趙　婭　劉賢梅

【摘要】遠(yuǎn)程教育是現(xiàn)代教育理念中舉足輕重的一部分，而實(shí)踐操作環(huán)節(jié)則是制約遠(yuǎn)程教育模式更加完善的關(guān)鍵因素。文中首先對(duì)遠(yuǎn)程教育中基于Web的虛擬實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用可行性進(jìn)行了分析，然后對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了簡(jiǎn)介，接著描述了基于Web的虛擬實(shí)驗(yàn)室的體系結(jié)構(gòu)和功能流程， 并對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了闡述，最后對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室在遠(yuǎn)程教育的應(yīng)用功能進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】遠(yuǎn)程教育；現(xiàn)代教育；虛擬實(shí)驗(yàn)室；虛擬實(shí)驗(yàn)；Web

【中圖分類號(hào)】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【論文編號(hào)】1009—8097 (2009) 02—0124—04

引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，遠(yuǎn)程教育已成為傳統(tǒng)教育的重要補(bǔ)充。遠(yuǎn)程教育的發(fā)展經(jīng)歷了廣播教學(xué)、電視教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)三個(gè)階段，其中以網(wǎng)絡(luò)教學(xué)最能代表未來(lái)遠(yuǎn)程教育的發(fā)展方向。其不受地域控制、學(xué)生自主學(xué)習(xí)及復(fù)習(xí)、師生自由交流等優(yōu)良教學(xué)效果使其成為現(xiàn)代教育理念中舉足輕重的一部分。遠(yuǎn)程教育雖然在理論教育方面取得了一定成效，但實(shí)踐環(huán)節(jié)的開展卻成為制約遠(yuǎn)程教育進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。眾所周知：實(shí)驗(yàn)是教學(xué)活動(dòng)中必不可少的環(huán)節(jié)，很多科目都是以實(shí)驗(yàn)課程為基礎(chǔ)的，尤其是一些實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科，例如編程語(yǔ)言、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用、物理、化學(xué)、工程類等。實(shí)驗(yàn)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力和解決問(wèn)題能力是至關(guān)重要的，學(xué)生的大部分實(shí)踐能力都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的。而遠(yuǎn)程教育是基于網(wǎng)絡(luò)的，某些只需要軟件環(huán)境的實(shí)驗(yàn)可以順利通過(guò)本地機(jī)器開展，而那些需要硬件設(shè)備的實(shí)驗(yàn)的開展就受到限制如：實(shí)驗(yàn)環(huán)境不具備、實(shí)驗(yàn)器材位置固定、實(shí)驗(yàn)無(wú)法由實(shí)驗(yàn)者獨(dú)自開展等，使得學(xué)生的實(shí)踐機(jī)會(huì)缺乏，阻礙了學(xué)生動(dòng)手能力的提高，也制約了遠(yuǎn)程教育的進(jìn)一步發(fā)展。

由于虛擬儀器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成為可能，網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)已成為高校教學(xué)改革的重要方向?；赪eb的虛擬實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建成本低，且能夠?yàn)閷W(xué)生提供生動(dòng)、逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，學(xué)生可以“進(jìn)入”虛擬實(shí)驗(yàn)室，能夠成為虛擬環(huán)境的一名參與者，在虛擬環(huán)境中扮演實(shí)驗(yàn)者角色，能夠“真實(shí)”地去操作實(shí)驗(yàn)儀器，進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)[1]。這對(duì)于解決遠(yuǎn)程教育的硬件實(shí)驗(yàn)瓶頸、對(duì)于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，突破教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的技能都將起到積極的作用。由此可知，虛擬實(shí)驗(yàn)室的出現(xiàn)，不僅極大地彌補(bǔ)了遠(yuǎn)程教育模式的局限和不足，還使得遠(yuǎn)程教育的方式方法更趨完善，成為教育發(fā)展史上的又一個(gè)里程碑[2]。

眾所周知，在油田技能培訓(xùn)中，鉆井技術(shù)人員需要系統(tǒng)地學(xué)習(xí)鉆井工程的基礎(chǔ)理論并練習(xí)相關(guān)實(shí)踐知識(shí)，而由于油田工作時(shí)間、空間及地域的限制，他們的學(xué)習(xí)主要通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)來(lái)進(jìn)行，但是在現(xiàn)場(chǎng)開設(shè)和進(jìn)行鉆井工藝實(shí)驗(yàn)存在一定的局限性：真實(shí)鉆井設(shè)備昂貴，直接操作危險(xiǎn)性大，對(duì)設(shè)備損耗大，實(shí)驗(yàn)一旦失敗損失嚴(yán)重，不適合具體實(shí)驗(yàn)的開展，因此可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)室為這些人員開設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)。本文以此為例，來(lái)研究基于Web的虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建，并對(duì)其在遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

一 虛擬實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)介

虛擬實(shí)驗(yàn)室（Virtual Laboratory）的概念，由美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)（University of Virginia）的威廉?沃爾夫（William Wolf）教授于1989年首先提出，它是指由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的一類適于進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括相應(yīng)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、有關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)對(duì)象以及實(shí)驗(yàn)信息資源等，它描述了一個(gè)計(jì)算機(jī)化的虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，致力于構(gòu)筑一個(gè)綜合不同工具和技術(shù)的信息化集成環(huán)境[3]。在這個(gè)環(huán)境里，用戶可以非常有效地利用其中的數(shù)據(jù)、信息、儀器設(shè)備及人力等資源。虛擬實(shí)驗(yàn)室可以是某一現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)實(shí)現(xiàn)，也可以是虛擬構(gòu)想成的實(shí)驗(yàn)室。

而基于Web的虛擬實(shí)驗(yàn)室就是通過(guò)Internet創(chuàng)建出一個(gè)可視化的三維環(huán)境，其中每一個(gè)可視化的三維物體代表一種實(shí)驗(yàn)儀器或?qū)ο骩4]。通過(guò)鼠標(biāo)的點(diǎn)擊以及拖曳等交互性操作，位于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器任何一個(gè)終端的學(xué)生都可以在虛擬實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行虛擬的實(shí)驗(yàn)。它的基礎(chǔ)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與虛擬儀器技術(shù)的結(jié)合。利用該虛擬實(shí)驗(yàn)室學(xué)生可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)親自動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)儀器，觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

二 基于Web的虛擬鉆井實(shí)驗(yàn)室研究與實(shí)現(xiàn)

1 虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，基于Web的虛擬實(shí)驗(yàn)室允許處于不同位置的學(xué)習(xí)者可以同時(shí)對(duì)同一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。與真實(shí)實(shí)驗(yàn)室相同的是，實(shí)驗(yàn)工具和實(shí)驗(yàn)技術(shù)是獨(dú)立于各自領(lǐng)域的，不同之處在于虛擬實(shí)驗(yàn)室中操作的并非現(xiàn)實(shí)中存在的真實(shí)設(shè)備，而只是以軟件仿真模擬的那些已存在或構(gòu)想的設(shè)備；虛擬實(shí)驗(yàn)室需要針對(duì)不同的項(xiàng)目分別設(shè)計(jì)具體的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，它還要求實(shí)驗(yàn)的參與者共享實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)規(guī)則。

本文所建立的實(shí)驗(yàn)室體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，它采用瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。從該圖可以看出，虛擬實(shí)驗(yàn)室主要包括Web瀏覽器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（Internet）、Web服務(wù)器、實(shí)驗(yàn)處理系統(tǒng)和信息數(shù)據(jù)庫(kù)幾個(gè)部分。

客戶端瀏覽器是學(xué)習(xí)人員的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，任何遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)終端實(shí)驗(yàn)者通過(guò)它都可以方便地進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室，并根據(jù)需要進(jìn)入不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就像根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)入不同的真實(shí)實(shí)驗(yàn)室一樣。在使用中，實(shí)驗(yàn)者可以在線瀏覽、在線仿真、在線控制、在線交流。

信息數(shù)據(jù)庫(kù)包括實(shí)驗(yàn)大綱、實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)提示及其他的一些相關(guān)教學(xué)資料；虛擬儀器數(shù)據(jù)庫(kù)包含了實(shí)驗(yàn)者可以使用及操縱的全部虛擬儀器；三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)由實(shí)驗(yàn)環(huán)境及相關(guān)的紋理、材質(zhì)、聲音等構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)集成系統(tǒng)、場(chǎng)景調(diào)度系統(tǒng)和儀器調(diào)度系統(tǒng)緊密結(jié)合，協(xié)調(diào)工作。

實(shí)驗(yàn)集成系統(tǒng)根據(jù)客戶端用戶的操作請(qǐng)求，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程數(shù)學(xué)模型的控制下進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果分別傳遞給場(chǎng)景調(diào)度系統(tǒng)和儀器調(diào)度系統(tǒng)，調(diào)度場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)和虛擬儀器數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景進(jìn)行刷新顯示并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞給遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者。

該系統(tǒng)存放在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，只要實(shí)驗(yàn)者安裝Internet瀏覽器，就可以根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景和虛擬儀器進(jìn)行遠(yuǎn)程瀏覽及交互操作。

2 虛擬實(shí)驗(yàn)室的系統(tǒng)功能流程

基于Web的虛擬鉆井實(shí)驗(yàn)室建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)工程，其目的是為了滿足網(wǎng)絡(luò)終端的任一實(shí)驗(yàn)者可以隨時(shí)隨地進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)、觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等。為了更加優(yōu)化地設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，可以按照實(shí)驗(yàn)室功能及實(shí)驗(yàn)流程將系統(tǒng)化分為若干子系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)現(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)的功能來(lái)構(gòu)建整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的全部功能。

根據(jù)功能可以將系統(tǒng)劃分為實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)等子系統(tǒng)，如圖2所示。下面以該虛擬實(shí)驗(yàn)室中的高壓水力噴射破巖實(shí)驗(yàn)為例來(lái)對(duì)各部分功能進(jìn)行簡(jiǎn)要描述：

該課程的某一遠(yuǎn)程用戶在某網(wǎng)絡(luò)終端打開虛擬實(shí)驗(yàn)室即實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)主頁(yè)面，進(jìn)行用戶登錄以后（用于區(qū)別教師用戶和學(xué)生用戶，此處特指學(xué)生用戶），首先可以瀏覽該主頁(yè)基本功能，主頁(yè)面對(duì)該虛擬實(shí)驗(yàn)室可提供的所有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了概述，通過(guò)它可以了解整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)造情況，并可以獲取一些實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)。用戶在選擇了該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)后，進(jìn)入該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的專有頁(yè)面，首先用鼠標(biāo)點(diǎn)擊頁(yè)面左側(cè)上方的巖芯選項(xiàng)，在一系列巖芯模型中選擇用戶想要的巖芯，選擇后巖芯模型欄會(huì)自動(dòng)收起，并在頁(yè)面左側(cè)上方顯示巖芯模型及其規(guī)格參數(shù)；然后在頁(yè)面左側(cè)中間的文本框中輸入高壓水力破巖的水力速度，以m/h為單位；從而進(jìn)入實(shí)驗(yàn)頁(yè)面。

用戶在進(jìn)行以上操作的同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)將這一系列信息傳輸?shù)綄?shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)根據(jù)用戶的操作信息調(diào)出該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所需的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景和儀器。數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析后傳輸?shù)綄?shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)，這些數(shù)據(jù)信息主要在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中控制實(shí)驗(yàn)儀器的運(yùn)動(dòng)速度及狀態(tài)。

實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)在接到分析好的數(shù)據(jù)信息后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)反饋給實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)提示用戶實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備就緒，用戶點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中的控制箱開始按鈕，實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)接收到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)傳輸來(lái)的信號(hào)后，開始具體的實(shí)驗(yàn)操作。此時(shí)，該實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)傳輸?shù)浇Y(jié)果顯示系統(tǒng)，將模擬過(guò)程中水力的沖擊現(xiàn)象、巖芯變化情況、儀表數(shù)據(jù)信息一一顯示給用戶。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程完成后，用戶通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊結(jié)束實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示系統(tǒng)將巖芯的破損現(xiàn)象顯示給用戶，其破損程度數(shù)值則通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)傳輸給數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)在分析數(shù)據(jù)是否屬于有效范圍的同時(shí)傳輸一份給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（方便用戶以后調(diào)用并查看此次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果），最后，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將原始數(shù)據(jù)及分析結(jié)果以數(shù)據(jù)或圖表的形式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)傳輸給結(jié)果顯示系統(tǒng)，以便用戶分析此次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3 虛擬實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

（1） 建立三維實(shí)體模型

針對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室中的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來(lái)分析實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景及所包含的實(shí)驗(yàn)儀器，確定實(shí)體模型，然后使用三維建模軟件建立場(chǎng)景和儀器的三維實(shí)體模型。虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景和虛擬儀器的三維實(shí)體模型一般包括非動(dòng)態(tài)實(shí)體模型和動(dòng)態(tài)實(shí)體模型兩大類。非動(dòng)態(tài)實(shí)體模型是指不參與交互和運(yùn)動(dòng)的靜態(tài)實(shí)體模型（如實(shí)驗(yàn)桌、凳子等），動(dòng)態(tài)實(shí)體模型是指具有運(yùn)動(dòng)屬性和參與交互的各種實(shí)體模型。對(duì)于靜態(tài)實(shí)體模型需要從形狀和外觀上對(duì)實(shí)體進(jìn)行模擬，同時(shí)注意減低模型的復(fù)雜度。而對(duì)于動(dòng)態(tài)實(shí)體模型，在建立三維實(shí)體模型的同時(shí)，要賦予其動(dòng)態(tài)屬性。

（2） 實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中的人機(jī)實(shí)時(shí)交互

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)終端的實(shí)驗(yàn)者來(lái)說(shuō)，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中能夠真實(shí)地操縱實(shí)驗(yàn)儀器和控制實(shí)驗(yàn)的開展是至關(guān)重要的。而該虛擬實(shí)驗(yàn)室正是通過(guò)人機(jī)交互技術(shù)實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中人和實(shí)驗(yàn)環(huán)境及實(shí)驗(yàn)儀器的實(shí)時(shí)交互，主要包括：對(duì)實(shí)驗(yàn)室的漫游以及對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的操縱。

實(shí)驗(yàn)者在開展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之前，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境及實(shí)驗(yàn)儀器做一個(gè)總體的了解，這就需要實(shí)驗(yàn)者對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行漫游，通過(guò)對(duì)漫游方向和漫游速率的設(shè)置，實(shí)驗(yàn)者可以盡情瀏覽實(shí)驗(yàn)室的任何一個(gè)角落及了解實(shí)驗(yàn)儀器的具體構(gòu)造。

在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行中，實(shí)驗(yàn)者需要借助相應(yīng)的輸入設(shè)備在虛擬場(chǎng)景中選擇被操縱的儀器，對(duì)該儀器實(shí)施選擇、平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等基本，并可以操縱整個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)流程，可以任意暫停重新開始，也可以一直進(jìn)展到實(shí)驗(yàn)結(jié)束從而觀察最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（3） 虛擬實(shí)驗(yàn)室的集成及網(wǎng)絡(luò)發(fā)布

由于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景和實(shí)驗(yàn)儀器是單獨(dú)構(gòu)建的，并且一個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器有可能在多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中出現(xiàn)，這就需要對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行集成。集成主要是根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目將設(shè)計(jì)好的虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景和該項(xiàng)目所需要的實(shí)驗(yàn)儀器集成到一個(gè)固定的虛擬場(chǎng)所中（比如實(shí)驗(yàn)臺(tái)、實(shí)驗(yàn)教室等），同時(shí)輔以各種其它的媒體素材進(jìn)行編輯合成（如聲音），以完善和美化實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，使實(shí)驗(yàn)室界面更加友好，更受到實(shí)驗(yàn)者的歡迎。

為了將集成好的實(shí)驗(yàn)室公開給遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者使用，則需要對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。發(fā)布后虛擬實(shí)驗(yàn)室才能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程使用、共享合作、虛擬實(shí)驗(yàn)等功能。

以本文所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)為例，其中兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目集成及發(fā)布后的場(chǎng)景如圖3、圖4所示。

三 基于Web的虛擬實(shí)驗(yàn)室在遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用分析

基于Web的虛擬實(shí)驗(yàn)室為遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)終端的學(xué)生提供了一個(gè)完整的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境。它在實(shí)驗(yàn)的本體逼真性和應(yīng)用普遍性，以及在給予實(shí)驗(yàn)者現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)感受和實(shí)驗(yàn)效果等方面有著良好的效果，它可以讓實(shí)驗(yàn)者有更加逼真的感覺(jué)，讓實(shí)驗(yàn)者感覺(jué)到自己似乎是在真正的現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室里近距離進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)操作。它的幾項(xiàng)主要功能決定了將其應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。

1 綜合管理功能

虛擬實(shí)驗(yàn)室將所有虛擬場(chǎng)景、虛擬儀器，甚至網(wǎng)絡(luò)終端的多個(gè)實(shí)驗(yàn)者集成于一個(gè)系統(tǒng)中，使用標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一命令來(lái)實(shí)現(xiàn)功能服務(wù)；虛擬實(shí)驗(yàn)室可以對(duì)虛擬儀器和虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行管理，即能添加、修改和刪除虛擬儀器和虛擬實(shí)驗(yàn)，以使虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)適應(yīng)遠(yuǎn)程教學(xué)的實(shí)驗(yàn)變更要求。

2 資源共享及互動(dòng)操作功能

建立虛擬實(shí)驗(yàn)室的宗旨之一就是為了做到資源共享。實(shí)驗(yàn)者可以共享實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)環(huán)境等相關(guān)資源，該特性能夠減少重復(fù)投資，可以大大節(jié)約投資成本。而虛擬實(shí)驗(yàn)室一旦開放，即具有互動(dòng)性，遠(yuǎn)程用戶可以操作本地實(shí)驗(yàn)室，同時(shí)用戶之間可以交流信息，如在Java Applet界面中包含有接收對(duì)話框和發(fā)送對(duì)話框。

3 實(shí)驗(yàn)功能

這是虛擬實(shí)驗(yàn)室的核心功能。每一個(gè)典型的虛擬實(shí)驗(yàn)在結(jié)構(gòu)上主要包括：實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容步驟幾部分。遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者可以很方便地了解實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用到的各類虛擬儀器的功能及使用方法，也可以很方便地查看實(shí)驗(yàn)的主要目的、實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)的要求、注意事項(xiàng)等，如果沒(méi)有透徹地理解實(shí)驗(yàn)流程，實(shí)驗(yàn)者還可以方便地獲取實(shí)驗(yàn)實(shí)施的具體步驟。

4 擴(kuò)展功能

跟隨教學(xué)內(nèi)容的改動(dòng)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也必將產(chǎn)生變化，則虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目需要及時(shí)擴(kuò)充、縮減或修改，服務(wù)功能也要隨時(shí)增刪或修改。而實(shí)驗(yàn)室本身所具備的綜合管理、資源共享等特點(diǎn)，給改變實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等提供了低消耗的快速的可擴(kuò)展特性。

5 安全機(jī)制

安全性是開放的、透明的、資源共享的遠(yuǎn)程合作環(huán)境所必需的保障條件，虛擬實(shí)驗(yàn)室必須采取必要的措施和技術(shù)手段維護(hù)系統(tǒng)軟件和用戶知識(shí)產(chǎn)權(quán)的安全。具有安全措施的虛擬實(shí)驗(yàn)室，系統(tǒng)能夠做到拒絕非法訪問(wèn)者進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室，也可以將合法訪問(wèn)者的不當(dāng)操作及時(shí)中止。例如采用登錄機(jī)制，用戶若要進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室，首先必須登錄，以核對(duì)用戶是否有使用權(quán)限。這樣一方面可以阻止非法用戶的入侵；另一方面可針對(duì)不同的用戶，賦予不同的使用權(quán)限。例如：教師用戶可以將自己創(chuàng)建的虛擬實(shí)驗(yàn)上傳到服務(wù)器端，以充實(shí)虛擬實(shí)驗(yàn)室的內(nèi)容。而學(xué)生用戶則無(wú)此權(quán)限。

由以上五個(gè)方面可知可知，虛擬實(shí)驗(yàn)室給遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)了無(wú)法言喻的優(yōu)勢(shì)，決定了它在遠(yuǎn)程教育中有著良好的應(yīng)用前景。

四 結(jié)論

將虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育對(duì)探索和發(fā)展現(xiàn)代教育理念、提高教育技術(shù)水平、改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境、優(yōu)化教學(xué)過(guò)程、培養(yǎng)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者的動(dòng)手能力等產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，同時(shí)有助于解決遠(yuǎn)程教學(xué)無(wú)基于具體儀器的實(shí)踐、遠(yuǎn)程教學(xué)培養(yǎng)的學(xué)生動(dòng)手能力差等問(wèn)題。虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的開發(fā)及投入使用，為遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入了活力，突破了實(shí)驗(yàn)室時(shí)間、空間、地域的限制，實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為主體、多方向、全方位的遠(yuǎn)程教育，取得了顯著的教學(xué)成果。

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