基于Web的虚拟实验室的研究和应用

摘 要: 远程教育是现代教育理念中举足轻重的一部分,而实践操作环节则是制约远程教育模式更加完善的关键因素。本文首先对远程教育中基于Web的虚拟实验室的应用可行性进行了分析,然后对虚拟实验室进行了简介,描述了基于Web的虚拟实验室的体系结构和特点,并对虚拟实验室的技术实现进行了阐述,最后对虚拟实验室在远程教育的应用功能进行了分析。

关键词: 远程教育 虚拟实验室 Web

1.引言

随着计算机技术,网络技术和多媒体技术的飞速发展,远程教育已经成为一种新的教育模式。我国高职教育以培养应用型、技能型人才为理念,以培养学生的技术应用能力为目标,实验教学在教学计划中占有较大比重;而实验的内容要求越来越高,实验器材、设备的相对落后影响了实验教学的发展和学生实践能力的培养。随着虚拟实验技术的成熟,人们开始认识到虚拟实验在教育领域的应用价值。因此,基于Web的虚拟实验室成为日前值得深度探讨的课题之一。

2.基于Web的虚拟实验室

基于Web的虚拟实验室是指在网络环境下虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统,包括相应实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象,以及实验信息资源等。网络虚拟实验室可以是某一现实实验室的真实实现即远程控制实验,也可以是虚拟构想成的实验室即仿真实验。

网络虚拟实验室具有以下特点。

(1)仿真性。在虚拟现实技术支持下,虚拟实验室内的虚拟仪器与实际仪器功能相同,操作方法也一样,实验者在虚拟实验室里做实验,与在现实实验室里同样方便。这是因为虚拟实验室无论对于现实的环境或是对于想象的环境,都是虚拟的但又是逼真的。

(2)资源共享性。基于网络的虚拟实验室既可供本地学员使用,又可供异地学员使用,用户可以共享数据、软件、硬件等相关资源。这个特性能够减少重复投资,大大节约投资成本。

(3)互动性。基于网络,各地学员之间可以互相交流,教师可以实时进行实验辅导、实验报告批改等工作,便于学员解决问题和教师了解学员的实验效果和实验成绩的评估。

(4)用户自主性。学员可以自主地选择实验时间,任何时间、任何地点都可以做实验。学员可以制定自己使用虚拟仪器的方式,允许采取必要的措施保护自己的数据、资料。

3.基于Web的虚拟实验室构建

(1)构建虚拟仪器实验室的整体方案

实现模式基于Web的虚拟实验室基本结构如图1所示。系统允许几个用户同时进行远方实验。他们能够使用Web客户端通过网络服务器访问虚拟实验室。

客户端就是网络浏览器,不需要任何软件的安装和维护工作,可直接通过IP地址访问虚拟实验室网站,它既是信息交换的平台,又是Java Applet运行时的环境。服务器端由网络服务器、数据库服务器及中间件组成。这种体系结构利用超文本传输协议HTTP的消息传递机制,客户端通过浏览器访问服务器发出服务请求,服务器进行相应的处理后将响应结果返回给客户端。

(2)虚拟仪器实验室的实现方案

对于虚拟实验室系统所要实现的目标来说,浏览器/服务器模式比客户机/服务器模式更适合、更易于实现。所以,我们采用浏览器/服务器(B/S)模式作为网络虚拟实验室的基本体系结构。采用这种三层的B/S模式能使系统具有良好的适应性及扩展性。在本地端的实验操作中,学生在应用程序服务器端可以直接调用实验模块进行实验;远程用户只需通过浏览器就可通过Internet登陆虚拟实验室网站,向Web服务器提出实验请求,并进行相关实验操作。登陆网站以后,浏览器会根据实验需要从Web服务器中载入实验网页,这样用户不需要安装任何专业软件就可以进行实验,从而使客户端的需求降到最低。采用这种结构,将实验的实现过程与表现分开,在后期的维护和扩展时只需更改相应的模块就可以实现整个虚拟实验室的更新。

(3)虚拟仪器实验室的关键技术

客户端的开发采用JavaApplet技术及HTML网页编程技术。Java Applet技术具有普通Java程序所具有的平台无关性,能嵌入到网络浏览器中随网页一起下载到客户端,并在浏览器中运行,是Java技术在Internet上的主要应用形式。Java Applet不能独立运行,必须由支持Java浏览器解释执行,它通过APPLET标签嵌入到HTML文件中,当浏览器请求该网页并遇到APPLET标签时,浏览器发送请求到服务器上获取与该APPLET程序有关的所有类文件,并在Java虚拟机的支持下解释执行,实现与用户的交互。引入Java Applet技术后,信息与用户之间就由显示和浏览的关系转变成一种实时的、动态的交互关系,大大提高了Web处理复杂事物的能力。

服务器端采用Java Application及JNI技术开发,主要功能是接收客户端传来的有关用户电路设计的相关信息。系统利用COM组件技术,对这些信息进行分析,并将分析结果返回客户端,由客户端的Applet处理后以可视化的、易理解的形式显示给用户。

4.结语

相对于传统的实验教学方式,网络虚拟实验室有以下几个优点。

(1)网络虚拟实验室可以大幅降低实验室改造、建设、维护的基金,时间,空间成本,提高使用效率。

(2)提高学生接受新事务的能力。

(3)节省实验经费,保证实验安全。

(4)彻底打破时间和空间的限制。

虚拟技术在本世界进入了一个成熟发展的阶段,它在一定深度和广度上得到了发展和拓展,将对发展,探讨现代教育思想,提高教育技术水平,改善实验环境,优化实验过程,完善远程教育,培养具有创新意识和创新能力的人才有着重大深远的意义。

参考文献:

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基金来源:桂林航天工业高等专科学校校内课题――通信网络虚拟实验平台

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