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虛擬實驗室范文1
1 引言
虛擬實驗室是一種借助計算機虛擬技術構建的實驗環境，是獨立于實體實驗室之外的一種科學研究方法。在實際的應用中，學者根據不同的角度和不同的應用范疇給出了不同的定義。
從技術角度上來看，虛擬實驗室是指在計算機系統中采用虛擬現實技術實現的各種虛擬實驗環境，實驗者可以像在真實的實驗環境中一樣完成各種預定的實驗項目。
從功能角度來看，虛擬實驗室是一個創造和引導模擬實驗的交互環境，它由實驗所依賴的模擬程序、實驗單元、工具和參考資料組成。
從教學應用角度來看，虛擬實驗室是教師和相關設計者借助日益發展的計算機技術與傳統的儀器儀表技術結合起來，使得學生可以通過操作計算機來操作自定義的儀器，對被測試量進行采集、分析、判斷、顯示、數據存儲等，充分利用了最新的計算機技術來實現模塊重組配置，異地實時操作，擴展傳統實驗儀器的功能，促進教學平臺的適用性和實驗內容的先進性。
2 虛擬實驗室優勢
2.1 學習不受時空約束
不受時間及空間的限制，可以利用網絡教育提高教學效率。對于實驗任務重、實驗基地有限的中職院校而言，虛擬實驗室有非常大的實用性。學生們無需到真實的實驗室便可以完成專業課程實驗所需要的實驗作業，并能根據教師的布置，從網絡上適時地從事實驗，并從實驗室老師那里得到及時的幫助。
2.2 節省資金，沒有損耗
可以節省大量的實驗設備的投入。目前中職院校普遍存在著實驗室建設經費投入嚴重不足的問題，虛擬實驗室能夠充分發揮現有科學儀器的作用，提高使用效率，尤其是通過互聯網后能實現大型科學儀器的資源共享，避免了大型儀器設備的重復添置、購買和浪費，并且虛擬實驗室不存在設備老化問題。
2.3 開放性，效率高
虛擬實驗具有開放性，因而容易實現網絡及其他部件間的連接和重新組建，且組建系統的效率高。由于虛擬實驗系統的硬件和軟件的標準化、規范化，用戶往往只需經歷一次組建工作。軟件技術是虛擬實驗的關鍵，虛擬儀器由于在組建上具有高效性與靈活性，能夠適應測試功能的多樣化，以及可用表格、圖形快速準確顯示結果，達到一機多用，從而具備了傳統實驗難以比擬的優勢。
3 虛擬實驗室的搭建及教學應用
3.1 虛擬實驗室搭建
是Microsoft XML Webservices平臺，它允許應用程序通過Internet進行通信和共享數據。.NET技術極大地簡化了開發、獲取、網絡化虛擬儀器，同時增強功能和服務互用性、集成性和擴展性。我們可以將LabView開發工具與.NET平臺相集成，將虛擬儀器的開發優勢與.NET平臺的網絡開發優勢相結合，提供更快捷、更靈活、更安全的網絡化虛擬實驗室。搭建虛擬實驗室的關鍵技術有：
⑴數據交換技術。在網絡數據通信中，常使用TCP/IP、UDP等網絡協議。LabView開發系統包含網絡通信方面的工具包或方法。
⑵組件技術。組件技術是將大而復雜的應用軟件分成一系列的可現行實現、易于開發、理解和調整的軟件單元，即組件。虛擬實驗室中常用的組件有COM和DCOM組件、ActiveX組件和.NET組件等。
⑶CGI技術。CGI是各種應用程序、數據庫與WWW接口的方法和標準。利用CGI進行虛擬實驗的設計時，首先通過相應的開發工具開發CGI程序。當客戶端發出請求時，CGI程序在很短的時間間隔內產生并發送虛擬儀器的圖像映射。這些圖像映射中通常包含按鈕和開關等熱點區。當學生在瀏覽器端點擊這些熱點區時CGI程序根據點擊區判斷用戶的輸入，并處理相關命令，然后將結果發回瀏覽器。當用戶請求較多時，服務器就會過載，因此，適合一些簡單、學生交互量少的應用。
⑷Java技術。虛擬實驗室是基于網絡的，而且為不同的客戶端服務，因此，對安全性和平臺通用性要求極高。Java是一種面向對象的多媒體編程語言，具有平臺無關性、可移植性、安全性、多線程和交互式語言等特點。開發網絡虛擬實驗室主要涉及的Java技術包括JavaApplet、AWT和SWING、JSP與Servlet。
構建網絡虛擬實驗室，還需要考慮其它技術，如網站開發技術，需要一個專門的網站對網絡虛擬實驗室進行管理，包括實驗項目管理、虛擬儀器的、維護、升級和培訓等服務。實驗者可以選擇網站中已經設計好的實驗，也可以根據網站中提供的虛擬儀器自行設計實驗。另外，數據庫連接技術、協同實驗技術、網絡安全技術等都是構建時必須考慮的因素。
3.2 教學中的應用
虛擬實驗室在教學中的作用可分為三類：一是為進行真正的實驗（或操作）做準備練習；二是替代傳統的實物實驗室；三是對傳統的實物實驗的結果和現象進行分析。因此，在實驗內容的規劃中，應大力開發實驗、綜合性實驗、應用性實驗和探索性實驗。在教學設計上，突出以學生自主學習為主，重視交互操作的過程，強調情景創設的效果。網上虛擬實驗室的建設，還必須按照實驗教學規律，結合學校當前實際情況，逐步建立起功能完善的網上虛擬實驗室系統。
[參考文獻]
虛擬實驗室范文2
1金屬焊接實驗教學面臨的挑戰
金屬焊接是材料成型及控制工程專業的一門重要的專業基礎課,也是一門實踐性很強的課程.該課程以金屬材料為研究對象,要求學生掌握冶金理論和石油石化生產領域金屬材料的焊接方法、焊接性能以及焊接工藝.按照卓越計劃中工程教育對課程的要求,傳統的課程實驗教學條件將面臨很大的挑戰[2]:(1)由于高校實驗教學設備的數量有限、設備類型單一,無法滿足大量學生同時做實驗的需要;(2)一些大型金屬焊接實驗設備投入和維修成本高;(3)實驗設備更新較慢,在用的實驗設備往往與新技術設備差距較大;(4)部分特殊實驗無法實現,如大型球罐焊接、在役管線焊接修復、事故模擬等.實驗設備條件的不足成為金屬焊接實驗教學發展的一大阻力.
2虛擬實驗室的優勢
1989年,美國弗吉尼亞大學的WilliamWolf教授提出虛擬實驗室概念后[3],引起世界各國實驗教學工作者的重視.我國從2000年開始進行虛擬實驗室的研究及建設.目前,依托卓越計劃,高校積極建設虛擬實驗室[4G5],虛擬實驗與真實實驗相互補充,提高教學效果.虛擬實驗室的優勢主要有以下4方面.(1)投資少.虛擬實驗的教學資源是數字化資源,方便擴充和共享.一方面,它節省了學校采購大型實驗設備和更新實驗設備的資金投入,有效地解決了教學資源短缺、設備陳舊及更新緩慢等問題[6];另一方面,虛擬實驗室可以通過網絡實現資源共享,避免了實驗儀器設備的重復購置.此外,虛擬實驗室也節省了學生進行自主實驗時購買材料的費用.(2)安全性高.當學生進行實際操作實驗時,由于操作不當便可能造成人身傷害和財產的損失;而帶壓管道的在役焊接等一些危險性較大的實驗,學生也無法親自操作.借助虛擬實驗室,不但可以對高危險性的實驗進行仿真,彌補教學條件的不足,同時可以避免真實的高危險實驗中的各種安全問題.(3)實現形象化教學,提高學生實驗興趣.采用虛擬技術構建的虛擬實驗室,運用計算機圖形、聲音和圖像創造逼真的實驗環境,不受時間和空間的限制.以石油石化行業典型的大型壓力容器焊接為例,采用虛擬實驗,不但能以三維圖形圖像和聲音將焊前準備、預熱及焊接過程逼真地的表現出來,使學生有豐富的感性認識,還能通過模擬不同現場條件下的焊接實驗(如球罐環焊縫焊接中的平焊、立焊和仰焊)加深學生對教學內容的理解.(4)激發學生的創新能力.“卓越計劃”的一個典型特點是強化培養學生的工程能力和創新能力.其中創新能力的培養在于激發學生的創新思維,提高學習主動性,讓學生從知識的接受者轉變為知識的探究者[7].虛擬實驗室使實驗教學變得極富創造性,學生作為實驗主體能夠發揮自主創新性.虛擬實驗室的開發和設計,是通過預設的實驗步驟、語音、按鍵等引導學生進行實驗.學生可以靈活選擇實驗方案和實驗系統,根據實驗目的,短時間內更換焊接材料、更改焊接方案、調整焊接工藝參數.虛擬實驗引導學生正確地理解實驗現象、總結分析實驗結果,而不需要消耗太多時間和實驗資源;學生在嘗試和總結中進行探索、發現事物的本質和規律,有利于擴展思維空間,有助于提高實踐創新能力.
3實驗教學虛實結合的應用
3．1虛擬實驗室的局限性
教學實踐證明,虛擬實驗室雖能在很大程度上輔助教學,但不能完全取代真實的實驗室.這是因為:(1)虛擬實驗室的教學模式過于強調學生的自主性,教師的主導作用難以體現,容易偏離教學目標;(2)過多的虛擬實驗將導致學生和教師之間的情感聯系減少,計算機網絡終端成為師生之間面對面交流的障礙,削弱了直接交流的情感教育[8];(3)虛擬實驗室是人為設計的,仿真實驗環節、實驗操作流程、文字說明及語音提示等皆受控于設計人員,導致實際焊接實驗結果的細節化和多樣化被掩蓋,不利于學生發現實驗中的問題和更細致地觀察實驗現象;(4)更重要的是,虛擬實驗允許學生在實驗中的出錯,對于培養學生認真、謹慎、負責的實驗態度是非常不利的.可見,對材料成型及控制工程專業而言,培養學生的動手能力離不開實際操作的訓練,創新思想更需要實踐的驗證[9G10],“虛實結合”的教學模式能夠做到優勢互補.
3．2虛實結合的金屬焊接實驗教學
按照卓越計劃對“卓越”的要求,金屬焊接課程應以培養學生的能力為出發點.我校自主研發的金屬焊接課程虛擬實驗室系統,包含一個虛擬展廳和弧焊電源、焊接設備、焊接工藝和焊接檢驗等4個實驗室[11G12].在金屬焊接實驗教學的實施過程中,采用虛實結合的教學模式.以金屬焊接中“插銷焊接實驗”為例,通過“虛擬實驗—實際實驗操作—強化虛擬實驗”的過程,循序漸進地培養學生的實踐技能和創新能力.(1)實驗準備.實驗前先進行知識準備,通過虛擬實驗室系統預習實驗過程,了解實驗目的.(2)虛擬實驗.學生在網絡終端進入虛擬實驗室,根據文字及語音提示逐步完成實驗,虛擬實驗室系統可以對虛擬實驗的操作錯誤給予提示和幫助.學生在完成插銷的焊接以及加載荷的實驗過程中,可進行多次操作練習.實驗結束后,學生可以在線提交實驗報告,實驗教師根據學生的實驗結果給予指導,為實際操作做好準備.(3)實際操作實驗.學生在虛擬實驗的基礎上進行實物實驗操作,減少了實驗過程中時間和材料的浪費.通過直觀的觀察,學生能夠更加深刻地理解插銷焊接實驗過程及評價氫致延遲裂紋敏感性的意義.(4)強化虛擬實驗.通過實際實驗操作,學生能夠進一步完善焊接方案及焊接工藝,再依靠虛擬實驗系統進行實驗討論、創新及改進.尤其是參加大學生創新實驗項目的學生,通過“虛實結合”的實驗模式能夠舉一反三,對金屬焊接課程的理解也再次提升.
4結束語
虛擬實驗室范文3
論文摘 要：隨著時代的進步和信息化時代的到來，我國的網絡虛擬技術得到了跨越式的發展。傳統的教學實驗室已不能滿足當代教育發展的需要，被虛擬實驗室所替代已逐步成為發展潮流。本文通過對電工電子虛擬實驗室的概述和思考，分析電工電子虛擬實驗室的重要功能，旨在與同行交流，以適應新時代下的教學實驗需求。
我國中職學校在電工電子教學過程中，不僅應注重中職學生基本知識、基本技能和基本方法的培訓，也注重中職學生自主實驗的要求。這就要求必須配備相應的實驗室，因為它是用于培養中職學生的創新能力和發展復合型人才的基本教學和科研場所。而傳統的電工電子實驗的投資相對較大、硬件設施依賴性強、運行與維護成本過高且效率不高，又由于受到實驗課數、實驗室的開放和環境等因素的影響，導致我國中職學校的電工電子教學效果不理想。因此，加強對電工電子虛擬實驗室的功能探究，對虛擬實驗室建設的認識具有十分重要的意義。
一、概述
隨著計算機網絡的普及與虛擬現實技術的不斷完善，我國中職學校在虛擬實驗室的建設方面得到了一定的普及。虛擬實驗室的本質意義就是泛指計算機系統中，集虛擬現實、數據庫、虛擬儀器、計算機網絡與計算機實時監控等技術為一體的虛擬實驗環境，用戶通過一些渠道把控制信號和參數指令發送至仿真對象或物理設備，然后把實驗結果通過文檔、圖片、視頻和動畫等形式發給用戶，滿足用戶通過遠程服務進行實驗。虛擬實驗室是集Internet網絡技術、儀器控制技術和通信技術于一體的虛擬實驗教學系統，用戶只需擁有一臺電腦，通過因特網就能訪問這一虛擬實驗教學系統，在Web頁面上挑選有關實驗實現遠程操縱實驗所需的儀器設備，并進行實驗操作，另外用戶還可以直接從網上獲取實驗數據，動態監控實驗結果。目前很多中職學校的虛擬實驗室的構造都是客戶端在web的基礎之上，運行在瀏覽器之中，由Web服務器自動下載用戶系統所需的客戶端程序；隨后客戶端程序與現實意義的服務器端的應用程序建立一個即時通信平臺并進行實驗。這個虛擬實驗教學系統是由實驗設備、客戶端和服務器端組合而成。
二、關于電工電子虛擬實驗室的思考
隨著教學體制的改革，實踐環節成為中職學生深刻理解理論知識的一個重要環節，實驗成為教學環節中不可缺少的重要組成部分。許多中職學校的實驗室存在教學設備陳舊、教育資金不足，難以滿足日益增長中職學生的需求和跟上技術日新月異發展的步伐。并且有些實驗危險性大，在實驗室難以開展，使中職學生難以親眼觀察實驗現象及結果。隨著計算機的性價比和易用性的提高，使得虛擬實驗室在教學、科普教育和技術研究領域應用將越來越廣泛。在虛擬實驗室中，實驗者有逼真的感覺，他似乎是在真正的現實實驗室里近距離進行現場操作。多媒體計算機技術與儀器技術的結合構成了虛擬實驗室實現的基礎，中職學生可以在計算機屏幕上通過場景式圖形界面擁有自己的實驗室。虛擬儀器技術與認知模擬方法的結合也賦予虛擬實驗室智能化特征，通過網絡中職學生可以身臨其境地觀察實驗現象，并可以觀察各實驗儀器的詳盡情況，不受時間和空間的限制。
近年來，隨著電工電子虛擬實驗室的不斷發展。虛擬實驗室表現在人們可以自主地、靈活地模擬操作各種實驗儀器，完成各種分析測試任務，評價實驗者的操作水平與實際能力。但是現在很多中職學校的電工電子虛擬實驗室的實現和播放課件方式相似，中職學生只能通過虛擬實驗室進行簡單的瀏覽及實驗結果曲線的動畫顯示。中職學生沒有身臨其境的感覺，沒有真正動手通過實驗儀器的操作而顯示實驗結果，而只是簡單對實驗數據的輸入產生實驗結果。
三、電工電子虛擬實驗室的重要功能
我國中職學校的傳統電工電子實驗室一般有電工電子技術實驗室、電路實驗室和高頻電路實驗室等實驗室。它們的主要功能是用于開設基礎訓練課目，培養中職學生了解和使用常用實驗儀器設備的使用方法和技術，使中職學生具備最基本的實驗能力，加以鞏固理論課中的所學的電路工作原理，進一步證明理論的準確性。中職學校可以利用多媒體軟件、電路仿真軟件和虛擬儀器軟件組建電工電子虛擬實驗室，不僅可以解除實驗教學的空間限制，還能使實驗教學的實際內容和形式變得豐富多彩，從而提高實驗教學的效果、培養中職學生的學習興趣，使他們學會利用計算機網絡技術進行自主學習，通過不斷實踐和學習，逐步擺脫傳統實驗室帶來的時間、地點、設備和內容等方面的束縛。所以，中職學校應注意電工電子虛擬實驗室在基礎性實驗、綜合型設計實驗和演示型實驗教學中的重要作用。
（一）基礎性實驗
基礎性實驗的重要意義就在于能夠培養中職學生了解和使用常規的儀器設備，并對理論課中的所學的電路工作原理進一步驗證和鞏固。借助電工電子虛擬實驗室，中職學生通過一臺計算機就可以熟悉常用儀器設備的性能及使用注意事項，分析電路的性質，從而提高中職學生的自學能力，減輕教師的教學負擔，考驗中職學生獨立思考能力、分析問題能力和解決問題的能力。
（二）綜合型設計實驗
借助電工電子虛擬實驗室進行課程設計。例如，在設計電路時，可以讓中職學生先檢驗自己設計的電路能否符合仿真檢驗電路的性能要求，只有符合仿真檢驗電路的性能要求，才能輸到protel進行電路板繪制工作，完成電路板制作、焊接與測試。從而大大節省設計時間、節約設計成本。
（三）演示性實驗
對于一些開設成本高、儀器設備復雜的教學實驗只能進行演示性實驗。比如調頻、調幅收發機的實驗就十分復雜，不僅有高頻電路，也有低頻電路；不僅有時域分析，也有頻域分析，在傳統的實驗室內是難以完成綜合性強的實驗。因此，只有借助于電工電子虛擬實驗室進行實驗演示，才能使中職學生掌握綜合性復雜實驗，逐步意識到虛擬實驗室的重要作用。
總之，在中職學校的教學實踐工作中，所構建的電工電子虛擬實驗室應具備為實驗教學提供重要的技術支持和服務，從而推動實驗教改，替代傳統的教學實驗儀器設備，降低辦學成本，助推學校健康和諧的飛速發展。
參考文獻
[1]陳燁，袁小平.電工類專業中職學生創新能力培養的研究與實踐[J].電氣電子教學學報，2010，(S2) .
虛擬實驗室范文4
關鍵詞：遠程訪問；虛擬實驗室；Cisco IOU；文件操作
中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）03-0487-04
1 概述
隨著網絡技術的進步，網絡已經滲透到人類社會的各個領域。網絡技術人才的需求量也隨之大幅增長。一名合格的網絡工程師不但要有堅實的理論基礎，還要有豐富的實踐經驗。因此，高校網絡教學中應提供相應的實驗環境和較多的實踐時間，以便讓學生能夠通過實驗掌握所學知識。由于網絡設備價格昂貴，所以高校普遍存在網絡實驗設備不能滿足需求的問題[1]。如何解決網絡實驗環境問題已經成為近年來的研究熱點。
參考文獻[2-3]提出使用Dynamips搭建虛擬實驗平臺，優點是可以加載思科設備的IOS鏡像，實驗環境接近真實設備；參考文獻[4-6]提出用NetSim組建虛擬網絡實驗室，NetSim不但支持CSICO的認證考試，同時還支持自定義網絡實驗。參考文獻[7-9]提出用Packet Tracer搭建網絡工程虛擬實驗環境，Packet Tracer是思科公司開發的免費實驗平臺，方便易學。雖然上述方案都有效緩解了網絡實驗設備不足的問題，但都存在資源消耗大，不支持在線實驗的問題。針對以上方案存在的不足，結合當前實驗教學的需求，提出了構建遠程虛擬網絡實驗室的方案，并詳細闡述了實現該方案的關鍵技術。通過此實驗平臺學生可以隨時隨地完成各種類型的實驗，包括基礎實驗和綜合實驗。教師可以靈活設計和管理教學中的實驗，可以通過系統評分有效掌控學生的實驗能力，最大限度地提高實驗效果。
2 實驗室的總體設計
2.1 功能模塊設計
為了最大限度地滿足學生實驗的需求，不限制實驗的時間和空間，系統采用B/S架構進行設計。與現有虛擬網絡實驗室架構相比，其優點是客戶端無需安裝任何軟件，就可以通過IE瀏覽器遠程訪問實驗室。系統的總體模塊設計如圖1所示。
2.2 實驗流程設計
實驗室的用戶有教師和學生兩種角色。為了安全，系統為他們分配不同的操作權限。教師可以對現有實驗進行瀏覽、修改、刪除和分發等管理，也可以添加新實驗。學生利用此平臺可以完成老師安排的必做實驗，也可以完成自行設計的實驗。只有教師添加了某個實驗所需的文件，并將該實驗進行了分發，學生才可以查看和練習此實驗。教師分發實驗和學生進行實驗的流程如圖2所示。
3 關鍵技術
3.1 實驗模擬技術
整個實驗平臺的核心是運行于服務器上的網絡設備模擬軟件。目前，常用的設備模擬器有Dynamips、Bonson Netsim、GNS3、Packet Tracer、工大瑞普等。這些軟件的主要缺點是不支持遠程實驗或占用系統資源嚴重，因此不適合作為服務器端的實驗模擬器。Cisco IOU是市面上最新出現的一款思科模擬器，和其它模擬器相比，它有三個重要特點：一是用它跑多臺虛擬路由器對CPU資源的占用率依然較低；二是支持用自定義的端口號進行遠程連接；三是它是基于Unix平臺的模擬軟件，適合作為虛擬實驗室的服務器端軟件。因此，虛擬網絡實驗室系統選用它作為整個系統的核心模擬器。
3.2 網絡安全技術
對于網絡數據傳輸來說，其安全性是至關重要的。系統從防范非法用戶侵入和避免合法用戶誤操作兩個方面進行安全設計。防范非法用戶侵入主要采用Session技術、MD5（Message-Digest Algorithm 5，信息摘要算法5）加密技術和防止SQL注入技術來實現。避免合法用戶誤操作主要通過權限限制和異常處理技術來實現。
3.3 文件上傳技術
文件的上傳與下載是系統的主要功能之一，常用的文件上傳技術可分為無組件上傳和用組件上傳[10]。無組件上傳的優點是程序員可以根據實際需求靈活設計上傳方案，但缺點是程序員需要編寫大量的代碼。應用組件上傳，實現起來比較簡單而且功能較為強大，有效提高了程序開發的效率。常用的上傳組件有jspSmartUpload和commons-fileupload，后者的實現方法如圖3所示。
3.4 實驗分發技術
教師通過實驗分發功能將實驗文件發送到學生文件夾中，之后學生才能進行該實驗。實驗管理功能如圖4所示。分發功能所用到的技術有文件夾的批量生產技術和文件的復制技術。系統首先根據學生信息表中的學號為每個學生產生相應的實驗文件夾，然后把實驗文件拷貝到每個學生的文件夾中。
（1）文件夾批量生產技術
遍歷學生信息表，根據每個學生的學號為其產生相應的文件夾，具體方法如下。
（2）文件復制技術
每個實驗都有若干個必須的文件，教師在添加實驗后，文件被保存在服務器的實驗文件夾中。教師在執行分發功能后，實驗文件被復制到每個學生的文件夾中，具體實現方法如圖4所示[11]。
3.5 遠程訪問技術
Telnet協議是TCP/IP協議族中的一員，是Internet遠程登陸服務的標準協議和主要方式。它為用戶提供了在本地計算機上完成遠程主機工作的能力。在終端使用者的電腦上使用telnet程序，用它連接到服務器。學生進入某個實驗時，系統會根據設備數量為其批量生成對應的超鏈接。不同于一般的超鏈接，本處采用基于Telnet協議的超鏈接來登錄每個設備。實現代碼如下：
4 結論
首次提出基于Cisco IOU搭建遠程虛擬網絡實驗室，無論是實驗模擬平臺還是系統功能架構都較現有方案更加優越。此實驗平臺的實現可以較好解決學校實驗設備不足和學生實驗時間少的問題，能夠在一定程度上提高學生的動手能力和實驗教學的效果。不足之處在于系統還不支持在線設計拓撲，教師需要離線設計拓撲，然后上傳至服務器。下一步的工作是研究如何實現在線設計拓撲圖，使得學生不但可以完成教師預先安排的實驗，也可自主設計新實驗，從而使得系統功能更加完善，操作更加人性化。
參考文獻：
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1虛擬實驗室概述
虛擬實驗室是虛擬現實技術在教學上的一項全新應用。虛擬現實技術是運用計算機對現實世界進行全面仿真的技術，它能夠創建與現實社會類似的環境，能夠解決學習媒體的情景化及自然交互性的要求。利用虛擬現實技術開發建設的虛擬實驗室允許人們訪問和使用自己沒有的設備資源，使處于不同地理位置的學習者可以同時對—個實驗項目進行實驗工作。
2遠程開放教育虛擬實驗室建設的必要性
遠程開放教育的實踐性教學是指學習者在遠程開放學習過程中，按照教學計劃的要求，確定學習目標，在教師的組織和指導下，完成的練習、實驗、實習等一系列學習實踐活動。其環節主要包括：課程的實踐性教學環節，如課程作業、實驗、實習(設計)等；集中實踐性教學環節，如社會調查、各類實習(見習)以及畢業沒計(論文)等。
實踐性教學在遠程開放教育中占據著特殊重要的位置，然而在具體的遠程教學過程中，實踐性教學活動卻是—個難點，有許多因素制約著實踐性教學活動的開展。例如，實驗的近距離和集中性要求與遠程教學的遠距離和分散性教學模式的矛盾，現在使用的在線教學平臺不能提供全面具體的實驗環境，在職學生不能很好的參加學校組織的相對集中的實驗教學等等。因此，怎樣解決這些問題、克服這些矛盾，以更好的推進實踐性教學活動的開展，自然就成為遠程開放教育工作者面臨的—個重要課蹶。
利用虛擬現實技術設計開發的虛擬實驗室在遠程開放教育的實踐性教學活動中可以解決以下幾方面的問題。
2.1學生可以不受空間和時間的限制來做課程實驗。
2.2虛擬實驗室可以避免真實實驗或操作所帶來的各種危險。
2.3虛擬實驗室可以節約教學成本，充分利用教學資源。
3遠程開放教育虛擬實驗室建設的可行性
3．1技術條件成熟，建設成本不高。在目前的技術條件下，遠程開放教育虛擬實驗室的系統多使用BSDA(BrowsenServeffDatabase&Applica—tion)，即客戶端有艮務器數據庫應用程序結構，這種系統組成的虛擬實驗室—般稱為網絡虛擬實驗室。網絡虛擬實驗室由客戶端、網頁服務器端、應用服務器端以及實驗儀器設備四部分組成。網頁服務器主要作用是提供web接人服務、用戶認證管理、開放式交互實驗環境以及動態網頁的生成；應用服務器主要作用是控制和管理實驗儀器、采集和處理實驗數據；數據庫的主要作用則是配合用戶帳戶的管理、動態網頁的生成以及實驗數據的存儲和管理。這樣的網絡虛擬實驗室的配套技術已經非常成熟，而且對系統的硬件要求不高，系統組成簡單，建設成本低。
3.2使用簡便，對學習者的計算機操作水平要求不高。網絡虛擬實驗室能夠向使用者提供—個在線參與、交互性的實驗環境。利用3D技術和VR技術可實現虛擬現實對于沉浸性、交互性的要求。在實驗內容上，考慮到設計成本與具體實驗內容的選取，最終設計為簡易型的虛擬現實技術，不需要特殊的頭盔、數據手套等傳感設備，用戶只需用鼠標操作，操作簡便。實驗室實驗的過程清晰明了，實驗結束后獲得相應的數據，能夠進行分析和比皎并填寫實驗報告，完全滿足不同層次學習者的實驗要求。
3.3實驗內容完備，對學習者的實驗環節進行有效管理。網絡虛擬包括了實驗預習、實驗要求、實驗步驟、實驗內容、實驗幫助、實驗測試等教學部分，按照模塊化設計的原則，網絡虛擬實驗室系統分為注冊與登錄漠塊、用戶管理模塊、成績管理模塊、測試模塊、公共信息模塊和進入實驗子模塊等，功能劃分清晰，但又互相聯系影響，保證學習者正確使用虛擬實驗室，完成課程實驗。
4遠程開放教育虛擬實驗室建設的一般方法
遠程開放教育虛擬實驗室是以網絡為載體的虛擬實驗室，網絡技術已相當成熟，所以遠程開放教育虛擬實驗室建設實際上就是虛擬實驗室的建設。虛擬實驗建設的關鍵是采用計算機仿真技術來構建實驗模型，設計出用于實驗的虛擬儀器設備、實驗流程、實驗元器件或構件庫、實驗效果仿真等。
41選擇合適的仿真開發工具。從對虛擬實驗的要求看，仿真工具必須具有與多媒體相結合的功能，也就是做實驗的人員，做實驗時是在多媒體下進行實驗操作，然后將操作所產生的信息輸給后臺的仿真系統進行實時仿真，然后再實時地將仿真的結果回放到前臺的多媒體，通過多媒體的形式輸出。目前的仿真軟f牛彳艮多，有EASY-T、VT-INK3．3、SPW、cadance、Mentor、Matrix、Matlab、prote199、labview、labwindows／CVI、OpenGL、MuhiGen等，建立虛擬實驗時，應根據具體需隸選用合適的仿真開發工具。比如，開發電子電路技術類虛擬實驗，可選用prote199、lab—view、labwindows／CVI等仿真軟件；開發自動控制原理類虛擬實驗，可選用Maflab等仿真軟件；開發電子系統和控制系統類虛擬實驗，可選用cadanee、Mentor、Matrix等仿真軟件開發含虛擬視境類虛擬實驗，可選用OpenGL、MultiGen等仿真建模軟件?？偲蛟谶x用仿真軟件時要把握好仿真軟件對虛擬實驗開發的針對性和適應性。
虛擬實驗室范文6
【關鍵詞】無機化學；仿真虛擬實驗室；實驗儀器
一、構建仿真虛擬實驗室構建的優勢
（1）仿真虛擬實驗室的構建能夠有效彌補遠程教學條件的不足。在遠程教學過程中往往會受到諸多因素的限制，例如實驗設備落后、教學經費匱乏、試驗場地狹小等。這些因素都在一定程度上導致了相關科研設備難以為繼，為了有效解決上述問題，使科研人員在足不出戶的前提下，進行試驗，從實驗中獲得真實感受，能夠將課堂上所學的知識應用到具體實踐當中去。從而進一步豐富學生的感性認識，引導學生深入的了解相關知識內容。
（2）仿真虛擬實驗室的建立能夠極大的降低真實實驗或操作給使用者帶來的風險。在仿真虛擬實驗室建立以前，人們通常采用電視錄像的形式來替代那些對操作者健康有危害的實驗，在這種教學模式下，學生是很難從學習過程中獲得感性認識，更難以切實地的將課堂上所學的知識應用到具體的實踐中。而仿真虛擬實驗室的建立則能夠極大的避免出現此類事件的發生。在仿真虛擬實驗室進行實驗的過程中，操作者可以放心的去做各種實驗，不用再擔心由于實驗給自己帶來危害。以我們大家都知道的元素性質實驗為例，在進行該類實驗的過程中，操作者經常會收到諸如燃燒、爆炸、有毒物質排放等因素的影響，給操作者帶來身體的損害，而仿真虛擬實驗室的建立則有效地解決了上述問題。
（3）仿真虛擬實驗室的建立有效打破空間、時間對實驗的限制。不論是宇宙天體還是原子、粒子亦或是其他什么物品，我們都可以將其帶入到虛擬實驗室進行實驗，例如學生在進行“離子交換法制備純水”這個實驗室的過程中，我們可以用仿真虛擬實驗室來對實驗的全過程進行有效地監督，了解相關因素對離子交換效果的影響，這種傳統的電視錄像所難以實現的，這種仿真虛擬實驗室能夠進一步提高高校教學效果，打破傳統實驗對時間和空間的限制，不論什么時間也不論什么地點，我們都可以在仿真虛擬實驗室中進行實驗，極大的提高了實驗效率。
（4）仿真虛擬實驗室的建立有利于實現化學實驗教學的一體化。網上虛擬實驗室的建立一方面能夠幫助學生在安全的環境下，進行“實驗”，另一方面還能夠為學生之間的交流和發展提供一個平臺。學生可以在仿真虛擬實驗室中進行預習，教師可以利用網絡進行答疑，不僅如此，教師對于學生不理解的實驗問題還可以進行網絡演示，也就是說，實驗教學的全過程我們都可以通過仿真虛擬實驗室來完成。
（5）仿真虛擬實驗室的建立遠程實驗的開放性和共享性使資源的可重復利用率。網上仿真虛擬實驗室的建立一方面能夠減少實驗室的建設時間，另一方面也還可以將擴大仿真虛擬實驗室的覆蓋范圍，從而提高資源的可重復利用率。將實驗室的作用充分的發揮出來。
二、仿真虛擬實驗室建立的技術路線
所謂的仿真虛擬實驗室其實就是指以計算機為基礎的虛擬原型系統，它既是一種全新的科學研究，又是一種工程設計方法，仿真虛擬實驗室是除理論實驗與實物實驗之外的一種全新的實驗手段。對于實驗操作者來說，仿真虛擬實驗室的構建可以說為其提供了一個以實驗為基礎的實驗教學、技術交流、共同研究和協同工作的平臺。從通常意義上來講，虛擬實驗的建立與真實實驗而存在的，但是不得不說，這兩者之間還是存在很多的區別，仿真虛擬實驗室是創建一個可視化的三維環境，其中每一個實驗室對象我們都可以通過每個可視化的三維物體來代表。實驗操作者可以通過鼠標的點擊或者是拖曳操作就可以進行虛擬的實驗。學生在進入大學之后，就開始進行無機化學實驗，這是高校大學生受到的系統實驗方法和實驗技能培養的起點，更是以后繼續其他相關課程的基礎?？梢哉f，無機化學實驗教學質量對高校大學生的后續學習具有直接影響。
三、無機化學虛擬實驗室系統的實現技術
我們可以采用多種方法構建以網絡為基礎的虛擬實驗室，但是，條條大路通羅馬，不論什么樣的構建方法，我們最終的目標就是為了構建仿真虛擬實驗室，提高實驗效率，提高實驗安全性。
（一）VRML技術
VRML就是指虛擬現實建模語言，它是一種對三維造型與交互環境進行簡單描述的文本語言，該種建模語言是以Internet為基礎所建立的3D多媒體和共享虛擬世界的一個開放標準。VRML具有無可比擬的優勢，例如易用性、完善的外部接口等等，但是值得注意的是，VRML技術必須借助其他語言才能夠實現網絡功能，換句話說，其不具備必要的網絡功能，不僅如此，開發VRML技術所需要的相關技術比較零碎，通常情況下，技術人員難以熟練的掌握。
（二）ActiveX技術
ActiveX與具體的編程語言沒有必要的關系，它是指用一組使用COM軟件部件在網絡環境中所提出的技術集。ActiveX的應用范圍非常廣泛，可以被廣泛應用于WEB服務器以及客戶端的各個方面。通過構建ActiveX控件，該技術能夠實現應用，然而作為OLE控制的最新版本，Ac－tiveX控制能夠在所有COM規范的容器中進行應用，不同的軟件開發商可以同時間在網絡上進行操作，在構建無機化學仿真實驗的過程中，我們可以將該技術應用到其中，從而實現數字化簽名，通過鑲嵌在網頁中運行。該技術在首次運行的時候，應當在相關位置進行注冊，這樣才能夠更好的為使用者提供方便。
（三）QuickTimeVR技術
美國蘋果公司研制開發了QuickTimeVR技術，它是一種跨平臺的多媒體套件,不論什么形式的影片或是圖片，亦或是流媒體等多種形式的文件都可以通過該技術進行虛擬實境技術。它是以圖像的三維建模與動態顯示技術為基礎的一種技術,即使我們比給他配備昂貴的硬件設備，我們也能夠通過該技術獲得一定程度上的VR體驗。但是值得注意的是我們在利用QuickTimeVR來實現虛擬實驗室,首先要將相應的圖片轉換文本形式，通常轉換為1mov格式的文件,這樣，客戶通過瀏覽器才能夠獲得良好的觀看效果，不僅如此，該技術還有一個缺點，就是文件的網絡傳遞速度相對較慢。
（四）Java技術
Java語言是一種程序設計語言。Java語言與其他語言相比，具有無不可比擬的優勢，例如簡單、平臺無關性、安全性等等，不僅如此，由于其能夠編制嵌入HTML文件中，所以得到了廣泛的應用。與此同時，Java技術還吸取了Smalltalk和C++語言的優點，并在此基礎上增加了其他方面的特性，例如支持并發程序設計、網絡通信和多媒體數據控制等。但是該技術也存在一定的缺點，例如難以同不同的瀏覽器進行兼容。
四、結語
無機化學仿真虛擬實驗室的構建有利于進一步降低實驗室的建設時間，有利于避免出現危險實驗給實驗操作者帶來健康損傷，有利于打破傳統實驗模式對時間和空間的限制，因此，我們必須對其予以高度的重視。創新教學理念，改變教學方法，不斷提高無機化學實驗水平，為社會輸送大量的專業人才。
參考文獻
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