浅谈计算机网络虚拟实验系统的现状及发展趋势

摘要：计算机技术、网络技术和仿真技术的发展为网络虚拟实验系统的构建提供了可能。介绍了网络虚拟实验系统的国内外研究现状，分析了当前研究的不足，提出了网络虚拟实验系统发展趋势。

关键词：网络虚拟实验；现状；不足；发展

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2011) 23-0000-01

Computer Network Virtual Experiment System Status and Development

Wu Jian

(Jiangxi Industrial Vocational Technical College,Nanchang 330039,China)

Abstract:Computer technology,network technology and simulation technology to build virtual experimental system provides the possibility.Describes the virtual experiment system research situation,the lack of analysis of the current study proposed the development trend of virtual experimental system.

Keywords:Virtual experiments;Status;Shortage;Development

一、网络虚拟实验系统的研究现状

（一）国外研究现状。目前，网络虚拟实验系统在发达国家已十分普及，下面列举几个有代表性的成果：（1）2004年美国巴尔的摩的约翰霍普金斯大学教育资源中心发起的基于Java技术的虚拟物理实验室项目。学生通过调节实验参数来观察各种实验现象和实验结果，该实验室的实验程序基于Java Applet技术实现实验界面与仿真算法，将其嵌入到网页中，客户端只需一个集成Java虚拟机的浏览器即可运行仿真。（2）新加坡国立大学在远程控制实验方面取得很大的成果。其电子工程系开发的用于工程教育的虚拟实验室，目前已经包含了2D和3D示波镜实验、带耦合的水槽设备控制实验等六个实验。使用者通过网络操作真实的实验设备，可以应用多种控制方法来完成实验。这类实验具有视频与音频反馈，通过视频会话系统，使用者可以一边调整实验界面的实验参数，一边观看远程设备运行后的实验结果。由于是远程控制真实实验仪器，所以一次只能允许一个使用者操作实验，但可以允许多个其他使用者耳闻目睹远程实验的运行过程。这种远程控制实验不但有效地利用了有限地实验室资源，而且实验效果良好，是目前网络虚拟实验室研究和开发的一个重要方向。

（二）国内研究现状。我国的网络虚拟实验系统的研究起步较晚，但是发展速度较快。根据目前从网上可查到的信息和各院校开放的对外服务看，国内部分大学已陆续建立了网络虚拟实验系统。华中科技大学《液压与气压传动》远程教育小组开发了液压回路性能和液压元件装拆虚拟实验。液压元件装拆实验基于三维环境运行，能使学生在虚拟现实环境中，仔细观摩各零件的结构特征，明确各零件的相互装配关系并可以亲自动手进行元件的装配和拆卸。液压回路性能测试实验运用JAVA技术进行开发，学生可以在实验界面输入不同的实验参数，点击实验控制按钮，观察回路表示的对应的变化和实验结果曲线图。

二、目前研究的不足

（一）关注程度不够。网络虚拟实验系统以其强大的教育优势成为国内外研究的热点，但是国内在这方面的研究与国外相比还比较落后，尤其是在教育技术领域未给予一定的关注。我们从中国期刊网用虚拟实验作为主题进行搜索，在《电化教育研究》上找到4篇文章，《中国远程教育》18篇，《中国电化教育》7篇。

（二）系统构建方式单一。目前国内网络虚拟实验系统构建技术方面研究文献的内容主要集中在Java、VRML、Flash、LabVIEW等技术在虚拟实验系统构建中的应用，或者此技术在某个实验环节中的应用，或者侧重于网络虚拟实验系统的教学支持系统的设计开发，对多种技术混合开发、各技术之间的交互设计、网络虚拟实验系统的体系结构的研究不多。

（三）系统应用研究不多。目前网络虚拟实验系统的研究内容主要集中在理论探讨、系统的设计与开发、虚拟实验网络教学平台的开发，对网络虚拟实验系统应用于教学的模式与效果分析、网络虚拟实验系统开发评价等方面的研究不多，尤其是关于学生对网络虚拟实验系统学习体验的调查和从学生视角对使用网络虚拟实验系统进行网上实验学习进行评价的研究很少。

三、网络虚拟实验系统发展趋势

（一）基于3D的纯软件方式开发的网络虚拟实验系统将成为主流。从国内外已有的网络虚拟实验系统的现状和应用来看，纯软件方式开发的网络虚拟实验系统是实际物理设备及实验过程的软件仿真，其具有构建费用低、使用方便等特点，在教学和科研中有广泛的应用。基于3D的网络虚拟实验系统能够解决学习媒体的情景化及自然交互性的要求，丰富了媒体表现形式，其以现实感强等优势成为国内外研究的热点，在教育领域内有着极其巨大的应用前景。

（二）实现技术上必将形成多种技术相融合，优势互补的局面。网络虚拟实验系统的构建上应该研究如何用技术实现教育的功能，使网络虚拟实验系统达到与真实实验相近和等同的效果。在设计与开发方面，体现在如何对实验元件、实验环境和实验现象进行模拟，如何处理好虚拟环境与用户之间的交互，如何实现多用户的并发协同操作等方面。使用某个单一技术构建网络虚拟实验系统，在某些方面有优势，在另一方面必然存在不足。因此，一个优秀的网络虚拟实验系统不可能只通过单一的技术来实现。将多个技术相融合开发，优势互补，对构建一个好的网络虚拟实验系统显得十分重要。

（三）增加协作性。科学实验常常是一种协作性的活动，与同伴合作是实验过程中一个至关重要的环节，因此，多用户协同虚拟实验将成为网络虚拟实验发展的一个重要方向。

四、结束语

本文就当前国内外网络虚拟实验系统的现状，分析了当前研究的不足，进而预测出下一步网络虚拟实验系统的发展趋势。我相信，随着计算机技术、网络技术、多媒体技术、人工智能技术、神经网络以及教育学、心理学等多学科综合发展，以及网络带宽的提高，网络虚拟实验系统的建设将取得更大的进展，远程教学将有更加美好的明天。

参考文献：

[1]郝宁,余雪丽.分布式虚拟实验系统实现技术的研究[J].太原理工大学学报,2003

[2]董亚波,吴迪,朱淼良.基于对象Petri网的远程虚拟实验过程模型[J].电路与系统学报,2003,8

[3]谭守标,霍剑青,王晓蒲.虚拟实验软件的建模方法与实现技术[J].小型微型计算机系统,2003,12

[作者简介]吴坚（1967-），男，江西南昌人，江西工业职业技术学院助理实验师，研究方向：软件工程。