虚拟实验室范文

虚拟实验室范文第1篇

关键词虚拟实验室远程教育现代教育技术

迅速崛起的现代教育技术把虚拟实验引入到了实验教学中。虚拟实验的应用改变了传统的教育模式，使得教与学方式发生了革命性的变化。目前，用于实验教学的计算机虚拟实验软件非常丰富，加上高校计算机及网络资源，为虚拟实验的开设提供了必要的基础条件。通过网络虚拟实验室，能够通过计算机在网络中模拟一些实验现象，它不仅仅能够提高实验教学效果，更加重要的是对一些缺乏实验条件的学生，通过网络同样能够身临其境地观察实验现象，甚至和异地的学生合作进行实验。

1网络虚拟实验室的发展及其特点

网络虚拟实验就是在WEB中创建出一个可视化的环境，其中每一个可视化的物体代表一种实验对象。通过鼠标的点击以及拖曳操作，用户可以进行虚拟的实验。网络虚拟实验实现的基础是多媒体计算机技术与网络技术的结合。无论是学生还是教师，都可以自由地、无顾虑地随时进入虚拟实验室操作仪器，进行各种实验。为实验类课程的教学改革及远程教育提供了条件和技术支持。许多国内外从事实验室工作的研究者们在实践中还提出这样一些概念：DigitalLab、MBL（Micro-computerBasedLab），尽管这些名词不统一，但他们的实践从不同的层面实现了虚拟实验室。

1．1印地安那州立大学的MBL化学实验室

该实验室在给新生开化学实验课时用计算机来辅助做这样一些事，用计算机采集与分析实验数据，用计算机展示实验，在网上相关的实验指导材料。

1.2芝加哥伊利诺伊大学数字化有机化学实验室

该实验室充分利用网络资源，在网上提供了一系列的实验教学指导：在线实验教材；实验教学时间表；实验测评方法、形式、时间；虚拟实验；相关教学资源的链接等。他们还用计算机进行实验教学的教务管理。

1.3卡罗莱纳州立大学的LAAP（LearnAnytimeAnywherePhysics）

他们利用Java技术建立了基于Web的探索式虚拟物理实验室，主要有以下几个模块：基于JavaApplet的虚拟实验设备和实验设施；相关的实验课程模块；实验学习结果评价模块；协作学习模块。

虚拟实验室最大的优点是成本低，效率高。因为“软件即为仪器”，这样就可解决因实验经费不足或高档次、高价位设备缺乏所不能开出的实物实验，同时也不会造成因使用不当，管理不善等因素造成的仪器损坏、元器件丢失等现象。同时虚拟实验还可以模拟实验室中没有的设备，而且还可以不受时空的限制方便地进行实验。另外，虚拟实验室还应具备一些基本特征：与现实的一致性（或现实的延伸）、高度交互性、实时的信息反馈。

2网络虚拟实验室体系结构

网络虚拟实验室应是一个集虚拟实验教学管理系统、实验课教学指导系统，网络实验仿真等为一体的功能强大的网上运行系统。各部分之间相互联系相互补充，仅具有相对独立性。开发虚拟环境，实现实验仿真应是虚拟实验室建设的核心部分。图1是虚拟实验室体系结构图。

3构建网络虚拟实验室的关键技术

目前国内的虚拟实验室研究还处于萌芽阶段，国外已经有很多大学进行了这方面的研究。总结他们所使用的技术，可以看出大多可以划分下面几类：

3.1Java技术

Java是一个广泛使用的网络编程语言，它是一种新的计算概念。首先，作为一种程序设计语言，它简单、不依赖于机器的结构、具有可移植性、安全性、并且提供了并发的机制、具有很高的性能。其次，它最大限度地利用了网络，Java的小应用程序（applet）可在网络上运行而不受CPU和环境的限制。另外，Java还提供了丰富的类库，使程序设计者可以很方便地建立自己的系统，这一点对于构建网上虚拟实验室系统来说也是非常关键的。

3.2ActiveX控件

ActiveX技术允许不同软件开发的组件在网络上可以互相进行操作。Ac?鄄tiveX使用了微软的组件对象技术使得本地的组件可以和网络上的组件进行通信，使用ActiveX开发的另一个好处在于它的代码复用性，也就是说在虚拟实验室的开发过程中，一个实验仪器可以在多个实验环境中重复使用，这一点对于持续开发过程尤为重要。这种技术使得一个大的工程项目可以划分成小块的组件，也就相当于把复杂工程简单为一个个组成部分，完成了每个组成部分之后集成起来就可以得到最终的项目。可以开发ActiveX组件的环境有很多，其中开发效率最高和最易上手的是VisualBa?鄄sic。

3.3VRML技术

VRML是虚拟实境描述模型语言(VirtualRealityModelingLanguage)的简称。它是描述虚拟环境中场景的一种标准，也是在网上实现虚拟现实的关键性技术。VRML的基本特征包括分布式、交互式、平台无关、三维、多媒体集成、逼真自然等，被成为“第二代WEB”，已经被越来越多的人们所重视。国际标准化组织1998年1月正式将其批准为国际标准。VRML是一种建模语言，其基本目标是建立Internet上的交互式三维多媒体，也就是说，它是用来描述三维物体及其行为的，可以构建虚拟境界。用VRML实现与Internet虚拟现实交互有下面几个好处：丰富了媒体表现形式、协同工作角色的可视化管理、改善了协同环境的用户界面、增强了协同环境的交互性。可见，将VRML融合到网上虚拟实验室的开发过程中，既可以增强表现力和用户的接受力，又可以实现较好的协同工作虚拟化环境。

3.4ASP技术

ASP（ActiveServerPages，动态服务器端网页），内含在InternetInformationServer3.0及其以上版本中，提供一个服务器端的脚本环境，用于产生和执行动态、高效率的网络服务器应用程序。ASP不只是动态的网页，它更是当今众多的Web应用程序实作方式之一，它负责整个Web应用程序的控制部分。ASP提供五个内建的对象供使用者调用，即Re?鄄quest对象（取得用户信息）、Response对象（传送信息给用户）、Server对象（提供访问服务器的方法、属性）、Application对象（用于多个使用者在多个网页间共享信息）和Session对象（用于单个使用者在多个网页间共享信息）。

4网络虚拟实验室开发过程当中应注意的几个问题

计算机软件技术发展到今天，为虚拟实验室开发提供了极大的方便。目前开发所需的系统软件或工具均支持面向对象的程序设计。它们都有事件驱动的支持，消息循环的程序设计方法及多媒体操作技术。在开发过程当中要注意以下几个问题：

事件触发时机的选择，实际操作当中某个按钮按下后并不立即反映，需要延时回应，外部接口的输入信号或其它信息往往是定时触发或随机触发的事件，若为随机触发的事件则可用一定时限内的随机数来取代固定时间。

事件联锁关系或动态顺序关系可以存放在一张数据库表中描述，修改方便。给定相应的条件、控制范围，自动形成数据表，使数据和程序独立。

模拟声音，要使实验达到逼真，除了模拟控制台实物景象，还要模拟它们实验环境中的各种声音，如汽笛声、按钮按动声、内部机械动作声等。这样，才能使学生在实验室有身临其境的感觉，全身心地投入学习。

模拟台面各种动作的结果，台面上每个控件的动作都会触发一定的事件。这些事件在实物设备中是靠机械、电子电路等去完成，而现在将这些机械及电子逻辑关系使用计算机软件实现。

故障发生器，在实际工作中除了设备正常情况下的操作，还有各种意外情况，如某些设备故障的情况。此时，要求在虚拟系统中也能模拟手柄失灵、仪表信号不显示及自然灾害发生的情况等，即给实验增加一些难度，强化学生实际操作能力。

5结束语

虚拟实验技术在实验教学中具有广阔的应用、发展前景，随着虚拟实验的普及，其优越性会被越来越多的人认识。但要使虚拟实验技术真正得到推广应用，关键还是观念的改变，首先是教师观念的改变，除了具有创新精神和能力外，还应有一个科学的投资理念，在实验室建设和发展中，充分考虑投资效益，建设现代化的实验室。其次要培养一支高素质的实验队伍，不断地进行知识更新，加强学习，重视信息的收集、加工、应用，了解掌握最新技术，促进实验教学发展。虚拟实验的应用和发展，加快了实验室发展和实验教学改革，促进了教育观念的改变。是培养创新人才的新的实验手段。

虚拟实验室范文第2篇

关键词：虚拟重构实验室；重构；资源整合

长期以来，我国的大部分高校的实验室或工程中心都处在规模发展的阶段，随着学校的学科的发展，根据某一时期的需要和某一学科的需要来采购实验设备，管理上基本上是以实体实验室为单位分户管理。以河北省为例，目前有省部级以上重点实验室（工程中心）281个，其中，部级11个、省部级270个。目前一所省级综合性重点高校一般都拥有15到20个大型实体科研实验室（不包括教学型），然而随着学科的不断交叉融合，很多大型试验受实体实验室壁垒限制。如何打破这一壁垒，就成为解决这一问题的关键所在。

一、虚拟实验室构建的背景

目前，“虚拟实验室”这一概念在我国的一些高校已经出现并建立，虚拟实验室被定义为是以计算机网络为核心，将虚拟仪器通过网络连接起来，以实现数据采集、分析和远程操作的一个系统。它一般具有透明性、资源共享性、互动操作性、用户自主性、扩展性以及安全性等特点，是传统实验室无法比拟的。我国高校虚拟实验室主要有教学型和科研型两种。教学型的实验室如清华大学的“电力系统及大型发电设备安全控制和仿真”国家重点实验室等，主要用于辅助科学研究。科研型虚拟实验室如中国科技大学物理仿真实验软件等。此外，还常用于校园模拟和仿真。

二、管理型虚拟重构实验室

（一）管理型虚拟重构实验室产生的背景

高校的实验仪器设备在使用和日常管理上一般都依附于所属的实验平台，而实验平台一般依附于所属的院系。目前高校实行二级管理，在充分发挥各院系的工作积极性、创造性，提高管理效率的同时，也形成了高校内部隐形区隔，这就造成了很多实验设备不能共享，造成资源的浪费。大多数高校普遍采用的院校两级开放共享平台，实行“统管共用和专管公用”相结合的开放共享模式，这种管理模式的真正实施受到很多因素的制约，作为其实行的探路者，从决策的角度讲就要求构建一个在保证设备采购方式和管理方式不变的基础上，维持资源学院所有制不变的情况下，借助网络技术、地理信息技术、可视化技术和虚拟化技术，在网络环境下和信息平台上，构建一个实验室（工程中心）资源重构系统，即管理型的虚拟重构实验室。管理型虚拟重构实验室能够从资源功能、类别、用途、服务领域和科研方向上，对分布在各学院和各实验室的资源进行归纳和梳理，打破资源空间、地域、时间和部门所有制的界限，实现科研资源在网络信息平台上的再组织，为全校科研资源的整合、重构、开放和共享提供一个理论可能、技术可行、实际可用的运作环境，顺应不同学科、不同单位科研关联度越来越紧密，学科交融也越来越深的趋势，为支撑大科研和大项目的开展创建良好的条件。

（二）管理型虚拟重构实验室建设内容

管理型虚拟重构实验室是以网络为媒介，以实体实验设备为载体，通过乐高式组合实现适应任何需求的实验室建设。实验室的运行完全是通过网络平台进行，访问者可以浏览现有的实体实验室和虚拟重构实验室的情况及仪器设备，也可以根据自己需要创建新的虚拟重构实验室，虚拟重构实验室中可以任意添加系统中的仪器设备，根据需要任意组装，成立的虚拟重构实验室使用后可以申请解散或者保留。根据仪器设备的使用情况系统可以自动记录使用次数，已经建成的虚拟重构实验室逐渐形成适应使用用户群的数据集成系统，为后续进行同样的实验提供平台。

（三）管理型虚拟重构实验室建设目标

虚拟重构实验室的建设，旨在保证设备采购方式和管理方式不变的基础上，维持资源学院所有制不变的情况下，借助网络技术、可视化技术和虚拟化技术，在网络环境下和信息平台上，构建一个重点实验室（工程中心）平台信息享系统，实现以下目标：

1. 能够对全校的仪器设备、实验室等科研资源信息整合，实现“系统互联、信息互通、功能协同、资源共享、绩效共赢”。

2. 能够迅速建立起目标明确的、专业化的虚拟重构实验室，将期望的、原来分散的资源整合组织在一起，而且可以取得“科研平台专业化，资源管理集中化、资源使用共享化、资源运作分布化、资源状况可视化”的效果。

3. 提供对仪器设备科研资源的高效、多样化、可视化的导航、浏览和定位，使得用户可以在短时间内快速找到自己需要的科研资源信息，确定资源的确切位置和状况。

4.通过对系统资源的使用频率和平台构建的完整度情况，评价现有仪器设备的使用效率和作为缺失设备新增的可行性论证依据。

（四）管理型虚拟重构实验室功能

系统的总体功能包括：平台展示、查询定位服务、虚拟重构实验室管理、个人空间管理、系统资源管理和系统服务等主要功能。

1. 平台展示服务，主要提供实验室分类导航展示，实验室简介信息介绍，以及实验室设备的详情、图片、视频展示，使用户从多角度更好的了解实验室以及设备信息。

2. 查询定位服务，主要从全校和实验室角度分析，提供设备的精确与模糊查询。结合多种查询条件，方便用户快速准确的定位到所需要的设备。

3. 虚拟重构实验室管理，主要依靠设备之间的相似属性和关联进行创建，内部设备无须申请即可放入到公共实验室内，一个设备可以从属于多个公共实验室，方便用户快速定位，提供上层决策支持。

4. 个人空间管理，主要为校内每个教师用户，提供一个用户空间，进行校内设备和实验室的浏览和查询，申请和加入虚拟重构实验室，个人信息更新等。

5. 系统资源管理，主要是为系统管理人员，提供系统设备的导入、维护、审核，内部用户角色信息维护和权限分配，以及虚拟重构实验室的申请审核管理等。

6. 系统服务，主要实现对数据库的管理。

三、管理型虚拟重构实验室建设的意义

随着国家科研投入的不断积累及增多，科研机构的规模已经基本健全，正逐步由规模建设向内涵建设发展。虚拟重构实验室以其开放性、创新性、可扩充性、低成本性等一些非常优越的特点，为管理部门以及科研教师实验提供决策数据依据的一种系统性网络平台。该实验室打破科研设备管理部门、安放位置的壁垒，按照设备的科研功能统一规划、组织设备并按照学科方向分类，即时掌握实验设备的使用效果，为不同管理部门的科研设备提供一致的展现接口。随着系统应用的普及，可以拓展服务领域进行校校联合或者校企联合形成区域联盟资源共享系统；在引进人才或者拓展研究领域方面可根据拟进人才科研需求，虚拟现有的平台条件，根据需求为其提供后期的支撑，搭建完善的科研平台；在项目可行性论证中，可以借助于该系统进行基础资源可行性论证，对项目开展的硬件环境和条件进行评估；在拓展交叉学科研究开展中，为学科交叉研究的基础资源具备程度进行评估。

参考文献：

[1]黄慕雄.高校教学型虚拟实验室建设的现状与建议[J].网络教育与远程教育，2005（394）.

[2]骆利民.高校实行二级管理的思考[J].泉州师范学院学报（社会科学），2002（03）.

[3]刘丽琴，陈永清.大型仪器设备共享管理的研究与实践[J].实验技术与管理，2010（05）.

*基金项目：河北省科学技术研究与发展计划科技条件建设项目（项目编号：12963553D）。

虚拟实验室范文第3篇

>> 职业院校网络实验室虚拟化建设应用与实践 基于虚拟化下的实验室设计与建设 虚拟实验室的建设与发展 材料虚拟实验室的建设与实践 虚拟实验室搭建与应用 浅谈机能实验学虚拟实验室建设与应用 机能实验室网络化建设与实践 基于Proteus的网络化虚拟单片机开放实验室建设探索 采矿工程三维可视化虚拟实验室建设 计算机控制系统虚拟实验室建设与探索 高校创新型MCS—51单片机虚拟实验室的建设与应用 基于Web的虚拟实验室建设策略与关键技术研究 论高职虚拟仪器实验室的建设与管理 基于斯沃数控仿真软件加工的虚拟实验室建设实践与思考 基于网络的信号与系统Labview虚拟实验室建设 电工电子网上虚拟实验室的建设与应用 独立学院虚拟网络实验室的研究与建设 网络化计算机专业虚拟实验室的构建与实现 桌面虚拟化与计算机实验室管理 结构化综合布线虚拟实验室的设计与研究 常见问题解答 当前所在位置：.

[2] 《虚拟化与云计算》小组.虚拟化与云计算[M].北京:电子工业出版社,2009.

[3] 赵立威,方国伟.让云计算触手可及微软云计算实践指南[M].北京:电子工业出版社,2010.

[4] 高宏卿,汪浩.基于云存储的教学资源整合研究与实现[J].现代教育技术,2010(3):97-101.

[5] 刘猛.浅谈中等职业技术学校网络技术专业的建设[J].现代计算机,2010(1):87-89.

虚拟实验室范文第4篇

关键词：主机；虚拟实验；网关

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)08-1940-02

Discussion and Research of Virtual Laboratory

QI Ju-hui

(College of Textile Engineering and Art, Taiyuan University of Technology, Jinzhong 030600, China)

Abstract：With the development of web technology，virtual reality technology and changes in experiment teaching mode, web-based virtual experiment cooperative learning can solve a lot of problems in traditional experiment teaching, It is considered as one of the web-based teaching strategies with promising prospects of development and application. This paper discussion the whole process of the design on a virtual laboratory, research the feasibility and necessity of the view that virtual experimental is applied in the experimental education.

Key words：host computer; virtual experimental ; gateway

计算机虚拟技术是利用电脑的模拟技术，实现和实际的硬件设备功能相同的软件，生成的软件，比实际的设备功能更强，使用更方便，好像使用真的设备一样，对各种知识的学习和掌握能身临其境，继而达到事半功倍的效果[1]。虚拟实验室能在计算机上营造可辅助、部分替代传统实验室的相关操作环境。

1系统功能

虚拟实验室的主要任务是通过计算机来实现集成实验环境,达到生成分布式仪器和系统的目标。虚拟实验室应达到以下几点要求：一是能够提供高逼真的虚拟实验环境，并对所用的虚拟仪器、元器件可根据需要搭接和操作；二是可根据需要定制实验内容、虚拟元件和仪器库，能够对实验整个过程进行实时仿真，具有良好的开放性；三是具有完善的辅助功能，如教师演示、实时指导、学生自主学习、提交实验报告和教师评阅、考核和评价功能等。

2系统的设计

应当明确的是，建立虚拟网络必须以最先进的技术和最经济的方式为学校和学生提供一种科学、实用、经济、可靠的全新实验教学手段，以满足未来竞争对教育日益增长的需要，因此系统开发需要遵循一定的设计原则，由此也决定了系统所应具备的技术特点。

2.1虚拟实验室的设计原则

概括地说，虚拟实验室设计应遵循以下原则：

2.1.1实用性原则

虚拟实验室必须具有与实际实验室相同的性能，能够完成实际要求的各种实验，并且安装、使用、维护都比实际实验室简便。

2.1.2经济性原则

虚拟实验室必须以最少的投入来建立，不但要降低虚拟实验室本身的构建成本，而且要降低综合成本(包括使用成本、维护成本等)。

2.2虚拟实验室的结构

目前虚拟实验室大多采用基于Internet的C/S（客户机／服务器）结构，由客户端、应用服务器、数据服务器三部分组成。有少部 分使用基于Web的B/S（浏览器/服务器）结构，只需要有Web服务器，客户端使用浏览器进行操作，减少了系统服务器的负担，升级和维护变的简单。

C/S结构将主要的功能在客户端运行实现，大多采用VB、Delphi等可视化开发工具开发客户端应用程序。而基于Web的B/S（浏览器/服务器）结构主要的功能在服务器上给予实现。

C/S结构按其功能可分为三类：软件共享虚拟实验室，仪器共享虚拟实验室,远程控制虚拟实验室。软件共享虚拟实验室不能连接真实的硬件设备，只能使用软件模拟实验的过程。仪器共享虚拟实验室，服务器接受客户机的实验请求和实验参数，使用与之连接的实验仪器设备，并将实验结果返回到客户机，实现实验仪器的共享。远程控制虚拟实验室除了能实现实验仪器的共享，还能实现客户机对实验仪器设备的远程控制。

基于Web的B/S结构按层次可分为三层：第一层为表现层，通俗讲就是用户界面程序，它通过使用中间层的服务来实现其功能，客户端的配置很简单，不需要安装任何软件，利用客户端电脑的IE浏览器完成操作。第二层为业务逻辑层，由许多提供各种服务的独立的中间层部件组成。第三层是数据访问层，直接对数据库进行增、删、改、查等操作。在B/S的三层架构中，系统的维护和升级只在服务器上进行，比C/S结构更简单高效。

3系统的设计与实现

虚拟实验室的设计有多种方式，无论用哪种方法实现，虚拟实验室都应具备以下基本功能：注重多感知性；注重沉浸感；注重交互性；注重真实性。虚拟实验室的设计和实现的过程，最终在于将设计要求和设计思想转变为软件的编制。部分大型、功能复杂仪器的虚拟设计往往使初学者无从下手，在设计过程中可采取分解组合的方法，可以将虚拟实验室按功能分解成各种不同的虚拟仪器，而虚拟仪器又可以分解成具有特定功能的元件，分别设计各元件，最后组成虚拟实验室。

3.1虚拟仪器的构造方法

所谓虚拟仪器，就是在必要的数据采集硬件和通用计算机支持下，通过软件设计实现仪器的全部功能，用户操作这台计算机，就像是在使用一台专门设计的电子仪器。虚拟仪器利用现有的计算机,配上相应的硬件和专用软件,达到既有普通仪器的基本功能,还具有一般仪器所没有的特殊功能，它的基本构成包括计算机、虚拟仪器软件、硬件接口模块等。这样我们可以在计算机的基础上添加少量的硬件设备或者直接在计算机上开发虚拟仪器。[3]。

建造组成虚拟实验室的各种虚拟仪器，将虚拟仪器分解成具有特种功能的各个元件，确定每个元件之间的相互关系将成为关键。分解和组合的过程，可以利用VB或其它语言来实现，VB的特性满足了建立虚拟仪器和设计虚拟元件的各种需要。可以利用VB的各种控件，建立虚拟仪器的元件。通过设置VB控件的属性来设计元件的外形尺寸和位置，再对每个控件事件的编程，可实现此元件与其它元件之间的关系以及此元件的功能。

3.2界面设计

界面交互性能的优劣将直接影响学习者的学习兴趣和学习效果，由于实验操作本身的强参与性和可操作性要求其具备极强的交互性能，而界面交互性是基础和保障。因此系统界面的设计也是十分重要的问题，界面的好坏将直接影响用户使用的效果。通过实验设备、菜单、按钮等可控部件来支持学习者与系统之间的交互操作，借助平面图像处理技术、三维立体处理技术，把各个虚拟仪器和元件做出其三维模型，使得学生如同到了一个真实的实验环境，增强学生学习兴趣，提高学习效率。

4结束语

该文对虚拟实验室构建进行了研究，探讨了虚拟实验室在计算机实验教学中的可行性和必要性，我们已经建立的虚拟实验室系统，克服了传统实验室对硬件环境的依赖，可在虚拟环境中开设各类创新性实验，有效降低了实验成本，极大提高了实验设备的安全性和利用率，它的推广和普及必将对我国高等院校实验教学产生积极的影响。应该指出的是，因为虚拟实验室毕竟虚拟的，在真实实验室中通过对故障的产生、分析和排除等培养学生能力的情景，在虚拟实验中是不可能完全做到的，虚拟实验室不应该将真实实验室取而代之。虚拟实验训练与测试只是实验教学的一种手段，是真实实验教学的必要补充[4]。

参考文献：

[1]刘永清.计算机虚拟技术在教学中的应用[J].电脑学习,2002(2):20-21.

[2]胡惟文.基于LABVIEW的虚拟实验室研究[J].中国科技信息,2005(23):18-23

[3]周敬森.基于LabVIEW的“信号与系统”实验软平台构建[J].现代电子技术,2011(23):38-42

虚拟实验室范文第5篇

关键词：虚拟实验室 效果

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）01-0200-01

生理学是医学院校一门重要的基础课程，为之后临床课程的学习打下很好的基础和桥梁。生理学是一门实验性的科学，它的很多理论的获得都是来源于实验，因而实验项目的选择和实验教学的效果是很多生理教师研究的方向，为了更好的提高实验教学效果，我校引入了虚拟实验室，现就虚拟实验教学的效果进行分析。

一、虚拟实验室

1.概念

虚拟实验室是一种利用计算机仿真技术和网络技术模拟真实实验环境的一种实验教学手段[1]。其成本低、效率高、自由度大、功能全，很大程度上弥补了真实实验室受时间、空间、实验动物、试剂及器械限制的不足[2]。在生理实验教学中引入虚拟实验室，不仅可提高实验教学的效果，拓展教学内容，还可激发学生学习的兴趣。

2.作用

2.1提高教学效果

在传统教学中，一些经典的动物实验（如刺激强度与反应的关系、刺激频率与反应的关系、蛙心搏动观察、呼吸运动的调节等）耗时较长，加上教师的示教时间，让同学们感觉时间很紧，经常会出现两节课结束很多同学做不完的现象。再加上学生对实验步骤不熟悉，实验动物的差异性，导致很多实验动物实验过程中死亡的现象，进而导致实验失败，这些都会影响实验结果的观察。虚拟实验室的引入可以很好的解决这些问题，在上动物实验之前，让学生先在虚拟实验系统上观看录像，并模拟实验的步骤，了解实验的关键点。然后再让学生动手操作，可以明显提到实验的成功率。对于实验失败的学生，可以在虚拟实验系统上观察实验结果，查找失败的原因。这样不仅激发学生学习兴趣，还提高了教学效果。

对于人体实验来讲，以往的传统教学，主要是老师讲授后让学生进行自己练习，一些动手能力强、悟性高的学生可以很好的掌握，但还有很多学生并不能很好的掌握。以心音听取为例，一些同学不能听到心音，或者不能很好的辨别第一心音和第二心音，对心音听取的意义也不理解。这时教师通过虚拟实验系统播放正常的心音，让学生听取和辨别，再通过放一些杂音让学生去辨别，从而让学生理解心音听取的临床意义，提高教学效果。

2.2 增加实验项目

本校生理课学时有限，尤其是对于涉外班的学生，只有64学时，这样很多经典的实验项目就不能开展，而这些经典的实验项目对生理课的学习又很有帮助，虚拟实验室的应用可以很好的填补这个空缺，一方面可以通过播放录像让学生学习这些经典实验，掌握这些实验的目的、方法、步骤、意x；另一方面还可以让学生学习其他更多的实验，扩大了实验范围。因为虚拟实验相对时间短，这样可以不必增加实验学时就可以让学生学到足够多的实验项目。

通过近两年的观察，发现虚拟实验室的建立不仅可以激发学生学习积极性，提高教学效果，还可以解决资源匮乏、学时较少的问题，应该得到大力推广。但同时在应用的过程中要注意和传统实验相结合，这样才能优势互补，更好的为教学服务。

参考文献

[1]梁志辉，祁B.在物理实验教学中引入虚拟实验室的设想[J].内蒙古民族大学学报： 自然科学版，2014，29（2）：242-243.

虚拟实验室范文第6篇

关键词：网络虚拟实验室；系统架构；开发技术

中图分类号：TP393文献标识：A文章编号：1009-3044(2008)32-1055-02

Network Virtual Laboratory Construction

FENG Gang, YANG Guo-chun

(Computer Department of Huaian College of Information Technology, Huai'an 223003, China)

Abstract: Aim at the present condition of the occupation college experiment construction and dilemma, make use of a virtual laboratory technique to practice the teaching carry on reform, is analyzing the distinguishing feature of virtual laboratory, made more detailed analysis to the virtual laboratory and the means of the technique of system structure and development and carry on a detailed demarcation and design to the function mold piece of network virtual laboratory.

Key words: network virtual laboratory; system construction; development technology

1 引言

随着职业教育的发展，学生规模急剧膨胀，职业类院校实验室建设规模严重滞后于迅速膨胀的学生规模。如果仍然采用传统的实验教学方法，就目前职业类学校经济状况，想通过扩大实验室的规模添大量仪器设备来满足传统的实验教学，一般是难以实现的，因此改变传统实验教学模式迫在眉睫。

现代信息技术特别是网络技术、多媒体技术所引发的教育手段观念和模式的革命，使基于网络的教学模式极大地动摇了传统教学的基本模式，产生出一种教学双方彼此互动的全新教育模式，基于网络的虚拟实验室就是以计算机网络为核心，将虚拟仪器通过网络连接起来，以实现数据采集、分析和远程操作的一个系统。

建立基于虚拟仪器技术的虚拟实验室系统，以软件编程代替实际实验，并提供实验项目的远程访问服务，能够有效解决职业类院校中由于实验资源紧张带来的一系列问题，已成为职业类院校实验室建设的一种必然趋势。

2 网络虚拟实验室概述

虚拟实验室（Virtual Laboratory），亦称合实验室（Col Laboratory），最早由美国弗吉尼亚大学（University of Virginia）的威廉・沃尔夫（William Wolf）教授于1989年提出的。它描述了一个计算机网络化的虚拟实验室环境，致力于构筑一个综合不同工具和技术的信息化、网络化的集成环境。在这个环境里，用户可以非常有效的利用世界上分布的各种数据、信息、仪器设备及人力等资源。

它与传统实验教学相比，网络虚拟实验室具有如下特点：

1) 可降低科研成本和节省研究经费，并能够充分发挥现有科学仪器的作用，提高使用效率，尤其是通过联网后能实现大型科学仪器的资源共享，避免了大型仪器设备的重复添置、购买和浪费。

2) 突破了传统实践教学模式受时间、地点的限制，并且可以利用计算机网络网络提高实践教学效率，更好地培养学生独立分析问题、解决问题的能力。进一步提高学生的实践技能。

3) 强调“网络就是实验仪器”的概念。网络在实验中充当了以往由操作台和设备实现的角色。通过建立网络虚拟实验室，远程教育的学习者不必担心缺乏实验条件，也不必为实验到处奔波，他们通过网络中的基于虚拟仪器的虚拟实验环境，同样能够“身临其境”地观察实验现象和进行“实际”操作，甚至和异地的学习者合作进行实验。

4) 鉴于网络虚拟实实验的开放性和共享性，资源的可重复利用率提高，系统组建时间缩短，功能易于扩展和管理，使学生的实验操作机会得以增加，实验范围和科目得以扩大，高新技术在教育领域内的优势可以充分发挥出来。

因此，用现代计算机网络技术研究虚拟实验室及其在实践教学及远程教学中的应用，已成为近几年国内外实验教学和远程教学的研究热点。

3 网络虚拟实验室系统架构

基于网络的虚拟实验系统架构上主要有两种架构：C/S架构和B/S架构。

3.1 C/S 架构方式

C/S结构是一种分布式计算模式。在C/S结构的系统中，应用程序被划分为两大部分：一部分是由多个用户共享的信息与功能，这部分称为服务器；另一部分是为每个用户所专用，称为客户部分。客户部分负责执行前台功能，如管理用户接口、数据处理和报告请求等；而服务器部分执行后台服务，如管理共享外设、控制对共享数据库的操纵、接受并应答客户机的请求等。

传统的二层C/S体系结构在单一数据库且有安全性和快速性保障的局域网环境下运行，因而得到了广泛的应用。不足主要体现在：程序开发量大，系统维护困难，客户机负担过重，成本增加以及系统的安全性难以得到保障等等。

3.2 B/S架构方式

在B/S结构的系统中，用户可以通过浏览器向分布在网络上的许多服务器发出请求。B/S结构极大的简化了客户机的工作。客户机上只需安装、配置少量的客户端软件即可，服务器将担负更多的工作，对数据库的访问和应用程序的执行都将在服务器上完成。

B/S结构的最大优势在于：它可以在任何时间、任何地点（没有局域、广域之分）、以任何接入方式（有线或无线连接）实现跨平台的网络实时操作；不限定用户使用人数，开发和使用成本都非常低；突出的易用性，客户端采用国际标准化的浏览器（如IE），因而客户端免维护、免安装、免开发，这不但节省了内存和存储空间，也节省了开发时间，从而降低了成本，给应用系统的安装、调试、日常维护和升级都带来了极大的便利。

4 系统开发技术探讨

4.1 使用JAVA（JVM）进行开发

JAVA是一种软件编程语言，旨在为 Internet 发展而使网页由静态转为动态，并可产生“小应用程序（Applets）”的一种简化语言，是最重要的一种网上通用语言。JAVA具有简单、面向对象、分布式、解释型、健壮、安全以及可移植等多种特性，更重要的是，它跨平台的特性满足了“网络计算机”的思想。JAVA小程序可下载到客户端的浏览器中执行，极大地丰富客户端接口的表现形式，提高了交互能力。它可用多种语言和工具来编写，这些独立的组件可重用或组合使用，更使用户的接口和交互能力进一步得到扩展。用 JAVA 语言开发的软件可以具有可视化、可听化、可操作化的交互、动画。JAVA 的这些特性对基于WEB虚拟实验室的构建相当有用。

4.2 .NET技术

（简称.NET）是微软公司推出的面向网络的开发平台的简称，是新一代的软件开发方式、发行方式和使用方式。.NET技术的核心是.NET Framework，它提供了一个全新的环境，在此环境下，可以用多种语言开发出在Windows平台上运行的各种复杂的分布式应用程序。 Framework是一个平台，在这个平台上可以使用多种语言开发Windows应用程序、WEB应用程序、移动Web应用程序以及XML Web Service等。

4.3 使用VRML技术进行三维虚拟实验室的开发

VRML（虚拟现实建模语言）是一种三维场景的描述性语言，是在Internet上实现全新虚拟世界空间的关键性技术。其基本原理是用文本信息描述三维场景，在Internet上传输，利用三维图形生成技术在本地机上应用多传感交互技术以及高分辨显示技术，由VRML浏览器解释生成逼真的三维虚拟场景，使用者戴上特殊的头盔、数据手套传感设备，或利用键盘、鼠标等输入设备，进行实时交互，感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得身临其境的感受和体会。

在教学领域中应用虚拟现实技术时，能够为学生提供生动逼真的学习环境，用VRML实现与Internet虚拟现实交互丰富了媒体表现形式、实现了协同工作角色的可视化管理改善协同环境的用户界面，因而增强了协同环境的交互性。

4.4 使用ActiveX控件进行开发

ActiveX技术是Microsoft为适应网络发展的需要而将OLE技术在Internet上的重定义，是一组使用COM使得软件部件能够在网络环境中进行交互的技术集，被广泛应用于Web服务器以及客户端的各个方面。

通过构建ActiveX控件，能够允许不同软件商开发的组件在网络上实现互操作，使得本地的组件可以和网络上的组件进行通信；用ActiveX技术进行开发的另一个好处在于它的代码可复用性。应用ActiveX技术建立的虚拟实验室(ActiveX组件)需要编译成网络发行文件包，并进行数字签名，镶嵌在网页中运行。在客户端第一次运行时，需要在注册表中进行注册，这给不熟悉的用户带来了不便。并且，ActiveX控件只能运行在基于Microsoft Windows的操作系统，因而移植性和通用性较差。

4.5 使用FLASH进行开发

FLASH技术采用矢量图形技术，生成的动画体积小，适合在网络上传播。其动作脚本语言ActionScript具有丰富的语言元素，包括常量、变量、运算符、表达式、函数、属性、动作、对象和电影剪辑等等。具体说来，通过对FLASH中的ActionScript的深入编程来开发虚拟实验，具有以下优点：文件小、无极缩放不变形；通过场景变换可设计不同的界面，FLASH动画支持物体拖动操作，可用于虚拟实验室中物体的移动；ActionScript提供了XMLSocket的组件，它支持将XML对象通过Socket发送出去，并可以从服务器端接收数据，这为客户端直接与服务器通讯提供条件，也为网络实时仿真实验提供了可能。

4.6 基于仿真软件

基于类似于Matlab、LabView、NI模拟器等仿真开发网络虚拟实验室，可以利用现在商业化的产生，例如：LabView是美国NI公司推出的一种基于G语言（Graphics Language，图形化编程语言）的虚拟仪器软件开发工具，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。使用LabView这种语言编程时，基本上不需要写程序代码，取而代之的是流程，这为虚拟仪器设计者提供了一个便捷、轻松的设计环境。利用它，设计者可以像搭积木一样，轻松组建一个测量系统和构造自己的仪器面板，而无需进行任何繁琐的计算机代码的编写

5 系统设计的功能分析

一个完整意义上网络虚拟实验室不仅能完成相关的虚拟实验仿真，还应能完成相关实验数据的处理，所以网络的虚拟实验室在功能具体设计应包含以下模块：

5.1 公共模块

在该模块中，系统主要完成的功能：系统提供实验室的一些公告信息，通过实验设备实体的三维展示，使学生对实验设备实体的相关知识有一个直观的了解；学生在该模块可以完成真实实验的预约；教师可提供相应的实验安排信息，提交相应的实验报告模板。

5.2 虚拟仿真实验模块

通过本模块，学生应能通过虚拟实验系统，不仅可以按实验教学的计划，完成老师规定的实验，而且能根据自己的想法，设计实验并完成，这要求虚拟实验系统设计应考虑实验的自主性问题，不能规定虚拟实验系统只能按规定的步骤去完成；在该模块还能完成实验相关数据保存，通过保存的数据，学生可通过实验报告模块产生电子的实验报告；教师可以通过仿真系统，调用学生的实验数据，去动态检查学生的实验情况。

5.3 实验报告处理模块

在本模块中，学生根据教师提交的实验报告模板，填写相关的内容，实验数据从服务器获取自动添加，并能完成相关数据的处理，实验报告最终提交给服务器；教师通过该模块，下载学生的实验报告进行批阅。针对学生自主实验给出相应的模板，除提交实验数据外，学生还应提交实验设计，实验相关设计图（电路图、网络拓扑图等）。

5.4 交流模块

该模块完成两大功能，其一：实验的在线交流，在实验过程中，学生间可以通过该模块，相互之间进行实验情况交流；其二：在留言部分，学生可以将实验中遇到的问题及实验情况反馈给教师，老师可以通过本模块与学生进行交互，回答学生提问。

6 结束语

在文中分析基于网络虚拟实验室特点，对网络虚拟实验室的系统构架及软件开发技术进行了一定深度的探讨，对虚拟实验室设计的功能目标进行深入阐述。在职业教育高速发展的今天，伴随着计算机相关技术的发展，基于网络虚拟实验室必将现代实践教学将扮演起来越重要的角色，对职业教育中实践教学将发挥其具大的作用。

参考文献：

[1] 林川,刘胜永,潘盛辉.基于Web的虚拟实验系统的设计[J].软件导刊,2007(1):39-40.

[2] 冷国伟,苗胜.网络教育中基于Web的虚拟实验方法研究[J].计算机教育,2007(3):35-39.

虚拟实验室范文第7篇

关键词：虚拟现实技术；虚拟实验；摄像实验

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)23-1038-02

Design and Implementation of Virtual Shooting Experiment Laboratory

DUO Tian-lin, MAO Wen

(Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China)

Abstract: As the exchange and the description standard of the 3D document in Internet, VRML has provided a viable solution to realization of the virtual reality environment based on Internet. The research on developing a simulation system of Camera shooting experiment will be beneficial to TV art experiment teaching. It will make shooting experiment get away from the predicament of device shortage and learning hour shortage.

Key words: virtual reality technology; virtual experiment; shooting experiment

虚拟现实技术为人们提供了一种理想的教学手段，目前在国外已被广泛应用在军事教学、体育训练、医学实习和一些普通中学的实际教学中。本文的研究将利用虚拟现实技术，结合三维场景开发软件3DS MAX与VRML语言构建虚拟摄像实验室，将摄像经验知识赖以产生的器物操作通过软件系统呈现给学生，使学生在模拟系统中的掌握摄像机的基本操作，完成摄像实验中所要求的部分实验环节。

1 设计思路

电视摄像虚拟仿真的设计目标是为学生提供一个进行摄像虚拟实验的条件和环境。 使学习者通过在其中的学习掌握实验的基本知识，并从一定程度上熟悉和掌握实验内容。以便结合传统实验高效优质地达到实验的教学目标。设计思想上强调充分运用虚拟实验技术， 结合多种媒体手段和表现形式，弥补以往实验教学中实验课时有限、实验设备套数不足等问题。 通过虚拟实验和传统实验相结合的方式改革我们的实验教学模式，高效优质地完成实验教学。

2 设计目标

通过研究与设计，预计虚拟摄像仿真达到的以下要求：

1）通过3D漫游技术为学习者呈现虚拟实验环境，使学习者“置身”于三维环境中，以摄像师的身份练习摄像机机位的选择、角度的选择、景别的选择等。

2）用3D建模加CULT3D、Java等技术实现了对摄像机的模拟交互观察和基

操作，通过鼠标点击虚拟摄像机达到摄像实验中要求的部分实验环节，例如变焦、改变角度、改变机位、运动摄像等功能。

3）用流媒体的片断视频或动画演示实验操作

3 虚拟实验实现的总体技术方案概述

3.1 用 VRML 或建模软件建立相应的实验模型

这是整个实验的基础，是用户要直接面对的，因而应该尽量将模型做的逼真，美观。VRML本身就是一种三维网页的建模语言，编写者可以采用简单的文本编辑器来书写，另外，大部分建模工作可以在3D MAX中完成，导出VRML建模语言场景文件。

3.2 选取合适的 VRML 浏览器

由于 VRML 编写的 web 模型具有其特殊的格式(*.wrl)，应该采用其专有的浏览器来观看，或者可以在IE, Navigator中装上相应的插件。一些比较常见的浏览器和插件有:CosmoPlayer, Worldview, Viscape, Cortona等。

3.3 对实验进行模型分析

对于对于一个复杂的机械类或电子类实验设备，要在程序中实现，对实验过程进行数学建模是必不可少的。数学模型的正确与否是整个实验的关键，并直接关系到实验的最终效果。而对于摄像实验的仿真，模型分析也是必要的，但相对比较简单，很多实验环节是定性的，非定量的，比如输入交互中选择“减小焦距”，输出的结果是“推镜头”的画面效果，输入“侧机位拍摄”，输出主体侧面的画面效果。

3.4 确立与 VRML 场景的交互方法

VRML 语言本身具有一定的交互能力，当用户只是需要一些简单而且单一的动画时，不需要再求助于其他的程序语言，但是实际情况中，特别是在实现虚拟实验的场合，往往需要结合实验人员相当复杂的交互行为，这是仅仅采用VRML本身难以胜任，需要在虚拟现实编辑软件中完成，如在 CULT3D 中完成大部分交互功能。另外，如果涉及到更为复杂的交互，就需要借助于第三方语言来补充，如JavaScript, Java等。

3.5 完成代码的编写、修改和测试

不论是三维场景的构建和交互的设置，都要涉及到代码的编写，不过本课题中，代码的编写主要在后期交互的设置中进行，前期场景的构建主要在 3DMAX 中完成，也涉及部分代码的修改和补充。要完成交互功能，会有很多代码的编写工作和程序的编制工作。

3.6 实验平台的搭建

在虚拟实验室平台的搭建方面，本课题将使用目前常用的网页制作技术（HTML、ASP、Javascript)动画制作技术、图像处理技术等，静态和动态网页制作技术主要用于实验内容的排版与设计及实验室学习交流平台的建设，二维和三维动画制作技术用于虚拟实验环境的创设和部分实验效果和实验步骤的演示，以及制作一些实验内容的辅助学习软件。

4 电视摄像虚拟实验室的结构设计

4.1 虚拟实验室总体结构

参照虚拟实验室构建的一般模型，在对摄像实验的具体问题进行分析的基础上，我们设计了虚拟摄像实验室的总体结构。该虚拟实验室主要包括虚拟实验环境、知识分析、虚拟实验和学习交流四个模块组成，如图1所示。

4.2 各模块的功能说明与实现技术方案

1）虚拟实验环境模块将构建一些电视摄像中常见的场景，学生以电视摄像师的身份“置身”其中，练习如何布置机位，如何选取角度，如何按照不同节目的类型进行构图。

本虚拟摄像实验室中构建的主要场景有：虚拟建筑场景、虚拟风景场景、虚拟人物、虚拟会议场景，虚拟事件场景等。

场景开发的基本流程如图2所示。

具体开发的开发过程和开发的场景文件我们在第四章中讨论。

2） 知识分析模块主要是为学习者提供实验背景知识的学习条件。 我们认为在学习者进行虚拟实验之前有必要充分学习和理解与实验有关的背景知识，这个模块将对于实验的过程和效果都将起到积极的作用。

这一部分是对摄像实验中涉及到的知识点的文字表述，主要包括以下内容：摄像机的基本原理、摄像机的基本操作、摄像的取景与构图。

例如知识点“摄像机的基本原理”，将提供摄像机的组成部分介绍，每部分的功能，重点介绍镜头的组成，镜头焦距和光圈对于景别的影响等。

再如知识点“摄像机的基本操作”将介绍几种常用技巧的的操作方法，以及他们在摄像中的应用特点：

推镜头：主要用于表现突出主题，引导观众的视线集中到主题上，操作方法为按变焦按扭的“T”键。

摇镜头:主要用于表现宏大的场面，在一次构图中不能将场景摄入摄像机的镜头范围内可以采用摇镜头，操作方法为机位不动，摄像机的拍摄方向匀速移动。如图3所示。

3） 虚拟实验模块是学生的网上实验室，学生将在这里进行实验仪器的认识和实验过程的学习， 并完成相关的实验操作。这也是本课题研究的难点和关键所在，通过研究设计，实现电视摄像实验中的基本操作、取景与构图、用光等实验环节。每项实验都按照一般实验的流程设有实验目的、实验设备、实验步骤、实验注意事项、思考题和实验报告六个基本部分，此外还根据具体实验的特点增加了必要的部分。这一部分将在第五节中重点讨论。

4） 学习交流模块可供师生进行多对多的交流和答疑，这不仅可以让学习者互帮互学，共享学习经验和成果，同时也是可以弥补虚拟实验相对传统实验效果的不足，便于老师答疑解惑。

5 结束语

本文参照一般虚拟实验室的结构，设计了虚拟摄像实验室的总体结构，并阐述了每部分的功能与实现技术方案。虚拟摄像实验室按设计要求由四大模块组成：虚拟三维场景模块、知识分析模块、虚拟交互实验模块、学习交流模块。利用四个模块共同完成对摄像实验的仿真教学。

参考文献：

[1] 谢本善.摄影技术[M].北京：科学出版社,2001:164-176.

[2] 杨亮明,李箐,邵谦谦.3DS max6创意与设计应用100例[M].北京：电子工业出版社,2004:170-174.

[3] 张金钊,张金镝,张金锐.虚拟现实三维立体网络程序设计语言VRML[M].北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社,2004:1-3.

[4] 廖述钊,陈礼民.网络应用语言新发展[J].山西大学学报（自然科学版）,2001,24(2):181-184.

虚拟实验室范文第8篇

关键词：虚拟实验室；NS2；B/S

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)22-759-02

Research on Network Virtual Laboratory

LI Jun

(College of Computer Science and Technology, Wuhan University of Science & Technology, Wuhan 430081, China)

Abstract: The paper presents a virtual laboratory under Web environment. The main structure and working process in the system are discussed. In the end, the practical scheme to realize is provided.

Key words: virtual laboratory; NS2; B/S

1 引言

近十年以来，Internet网络已成为当今世界上覆盖面最广、规模最大、信息资源最丰富的信息网络。互联网技术在快速发展，各种新技术层出不穷，掌握这些新技术非常必要。对这些知识的学习，如果只停留在理论和书本上，将是非常抽象的，理解起来很困难。要很好地掌握计算机网络的理论知识，并把这些知识应用到实际中，就必须进行大量的实验。

对于计算机网络实验，涉及到交换机、路由器等设备，这些设备如果只通过图片来展示，要求学生有良好的空间想象能力，即便如此，学生也不可能获得切实的感受，也就更不用说理解网络的结构了。此外，计算机网络实验使用的设备一般都比较昂贵，而且新的设备也不断推出，要不断更新这些设备将是很大的开销。所以研究开发一个计算机网络实验系统来辅助教学就变得非常必要。

网络虚拟实验是指利用互联网络资源，使用仿真技术、虚拟现实技术等手段，完成实验的各个环节和过程。具体说来，用户使用虚拟软件，在Web中创建出一个可视化的三维环境（其中每一个可视化的三维物体代表一种实验对象），通过鼠标的点击以及拖曳操作，完成实验系统的设计和进行实验仿真操作，取得实验结果和填写实验报告等。通过网络虚拟实验不仅可以随时为学生提供更多、更新、更好的仪器，还可以较好地为学习者营造一种“自主学习”的环境。

2 虚拟实验系统设计原则

虚拟实验系统的设计遵循以下原则：

1) 开放性原则：基于校园网，任何只要接入校园网的师生都能使用本系统。

2) 交互性原则：虚拟实验可以给出可视化交互信息，对学生的操作做出实时反馈。

3) 简易方便原则：系统界面友好，学生操作易于上手。

4) 易于扩展原则：系统的软件设计必须采用跨平台方案，便于实验项目的及时更新。并且能为系统的扩展打下基础。

3 虚拟实验系统结构及工作机制

3.1 结构

系统采用B/S结构。用户可以通过浏览器向网络上的服务器发出请求。

系统根据功能分析可以划分为用户管理系统、教学管理系统、网上实验系统、交流互动系统等四个子系统。虚拟实验系统必须具有安全措施，系统能够做到拒绝非法用户，也可将合法用户的不当操作及时中止。例如：教师可以将自己创建的虚拟实验上传到数据库，以充实实验内容。而学生用户则无此权限。

下面的工作流程展示了用户如何进行网上实验。

3.2 基本工作流程

从图1的工作流程图可以看出，用户首先提出申请，获准后即可通过两种方式进行虚拟实验。第一种是用户输入实验参数，由服务器运行仿真软件，并将实验结果返回用户，在该过程中，教师还可以利用发送电子邮件、在线答疑等方式解答学生提出的问题。网络虚拟实验系统采用NS2模拟器来实现对用户提交的网络场景的模拟。系统以JavaApplet的形式实现用户操作界面；用JavaBean来实现虚拟试验设备和实验组件库；通过生成OTCL模拟脚本来描述用户在实验室操作界面上所定义的网络拓扑，统计数据的收集、链路故障的模拟、路由变化等网络场景信息。客户端和服务器端之间的远程通信由RMI远程调用机制来实现。图2为一个含四个节点的网络拓扑图，其对应的Otcl脚本语言为：

proc create_testnet { }

{

global s1 s2 r1 k1

set s1 [ns node]

set s2 [ns node]

set r1 [ns node]

set k1 [ns node]

ns_duplex $s1 $r1 8Mb 5ms drop-tail

ns_duplex $s2 $r1 8Mb 5ms drop-tail

set L [ns_duplex $r1 $k1 800Kb 100ms drop-tail]

[lindex $L 0] set queue-limit 6

[lindex $L 1] set queue-limit 6

}

第二种是用户下载仿真软件，直接在自己的PC机上运行仿真软件。仿真软件可以包括Boson NetSim等（如图3），也可以包括自行开发的网络嗅探器Sniffer、协议分析仪等小工具（如图4）。用户可以根据自己的需要进行各种模拟实验，不足之处在于交互不够。

■

图3 NetSim网络模拟器

■

图4 自行开发的网络小工具

4 结束语

随着网络仿真技术、虚拟现实技术、多媒体技术等的发展, 虚拟实验室能很大程度地辅助教学，虚拟实验室的研究会越来越受到人们的重视和关注。

参考文献：

[1] 谢慧, 聂峰, 周大伟. 网络实验室虚拟实验系统的规划与设计[J]. 实验科学与技术, 2004(2):68-70.

虚拟实验室范文第9篇

1金属焊接实验教学面临的挑战

金属焊接是材料成型及控制工程专业的一门重要的专业基础课,也是一门实践性很强的课程.该课程以金属材料为研究对象,要求学生掌握冶金理论和石油石化生产领域金属材料的焊接方法、焊接性能以及焊接工艺.按照卓越计划中工程教育对课程的要求,传统的课程实验教学条件将面临很大的挑战[2]:(1)由于高校实验教学设备的数量有限、设备类型单一,无法满足大量学生同时做实验的需要;(2)一些大型金属焊接实验设备投入和维修成本高;(3)实验设备更新较慢,在用的实验设备往往与新技术设备差距较大;(4)部分特殊实验无法实现,如大型球罐焊接、在役管线焊接修复、事故模拟等.实验设备条件的不足成为金属焊接实验教学发展的一大阻力.

2虚拟实验室的优势

1989年,美国弗吉尼亚大学的WilliamWolf教授提出虚拟实验室概念后[3],引起世界各国实验教学工作者的重视.我国从2000年开始进行虚拟实验室的研究及建设.目前,依托卓越计划,高校积极建设虚拟实验室[4G5],虚拟实验与真实实验相互补充,提高教学效果.虚拟实验室的优势主要有以下4方面.(1)投资少.虚拟实验的教学资源是数字化资源,方便扩充和共享.一方面,它节省了学校采购大型实验设备和更新实验设备的资金投入,有效地解决了教学资源短缺、设备陈旧及更新缓慢等问题[6];另一方面,虚拟实验室可以通过网络实现资源共享,避免了实验仪器设备的重复购置.此外,虚拟实验室也节省了学生进行自主实验时购买材料的费用.(2)安全性高.当学生进行实际操作实验时,由于操作不当便可能造成人身伤害和财产的损失;而带压管道的在役焊接等一些危险性较大的实验,学生也无法亲自操作.借助虚拟实验室,不但可以对高危险性的实验进行仿真,弥补教学条件的不足,同时可以避免真实的高危险实验中的各种安全问题.(3)实现形象化教学,提高学生实验兴趣.采用虚拟技术构建的虚拟实验室,运用计算机图形、声音和图像创造逼真的实验环境,不受时间和空间的限制.以石油石化行业典型的大型压力容器焊接为例,采用虚拟实验,不但能以三维图形图像和声音将焊前准备、预热及焊接过程逼真地的表现出来,使学生有丰富的感性认识,还能通过模拟不同现场条件下的焊接实验(如球罐环焊缝焊接中的平焊、立焊和仰焊)加深学生对教学内容的理解.(4)激发学生的创新能力.“卓越计划”的一个典型特点是强化培养学生的工程能力和创新能力.其中创新能力的培养在于激发学生的创新思维,提高学习主动性,让学生从知识的接受者转变为知识的探究者[7].虚拟实验室使实验教学变得极富创造性,学生作为实验主体能够发挥自主创新性.虚拟实验室的开发和设计,是通过预设的实验步骤、语音、按键等引导学生进行实验.学生可以灵活选择实验方案和实验系统,根据实验目的,短时间内更换焊接材料、更改焊接方案、调整焊接工艺参数.虚拟实验引导学生正确地理解实验现象、总结分析实验结果,而不需要消耗太多时间和实验资源;学生在尝试和总结中进行探索、发现事物的本质和规律,有利于扩展思维空间,有助于提高实践创新能力.

3实验教学虚实结合的应用

3．1虚拟实验室的局限性

教学实践证明,虚拟实验室虽能在很大程度上辅助教学,但不能完全取代真实的实验室.这是因为:(1)虚拟实验室的教学模式过于强调学生的自主性,教师的主导作用难以体现,容易偏离教学目标;(2)过多的虚拟实验将导致学生和教师之间的情感联系减少,计算机网络终端成为师生之间面对面交流的障碍,削弱了直接交流的情感教育[8];(3)虚拟实验室是人为设计的,仿真实验环节、实验操作流程、文字说明及语音提示等皆受控于设计人员,导致实际焊接实验结果的细节化和多样化被掩盖,不利于学生发现实验中的问题和更细致地观察实验现象;(4)更重要的是,虚拟实验允许学生在实验中的出错,对于培养学生认真、谨慎、负责的实验态度是非常不利的.可见,对材料成型及控制工程专业而言,培养学生的动手能力离不开实际操作的训练,创新思想更需要实践的验证[9G10],“虚实结合”的教学模式能够做到优势互补.

3．2虚实结合的金属焊接实验教学

按照卓越计划对“卓越”的要求,金属焊接课程应以培养学生的能力为出发点.我校自主研发的金属焊接课程虚拟实验室系统,包含一个虚拟展厅和弧焊电源、焊接设备、焊接工艺和焊接检验等4个实验室[11G12].在金属焊接实验教学的实施过程中,采用虚实结合的教学模式.以金属焊接中“插销焊接实验”为例,通过“虚拟实验—实际实验操作—强化虚拟实验”的过程,循序渐进地培养学生的实践技能和创新能力.(1)实验准备.实验前先进行知识准备,通过虚拟实验室系统预习实验过程,了解实验目的.(2)虚拟实验.学生在网络终端进入虚拟实验室,根据文字及语音提示逐步完成实验,虚拟实验室系统可以对虚拟实验的操作错误给予提示和帮助.学生在完成插销的焊接以及加载荷的实验过程中,可进行多次操作练习.实验结束后,学生可以在线提交实验报告,实验教师根据学生的实验结果给予指导,为实际操作做好准备.(3)实际操作实验.学生在虚拟实验的基础上进行实物实验操作,减少了实验过程中时间和材料的浪费.通过直观的观察,学生能够更加深刻地理解插销焊接实验过程及评价氢致延迟裂纹敏感性的意义.(4)强化虚拟实验.通过实际实验操作,学生能够进一步完善焊接方案及焊接工艺,再依靠虚拟实验系统进行实验讨论、创新及改进.尤其是参加大学生创新实验项目的学生,通过“虚实结合”的实验模式能够举一反三,对金属焊接课程的理解也再次提升.

4结束语

虚拟实验室教学平台提供了一个不受时空限制的开放性实验环境,在节省资源、安全性、形象化教学以及提高学生自主性、创新性等方面具有独特的优势,是高校实验教学的重要形式.尤其是在焊接实验中,学生可以在逼真的环境中虚拟完成大型设备的焊接、拆装操作,丰富了金属焊接课程的实验教学内容.随着虚拟仿真技术的发展,虚拟实验室必将在金属焊接课程的实验教学中发挥更加积极的作用.但是,虚拟实验室不可能完全取代真实的实验室,而基于虚拟实验室构建技术和金属焊接实验相结合的虚实结合的实验教学模式代表着先进实验教学的方向,为石油类高校金属焊接课程的实验教学提供了一种崭新的模式.

虚拟实验室范文第10篇

关键词 虚拟现实技术；虚拟实验室；中学物理实验

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2012)06-0121-02

Pre-test of Virtual Laboratory and Application in Physics Experiment of Middle School//Li Kun

Abstract Virtual reality technology is a very popular term, the application based on this technology get lots of attention and developed very well. The development and application of Virtual Laboratory is one of the experiment teaching aspects application in the field of education. It has injected new blood into the traditional experimental teaching, and provides support for the curriculum reform. In view of the present status of research and application, the thesis expounds the concepts the virtual reality technology of virtual laboratory, and do the preliminary designing and researching to set up the Junior Middle School Physics Virtual Laboratory.

Key words virtual reality technology; virtual laboratory; school physics experiment

Author’s address School of Education，Hebei University，Baoding, Hebei, China 071000

随着计算机技术和互联网技术的飞速发展，虚拟现实技术的发展也大大得到推动，虚拟实验室也相继应运而生。虚拟实验室是基于虚拟现实技术而建立的，通过计算机完成操作的虚拟的实验空间，它作为传统的真实实验室的补充与辅助手段，对其发挥着积极且显著的作用。目前的虚拟实验室几乎都是在高校中建立的，针对的大多是高校学生的研究、探索性实验，而对于中学实验并没有得到足够的重视与开发应用。作为义务教育阶段的中学学生，虚拟实验室的建立也是非常需要的。本文针对虚拟实验室及其在中学物理实验中的应用展开分析，以促进中学物理实验教学，并为以后的相关研究与设计开发提供依据和参考。

1 虚拟现实技术与虚拟实验室

1.1 虚拟现实技术

1）虚拟现实技术的定义及特征。虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）是指采用以计算机技术为核心的现代高科技手段生成逼真的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等一体化的虚拟环境，用户借助一些特殊的输入/输出设备，采用自然的方式与虚拟世界中的物体进行交互，相互影响，从而产生亲临真实环境的感受和体验[1]。它具有沉浸性、交互性、想象性三大特性。

2）虚拟现实技术的类型。根据用户参与虚拟现实的不同形式以及沉浸的程度不同，虚拟现实技术分为三类：①桌面式虚拟现实，也被称为“窗口仿真”，计算机屏幕作为用户观察虚拟环境的窗口，通过各种输入设备与虚拟现实世界交互。②沉浸式虚拟现实，是最理想的追求目标，实现的主要方式是戴上特制的头盔显示器、数据手套以及身体部位跟踪器，通过听觉、触觉和视觉完全沉浸到虚拟世界中；③共享性虚拟现实，多个客户端通过计算机网络连接在一起，同时进入由服务器构筑的虚拟空间，共同体验虚拟经历，从而达到协同操作的目的。

1.2 虚拟实验室及其优势

虚拟现实技术在实验教学中的具体应用就是虚拟实验室，虚拟实验室是基于虚拟现实技术的一个虚拟空间，由于虚拟现实技术的特性，虚拟实验室有着传统实验室不可比拟的性能和特点。1）节省实验成本，实验不消耗实验材料，可不限次数地重复操作。2）安全，在虚拟实验环境中可以放心地去做各种危险实验。如虚拟的外科手术，可避免由于学生操作失误而造成“病人”死亡的医疗事故。3）在实验内容上彻底打破时间与空间的限制，学生能够观察大到宇宙天体，小至原子粒子，甚至可以停止时间的推移，以便仔细观察随时间变化的现象，如果蝇的繁殖、化石的形成。4）实验者方面，可跨越地域做实验，甚至多个实验者在不同地域协同做实验。

2 中学物理实验教学现状

2.1 中学物理实验教学的重要性

在我国初中学习属于义务教育，每个适龄儿童都要接受，其重要性自不必多说。其中物理是理科课程中非常重要的一门课程，物理实验教学是巩固学生所学理论知识、培养学生实践能力和创新精神不可缺少的教学环节，它在整个教学中的地位越来越受到教师与学生的重视。

2.2 中学物理实验教学中存在的问题

1）受资金限制，实验用品有限。在各个中学中，除了经济实力较为雄厚的一些重点中学和私立中学外，部分城市普通中学、乡镇或农村的中学的资金都不是很充足，在实验教学的仪器、用品的投资方面往往会捉襟见肘，从而导致实验用品的数量和质量都打了折扣。

2）某些实验无法实施或效果不佳。在中学物理的实验中，有一类实验是不能由学生亲自动手做的，因为这类实验是有危险性的或者是课堂教学无法完成的，如“水的沸点与气压的关系”实验，“地磁场”实验等。

3）实验方案死板，禁锢学生思路。有些中学物理实验一直沿用一种实验方案，几年甚至十几年都没有更新，而且对于一个实验每个学生看到的都是一样的方案，进行实验的过程都一样，留给学生自己动脑设计实验的空间很小，这不免禁锢了学生的思路。

4）实验室需要专人维护整理，费时又费力。几乎每个学校都会安排专门的教师来管理实验室，这是很有必要的，但是这个管理维护的工作非常繁琐，教师要面对不同种类的实验仪器、实验药品等进行归纳、整理、维修、更新，同时要保持实验室卫生、整洁的环境，可见这要耗费教师很多精力。

3 中学物理虚拟实验室构建

3.1 中学物理虚拟实验室的定位

此虚拟实验室是定位于对传统的中学物理实验教学的加强与补充。虚拟实验室的设计者和使用者必须明确的是，此虚拟实验室不能也不可能取代传统的物理实验室，虚拟实验也不可能取代真实实验，它只是作为计算机辅助教学的一种手段出现在中学物理教学中。

3.2 硬件构成

由于中学物理实验对于虚拟现实技术层次要求并不是很高以及成本限制，所以使用桌面式虚拟现实来构建虚拟实验室即可满足教学需求。硬件方面只需一个局域网的服务器和用来实验的PC机即可，各个PC机与服务器组成局域网，每个PC机就是学生的“个人实验室”。

3.3 软件构成

软件方面可以采用VRML结合3dMax进行设计开发。VRML建模的优点：1）平台无关性；2）传输速度快；3）场景结构容易创建；4）高效率的事件处理机制；5）可以增加动态和交互模型。3dMax建模功能强大，实时绘制模型直观，基于Windows平台，入门较易，操作简单。另外，在开发虚拟仪器时还可以使用专门的开发软件LabVIEW，它是一种图形化的编程语言和开发环境，利用它可以很方便、快捷地建立自己的虚拟仪器。

3.4 虚拟实验室的使用

根据各学校的教学需求和经济状况，学校可以建立单独的虚拟实验室机房，也可以将其整合到计算机机房，现在大部分中小学都建立了信息技术课的机房。学校还可以采用半开放式管理，对部分学生或者兴趣小组成员、奥赛选手长期开放。

3.5 实验室的维护

关于实验室的维护方面，虚拟实验室不需要很多专门的实验室教师负责整理维护实验用品，它只需要给学生提供辅导的物理教师和少量对PC机与局域网进行维护的技术人员即可，另外条件允许的情况下可以安排负责软件更新、增删设备的设计人员。

3.6 实验室的拓展方向

目前设计的是小型局域网内的虚拟实验室，在使用和改进过程中，还可以将实验室与校园网和Internet连接，从而与其他学校的虚拟实验室资源共享，教师和学生在家就可以通过互联网进行虚拟实验，各学校间也可以合作完成某项实验。

4 结束语

虽然虚拟物理实验室不能完全取代真实实验室，但是它作为物理实验教学的辅助是非常有效的，是对传统实验教学的重要补充，为学生提供了一种崭新的实验方式，为培养学生创新思维、实现教育资源共享提供强有力的支持，在未来的教育技术中将会是一个重要的分支。

参考文献

[1]胡小强.虚拟现实技术基础与应用[M].北京:北京邮电大学出版社,2009.

[2]刘伟善.基于虚拟仪器的中学物理实验仪系统的应用[J].中小学信息技术教育,2007(7-8):116-118.