前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的互聯網的虛擬實驗室構建分析，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
一、關于虛擬實驗室 1.虛擬實驗室的概念 虛擬實驗就是通過計算機虛擬實驗儀器讓實驗者進行操作、感受實驗過程、直至得到實驗結果。 一般實驗者可以通過計算機和網絡、即可進行實驗，如同在現實實驗室里近距離進行現場操作一樣。 在實驗教學中，要進行虛擬實驗一般需通過虛擬實驗室。所謂“虛擬實驗室”(Virtuallaboratory)，是指由網絡技術、計算機技術、虛擬現實技術等生成的一類適于進行虛擬實驗的實驗系統，包括相應實驗環境、有關的實驗儀器設備、實驗對象以及實驗信息資源等。虛擬儀器技術與認知模擬方法的結合也賦予虛擬實驗室以智能化特征。實驗者（無論是學生還是教師）可以自由地、無顧慮地隨時進入虛擬實驗室操作儀器，進行各種實驗。虛擬實驗室不但為實驗類課程的教學改革及遠程教育提供了條件和技術支持，還可以隨時為學生提供更多、更新、更好的儀器。 2.虛擬實驗室的特點 虛擬實驗室可以是某一現實實驗室的真實再現，也可以是虛擬構想成的實驗室。與在現實的實驗室里進行的現場實驗相比，虛擬實驗具有它的許多優勢和特點。 （1）經濟性。從經濟角度來看，虛擬實驗室的儀器設備、原器件或材料只是“概念”上的損耗，可自動修復或產生，因而它們能無限重復使用，在經濟上幾乎不再需要支出，即可實現“零”消耗。 （2）自主性。對于教育來說，虛擬實驗室對非全日制學生和遠程教育的學生都有非常大的幫助，他們可以不受時間及空間的限制，使自己得以隨時隨地在學習需要時做實驗，而無需到真的實驗室去，也使遠程實驗教學可能真正實現。在內容上實驗者也不受限制，他們可以自主的選擇自己所要進行的實驗內容。并且實驗者還可以自主的選擇實驗操作步驟，通過不同的方式達到最終相同的結果。 （3）學習性。虛擬實驗室對實踐性教學環節有著非常好的輔助作用。虛擬實驗可以進一步提高實驗對知識的鞏固與深入，及時提供實驗原理與設備的內部結構和工作過程、甚至是微觀變化過程（如分子運動等）的呈現。強化理論與實踐的結合，加深對知識的深化和鞏固。 （4）交互性。實驗者和虛擬儀器之間可以通過鼠標的點擊或者拖曳操作進行交互。例如在計算機組裝與維護的實驗中可以將計算機中的各個部件三維化的表示出來，用戶通過鼠標將他們組裝成整機。 當然虛擬實驗室也有其不足之處。虛擬實驗教學基于計算機進行，學生可以接觸到的僅僅是大小有限的計算機屏幕，對于實驗設備的操作也是通過鼠標和鍵盤來完成。因此，虛擬實驗室并不能完成所有科目的實驗教學任務，對于那些培養學生動手操作熟練能力的實驗，虛擬實驗室現在是不能完全勝任的，它還不能完全取代真實實驗。 3、虛擬實驗室的體系結構及功能 （1）虛擬實驗室的體系結構。虛擬實驗室里的實驗工具（計算機等）和實驗方法是各自獨立的，實驗中操縱的并不是真實存在的儀器和設備，而只是以軟件仿真來模擬使用設備。因而在計算機滿足一般需求的情況下，軟件的設計制作就成為虛擬實驗能達到的效果好壞的關鍵所在。要制作一個好的適用的虛擬實驗室首先要構建一個完整合理的體系結構，虛擬實驗室的結構大致可以分為下幾種： 1)單機虛擬實驗室的結構設計。實驗教學根據實驗目的的不同，可以分為基本的實驗操作訓練，驗證性實驗，綜合性實驗，探索性實驗等?；镜膶嶒炗柧毷菫榱擞柧殞W生掌握基本的測量方法，檢驗方法，培養基本的實驗儀器操作技能以及實驗數據的處理能力。 驗證性實驗是用實驗驗證已知的定理、定律，使學生從感性上把握并且理解這些定理、定律的意義，以及了解它們的形成過程。練習性實驗是讓學生運用所學的知識來解決問題、完成實驗，鞏固對所學知識的理解，培養對知識的實際應用能力。 探索性實驗則是利用各種設備和已知條件，設計實驗來探索一些雖然早已明確或是尚無人做過的，但對學生來說卻都是未知的現象、規律，目的在于培養學生的探索精神和科研能力，它是課堂理論教學的一個極為重要的補充。以上的四類實驗其目的不同，因而其單機虛擬實驗室的結構也有區別。 2)網絡虛擬實驗室的結構設計。網絡虛擬實驗室就是實驗者通過本地多媒體計算機或利用遠程通訊工具和相應的虛擬實驗儀器，進行操作、觀測實驗過程、直至得到實驗結果的一種實驗模式。 Internet為網絡虛擬實驗的實現提供了一種基礎平臺，基于Internet的瀏覽器／服務器（B/S）計算模式也是實現網上虛擬實驗的基本模式。構建基于Internet的網上虛擬實驗室基本結構(3WNVLAB)是指以WWW及其上的各種協議為基礎實現的網上虛擬實驗室。 （2）虛擬實驗室的基本功能?；贗nternet的虛擬實驗室就是在WEB中創建出一個可視化的三維環境，其中每一個可視化的三維物體代表一種實驗對象。通過鼠標的點擊以及拖曳操作，用戶可以進行虛擬的實驗。虛擬實驗環境可以針對物理實驗、化學實驗、教育技術實驗等各種不同的科目分別設計具體的實驗環境。 虛擬實驗室的基本功能是：1）完全基于Internet；2）三維的立體環境；3）具備可視化的實驗對象；4）可用鼠標和實驗對象進行交互。 二、虛擬實驗室的開發技術 1.虛擬實驗室的開發工具 目前網絡課件開發工具很多，在此介紹運用于虛擬實驗的主要開發工具，以下是現在比較流行的開發軟件。 （1）框架設計軟件。網絡課件的框架一般使用FrontPage、DreamWeaver等網頁設計軟件編制。#p#分頁標題#e# Authorware7.x是美國Macromedia公司推出的多媒體創作工具，簡便易用，功能完善。Director也是是美國Macromedia公司開發的軟件，主要用于多媒體項目的集成開發。 （2）圖像處理軟件。FireWorks或PhotoShop等圖像處理軟件可進行界面及藝術字的美觀設計。 （3）動畫制作軟件。Flash是Macromedia公司的一個網頁交互動畫制作工具，與其它工具相比，它具有矢量描述、播放流暢、數據量小、色彩鮮明等特點。 3dsmax是Autodesk公司的著名的三維造型及動畫制作軟件，可制作AVI及FLC動畫，可用Flix軟件將AVI文件轉換成小巧的SWF文件，便于低帶寬網傳送這樣就給在低帶寬情況下能實現視頻點播帶來了可行性。 （4）其它工具。Goldwave及Soundforge是常用的音效處理軟件，能對聲音的格式轉換和效果進行編輯。 這些工具軟件都有不同的特點和作用，我們在實際制作過程中只有合理的應用它們才能達到我們所需要的效果。 2.計算機網絡中實現虛擬實驗的相關技術 隨著互聯網的急速發展，與虛擬現實相關的各種研究都取得了令人矚目的成就，虛擬現實，英文即VirtualReality，就是使用電腦這一工具，在人為制造的空間里感受到的現實氛圍。而網絡形成的虛擬現實，也就是在網絡的基礎上，把各種信息變為虛擬現實的所有技術。目前國內的虛擬實驗室研究還處于萌芽階段，國外已經有很多大學進行了這方面的研究。他們所使用的技術大至有用web3d開發、使用JAVA進行開發、使用VRML技術進行三維虛擬實驗室的開發等等。 web3d就是應用于網絡的三維圖形互動展示的技術,它可以在互聯網上實現實時三維模型的瀏覽,并可以在其中加入交互和動態效果。 目前符合其技術規范的web3d格式有30多種，其中比較優秀及應用最多的是Cult3d,Viewpoint，Shockwave3d等幾種。 JAVA語言是最重要的一種網上通用語言，使用它開發的程序具有兩種層次上的可移植性能，源代碼級可移植性和二進制級可移植性，JVM（JAVA虛擬機）的存在使得這種可移植性成為了可能。另外JAVA語言的下標檢查機制和自動內存管理機制也為其增加了較強的穩定性和安全性，這一點對于構建網上虛擬實驗室系統來說也是非常關鍵的。 VRML(VirtualRealityModelingLanguage—虛擬現實建模語言)是一種在WWW中描述虛擬技術 （VR）的工具，是一項和多媒體通訊、因特網、虛擬現實等領域密切相關的新技術。其基本目標是建立因特網上的交互式三維多媒體，號稱為第二代Web建模語言。它的主要特征有三維性、交互性、動態性、實時性等，并且能夠在Internet或局域網上快速傳遞。 3.虛擬實驗室所面臨的網絡帶寬問題及對策 基于網絡的虛擬實驗室要求在Internet環境下實時、連續地傳送大量的音頻、視頻流，以實現教師授課過程的實時播放、網上課程的視頻點播（VOD）、網上虛擬實驗的實時交互式數據傳輸等等教學活動。然而，目前的網絡機制，網絡時延大，且缺少有效控制；網絡的可靠性和安全性非常脆弱；低速的接入手段，缺少無線接入方式。因此采用什么樣的通信技術保證網絡的帶寬是提高遠程教育質量的前提，也是目前遠程教育應用和發展過程中亟待解決的關鍵問題。 加強網絡基礎設施建設是提高網絡虛擬實驗效果的前提，網絡虛擬實驗對網絡帶寬資源要求巨大。 目前普遍使用的網絡帶寬，還很難做到實時性的交互。網絡基礎設施必須具備以下特性：大容量、高帶寬、零時延；高速、靈活的接入；高可靠、絕對安全；無間斷運營。 三、虛擬實驗室的開發步驟 網絡虛擬實驗室可以說是學生利用網絡進行遠程實驗的多媒體教室。我們根據網上實驗教學的特點和人才培養的需要，并且結合自己在開發虛擬實驗過程中所涉及的必要步驟，歸納了基于Internet的虛擬實驗室的設計制作過程。 在開發虛擬實驗室前我們首先要進行需求分析，也就是論證開發的虛擬實驗室的內容、目標有什么現實意義。開發一個虛擬實驗室是需要投入很大的人力和物力，因此我們一定要預期計算它的開發價值。接下來就是確定所要制作的是什么類型的實驗，這樣有助于我們選擇正確的開發工具。對于操作性比較強的實驗，我們追求的只是逼真的交互反映效果，可以通過director或flash加以實現。而對于視覺性比較強的實驗，我們則應運用3dsmax等三維造型制作工具，以獲取逼真的模擬場景。在確定了制作工具之后我們就可以設計虛擬實驗室的結構，經過合理的任務分配，把具體制作落實到制作小組的每位成員。各個部分制作完成后我們再通過整合、完善、測試、評價等幾個步驟完成整個虛擬實驗室的制作。 當然，這僅僅是我們在實踐過程中所總結出的有關虛擬實驗制作的一些體會。對于不同的實際情況我們可以設計不同的制作方案和實驗過程。但總體來說我們都要追求虛擬實驗的真實模擬性、在網絡上運行的流暢、以及完善的交互能力。我們要使虛擬實驗室在實驗教學中起到很好的作用。 四、結束語 虛擬實驗室和虛擬實驗的產生及應用使遠程實驗教學得以真正實現，它徹底解決了以往所有遠程教育模式中理論教學的遠距離性和實驗教學的近距離性的矛盾，從而使整個教育完全遠程化。 目前我國高等教育教學課件的制作量還很少，水平也參差不齊，許多專業的虛擬實驗所用課件，還有大量空白。這些都有待我們充分利用新的教育思想，現代網絡技術和現代媒體技術積極開采新的領地。
