高校虚拟实验室建设的研究.doc

高校虚拟实验室建设的研究摘要：针对高新实验建设受场地与资金的影响，实验仪器维护和实验保障等方面，提出虚拟实验室建设办法，提出更为经济，更有效率的建设模式，为虚拟实验教学思路和方法提供一定的参考。关键词：虚拟实验室 实验建设 实验教学中图分类号：tp391文献标识码：a文章编号：1007-9416(2011)11-0119-0221世纪是信息和知识经济时代,实验教育的任务是培养具有创新精神和能力的高素质人才。随着电子技术高速发展,新器件、新电路不断涌现，普通实验室的更新速度无法跟上技术的发展。而虚拟实验室是一种基于web技术、虚拟仿真技术构建的开放式网络化的虚拟实验教学系统，是现有各种教学实验室的数字化和虚拟化。虚拟实验室由虚拟实验台、虚拟器材库和开放式实验室管理系统组成。虚拟实验室为开设各种虚拟实验课程提供了全新的教学环境。虚拟实验台与真实实验台类似，可供学生自己动手配置、连接、调节和使用实验仪器设备。教师利用虚拟器材库中的器材自由搭建任意合理的典型实验，或实验案例，这一点是虚拟实验室有别于一般实验教学课件的重要特征。1、虚拟实验室应用与技术概况在国内教育领域,尤其在许多高校,虚拟实验技术的应用越来越受到人们的重视,并已在科学研究、虚拟实验教学、教育娱乐等方面发挥着重要作用。(1)虚拟实验技术运用于实验教学：由于虚拟实验技术的特点,它应用在理工科的教学中大有作为,目前国内的多数高校都根据自身教学需求建立了虚拟实验室,虚拟实验室成为强化实验室建设、改革实验教学手段的一个重要发展方向；(2)虚拟实验技术应用于校园模拟和仿真，国内一些高校开始逐步推广和使用虚拟校园模式,但是以实现浏览功能为主。随着网络教育的深入,基于教学、教务、校园生活的三维可视化虚拟校园呼之欲出；(3)目前许多高校根据需求建立了虚拟实验室,努力应用这种先进的实验工具辅助科学研究，如中国科技大学的物理仿真实验软件，广播电视大学物理虚拟实验，浙江大学的虚拟化学实验，同济大学建筑学院的建筑景观、结构仿真的虚拟实验室等。现在比较成熟的虚拟实验技术标准特点是：(1)系统结构为3层 bs结构，由客户端、网络服务器和数据库服务器组成。bs结构简化了客户端软件，只须安装web浏览器作为客户端的运行平台，采用该结构实现的共享虚拟环境比较稳定和健壮，可扩展性较好系统版本的升级及维护均在web服务器端进行的，用户需要访问时才动态下载，这就保证了用户每次使用的都是最新版本。(2)客户端与服务器端的通信采用基于tcp/ip协议的。1ava socket通信技术，java对网络通信提供了强有力的支待，其中包中的inetaddress、url、socket等类对tcpip协议提供了良好的支持。(3)服务器与数据库的通信技术是基于jdbc。(4)vrml与java间的通信是基于sai。2、虚拟实验建设的模式2.1 专业性的虚拟实验室这类虚拟实验室往往是根据教学量大或基础性的课程来建设的，形成的专门的虚拟实验教学实验室；学生在这类虚拟实验室中的实验任务较为简单，大多是验证性实验；但在建设这类虚拟实验室时，需要投入的资金较大，也需要有完整的网络系统来支持，同时日常虚拟实验系统的日常管理与维护量也较大。但与投入相比，这类虚拟实验室对学生基础技能的培养有着很大的帮助，同时它的低易耗性使实验教学能规模展开。它的系统结构如下：2.2 虛实混合实验室为弥补虚拟实验存在的不足，部分高校或研究所根据不同实验的特点，建设了虚实混合的实验室，这类实验室除了满足日常的验证性实验外，还增加了少量与之对应的实物仪器，使学生在虚拟实验操作过程或结束后，可以感受或体验下真实实验环境下的实验操作效果；同时这类实验室对于学生从验证性实验过渡到综合性、设计性实验起着过渡的作用，让学生从虚转到实的操作过程中有个过渡或缓冲的阶段，而且在虚与实结合的实验中，能让学生达到更好的学习效率。它的系统结构如下：2.3 网络版虚拟实验室网络版虚拟实验室指的是虚拟整个实验室，然后把其挂到校园网或外网上，供学生们在任何地点，不受时间限制地虚拟实验，它能提供实验的受益面。网络版的虚拟实验室在高校内已建设了许多年了，网络版的虚拟实验室大多应用于基础性的学科上；如：大学物理，是目前应用于网络虚拟实验最多的课程。中科大奥锐就是其中的代表，它把大学物理中最基础的验证性实验全部实现了网络虚拟，让学生可以随时随地进行虚拟实验的预习与准备，这为接下来的真实操作打了了扎实的基础，避免了实验设备过多地损耗。但这类虚拟实验室对学校的网络与虚拟实验室的计算机系统有着很高的要求，并且这类系统需要日常管理与维护的工作人员。它的技术模型如下：3、虚拟实验室建设的问题与建议虚拟实验室作为一个专业的完整系统，在选择建设时，应该结合自己的实际情况，如可投入的预算、未来使用虚拟实验系统的人群素质、场地等因素来选择相关的虚拟实验室建设方案；目前国内的虚拟实验室大多存在着：大、多、贵，具体为：(1)即重建设，要把虚拟实验室做大，而不顾当前的实际使用情况；(2)在购买相关虚拟实验时，只考虑着越多越好，无法有针对性地选择虚拟实验项目，毕竟有些实验可以实物操作，而无需虚拟；(3)忽视管理与后期的升级服务等，许多高校在把虚拟实验室建设完后的时间里，虚拟实验系统的实验基本都没有更新，这套虚拟实验系统也没有日常的管理人员，使虚拟实验大多只局限于新生的使用，造成虚拟实验系统在应用上的单一性，不利于发挥其无限虚拟的功能；针对目前虚拟实验室建设存在的问题，我们建议：(1)在建设虚拟实验前一定要深入调研了解自己实际的情况，在调研的基础上选择成熟的、平民化的技术，这样可以降低虚拟实验室的建设成本，同时，成熟的、平民化的技术在管理与维护上有着较为成熟的售后服务；(2)我们的实验教师要更新教学观念，要多深入实验室，了解虚拟实验最新的应用状况，要熟练掌握虚拟实验室的操作办法，在实验教学中应多投入精力在虚拟实验上，有条件的实验教师可以开发出符合自己教学特点的虚拟实验项目来；(3)虚拟实验室要重视虚拟实验系统的日常管理与维护，切实提高虚拟实验项目的质量，要注重虚拟实验项目的开发，使虚拟实验能让更多的群体受益。总之，随着我国高等教育、网络技术、通信技术的不断发展，尤其是远程教育的发展，虚拟实验室这种全新的实验教学理念将会被广大的师生接受，它使传统的实验教学理念与方式能够在网络环境下得到延续。参考文献1王晓楠,王仲海.虚拟现实技术及其应用j航空计算技术,2002,(02).2周前祥,姜世忠,姜国华.虚拟现实技术的研究现状与进展j计算机仿真,2003,(07).3王基生,于平太,李莹,孙苗苗.虚拟实验平台开发和应用的理性思考j.现代教育技术,2010,(02).4张建.大学物理虚拟仿真实验室的研究与开发d吉林大学,