問題，已成為職業類院校實驗室建設的一種必然趨勢。

一、網絡虛擬實驗室的建立

（一）虛擬現實技術。虛擬現實VR（Virtual Reality）是近幾年來信息技術迅速發展的產物，是一門在計算機圖形學、計算機仿真技術、人機接口技術、多媒體技術和傳感技術的基礎上發展起來的交叉學科。其基本方法和目標是集成并利用高性能的計算機軟硬件及各類傳感器創建一個使參與者處于身臨其境的、具有完善的交互能力、能幫助和啟發構思的信息環境，即讓用戶在人工合成的環境里獲得角色的體驗。

（二）網絡虛擬實驗室。所謂網絡虛擬實驗室，是指利用區域網或互聯網，由虛擬現實技術生成的一類適于進行虛擬實驗的實驗系統，包括相應的實驗室環境、有關的實驗儀器設備、實驗對象及實驗信息資源等。虛擬實驗室可以是某一現實實驗室的真實實現，也可以是虛擬構想的實驗室，虛擬實驗通過虛擬實驗室進行。在虛擬實驗中，實驗者有逼真的感覺，有身臨其境的感受，好像是真正在現實實驗室里近距離進行現場操作。與傳統實驗教學相比，網絡虛擬實驗室具有如下特點：

1．突破了傳統實踐教學模式受時間、地點的限制，并且可以利用計算機網絡網絡提高實踐教學效率，更好地培養學生獨立分析問題、解決問題的能力。進一步提高學生的實踐技能。

2．強調“網絡就是實驗儀器”的概念。網絡在實驗中充當了以往由操作臺和設備實現的角色。通過建立網絡虛擬實驗室，遠程教育的學習者不必擔心缺乏實驗條件，也不必為實驗到處奔波，他們通過網絡中的基于虛擬儀器的虛擬實驗環境，同樣能夠“身臨其境”地觀察實驗現象和進行“實際”操作，甚至和異地的學習者合作進行實驗。

3．鑒于網絡虛擬實實驗的開放性和共享性，資源的可重復利用率提高，系統組建時間縮短，功能易于擴展和管理，使學生的實驗操作機會得以增加，實驗范圍和科目得以擴大，高新技術在教育領域內的優勢可以充分發揮出來。

（三）計算機專業虛擬實驗室的創建。一個完整意義上網絡虛擬實驗室不僅能完成相關的虛擬實驗仿真，還應能完成相關實驗數據的處理，所以網絡的虛擬實驗室在功能具體設計應包含以下模塊：

1．公共模塊。在該模塊中，系統主要完成的功能：系統提供實驗室的一些公告信息，通過實驗設備實體的三維展示，使學生對實驗設備實體的相關知識有一個直觀的了解；學生在該模塊可以完成真實實驗的預約；教師可提供相應的實驗安排信息，提交相應的實驗報告模板。

2．虛擬仿真實驗模塊。通過本模塊，學生應能通過虛擬實驗系統，不僅可以按實驗教學的計劃，完成老師規定的實驗，而且能根據自己的想法，設計實驗并完成，這要求虛擬實驗系統設計應考慮實驗的自主性問題，不能規定虛擬實驗系統只能按規定的步驟去完成；在該模塊還能完成實驗相關數據保存，通過保存的數據，學生可通過實驗報告模塊產生電子的實驗報告；教師可以通過仿真系統，調用學生的實驗數據，去動態檢查學生的實驗情況。

3．實驗報告處理模塊。在本模塊中，學生根據教師提交的實驗報告模板，填寫相關的內容，實驗數據從服務器獲取自動添加，并能完成相關數據的處理，實驗報告最終提交給服務器；教師通過該模塊，下載學生的實驗報告進行批閱。針對學生自主實驗給出相應的模板，除提交實驗數據外，學生還應提交實驗設計，實驗相關設計圖（電路圖、網絡拓撲圖等）。

4．交流模塊。該模塊完成兩大功能，其一：實驗的在線交流，在實驗過程中，學生間可以通過該模塊，相互之間進行實驗情況交流；其二：在留言部分，學生可以將實驗中遇到的問題及實驗情況反饋給教師，老師可以通過本模塊與學生進行交互，回答學生提問。

二、加強網絡虛擬實驗室的管理

1．加強用戶管理，為每個學生分配賬號。對學生進入虛擬實驗室，使用實驗室做虛擬實驗等進行登記保存。鼓勵學生經常訪問虛擬實驗室，在上面提出問題、發表見解，做好實驗，努力提高虛擬實驗室的人氣。

2．全天候開放虛擬實驗室。學生可以隨時進入虛擬實驗實自己動手組織實驗，自己設計實驗方案，動手完成實驗，整理和總結實驗數據，提交實驗報告，培養學生的分析能力和創新能力，逐步向以“學生為中心”的自主個性發展模式轉變。

3．組織專業教師網上指導與答疑，參與論壇討論交流，及時批改實驗報告，為學生順利完成實驗提供服務。在虛擬實驗室中，教師應對學生提出的疑問盡快給出幫助和解答，并進行必要的指導。在實驗室論壇上發表觀點，提出問題讓學生思考，使師生在虛擬實驗室中有較強的互動性，教師應充當好學生實驗的合作者和知識的建構者的角色。

4．對學生在虛擬實驗室的表現及實驗效果進行評價。針對學生每一門課程的虛擬實驗完成情況、實驗報告、網上提問、論壇發帖的情況，給學生一個成績和評價，反饋給學生，并與該課程的正常實物實驗一起記入實驗總分。教師也要在對學生評價的同時，征求學生對虛擬實驗室的意見，對學生反饋的信息進行整改。

計算機網絡虛擬實驗室的建立，可以很好地解決目前硬件設備跟不上實驗的要求、學生實驗時間不夠用等問題，對于提高學生的動手能力、分析問題和解決實際問題的能力具有非常重要的意義。但在具體應用中還要注意處理好“虛擬實驗”和“實物實驗”的關系，不能一味地強調虛擬實驗，要“虛實”結合，既相互補充，又各有側重，這樣才能取得很好的實驗教學效果。同時，在虛擬實驗中要注意培養學生嚴謹的、一絲不茍的科學實驗作風。

參考文獻：

[1]林川、劉勝永、潘盛輝，基于Web的虛擬實驗系統的設計[J].軟件導刊，2007（1）：39-40.

[2]劉紅玲、楊凱，基于VRML的網絡虛擬實驗室建設，徐州工程學院學報，2005（5）.

作者簡介：

羅曉東（1971-），男，碩士，淄博職業學院講師，研究方向：計算機教學及實驗室管理。