楊陽

摘 要：虛擬實驗室是并立與實體實驗室而存在的一種實驗環(huán)境，它摒棄了實體實驗室投資大、受時空約束的缺陷。本文通過網絡搭建虛擬實驗室，討論了幾種虛擬實驗室搭建的關鍵技術及教學中的應用。

關鍵詞：虛擬實驗室；優(yōu)勢；搭建

1 引言

虛擬實驗室是一種借助計算機虛擬技術構建的實驗環(huán)境，是獨立于實體實驗室之外的一種科學研究方法。在實際的應用中，學者根據不同的角度和不同的應用范疇給出了不同的定義。

從技術角度上來看，虛擬實驗室是指在計算機系統(tǒng)中采用虛擬現實技術實現的各種虛擬實驗環(huán)境，實驗者可以像在真實的實驗環(huán)境中一樣完成各種預定的實驗項目。

從功能角度來看，虛擬實驗室是一個創(chuàng)造和引導模擬實驗的交互環(huán)境，它由實驗所依賴的模擬程序、實驗單元、工具和參考資料組成。

從教學應用角度來看，虛擬實驗室是教師和相關設計者借助日益發(fā)展的計算機技術與傳統(tǒng)的儀器儀表技術結合起來，使得學生可以通過操作計算機來操作自定義的儀器，對被測試量進行采集、分析、判斷、顯示、數據存儲等，充分利用了最新的計算機技術來實現模塊重組配置，異地實時操作，擴展傳統(tǒng)實驗儀器的功能，促進教學平臺的適用性和實驗內容的先進性。

2 虛擬實驗室優(yōu)勢

2.1 學習不受時空約束

不受時間及空間的限制，可以利用網絡教育提高教學效率。對于實驗任務重、實驗基地有限的中職院校而言，虛擬實驗室有非常大的實用性。學生們無需到真實的實驗室便可以完成專業(yè)課程實驗所需要的實驗作業(yè)，并能根據教師的布置，從網絡上適時地從事實驗，并從實驗室老師那里得到及時的幫助。

2.2 節(jié)省資金，沒有損耗

可以節(jié)省大量的實驗設備的投入。目前中職院校普遍存在著實驗室建設經費投入嚴重不足的問題，虛擬實驗室能夠充分發(fā)揮現有科學儀器的作用，提高使用效率，尤其是通過互聯網后能實現大型科學儀器的資源共享，避免了大型儀器設備的重復添置、購買和浪費，并且虛擬實驗室不存在設備老化問題。

2.3 開放性，效率高

虛擬實驗具有開放性，因而容易實現網絡及其他部件間的連接和重新組建，且組建系統(tǒng)的效率高。由于虛擬實驗系統(tǒng)的硬件和軟件的標準化、規(guī)范化，用戶往往只需經歷一次組建工作。軟件技術是虛擬實驗的關鍵，虛擬儀器由于在組建上具有高效性與靈活性，能夠適應測試功能的多樣化，以及可用表格、圖形快速準確顯示結果，達到一機多用，從而具備了傳統(tǒng)實驗難以比擬的優(yōu)勢。

3 虛擬實驗室的搭建及教學應用

3.1 虛擬實驗室搭建

Microsoft.NET是Microsoft XML Webservices平臺，它允許應用程序通過Internet進行通信和共享數據。.NET技術極大地簡化了開發(fā)、獲取、發(fā)布網絡化虛擬儀器，同時增強功能和服務互用性、集成性和擴展性。我們可以將LabView開發(fā)工具與.NET平臺相集成，將虛擬儀器的開發(fā)優(yōu)勢與.NET平臺的網絡開發(fā)優(yōu)勢相結合，提供更快捷、更靈活、更安全的網絡化虛擬實驗室。搭建虛擬實驗室的關鍵技術有：

⑴數據交換技術。在網絡數據通信中，常使用TCP/IP、UDP等網絡協議。LabView開發(fā)系統(tǒng)包含網絡通信方面的工具包或方法。

⑵組件技術。組件技術是將大而復雜的應用軟件分成一系列的可現行實現、易于開發(fā)、理解和調整的軟件單元，即組件。虛擬實驗室中常用的組件有COM和DCOM組件、ActiveX組件和.NET組件等。

⑶CGI技術。CGI是各種應用程序、數據庫與WWW接口的方法和標準。利用CGI進行虛擬實驗的設計時，首先通過相應的開發(fā)工具開發(fā)CGI程序。當客戶端發(fā)出請求時，CGI程序在很短的時間間隔內產生并發(fā)送虛擬儀器的圖像映射。這些圖像映射中通常包含按鈕和開關等熱點區(qū)。當學生在瀏覽器端點擊這些熱點區(qū)時CGI程序根據點擊區(qū)判斷用戶的輸入，并處理相關命令，然后將結果發(fā)回瀏覽器。當用戶請求較多時，服務器就會過載，因此，適合一些簡單、學生交互量少的應用。

⑷Java技術。虛擬實驗室是基于網絡的，而且為不同的客戶端服務，因此，對安全性和平臺通用性要求極高。Java是一種面向對象的多媒體編程語言，具有平臺無關性、可移植性、安全性、多線程和交互式語言等特點。開發(fā)網絡虛擬實驗室主要涉及的Java技術包括JavaApplet、AWT和SWING、JSP與Servlet。

構建網絡虛擬實驗室，還需要考慮其它技術，如網站開發(fā)技術，需要一個專門的網站對網絡虛擬實驗室進行管理，包括實驗項目管理、虛擬儀器的發(fā)布、維護、升級和培訓等服務。實驗者可以選擇網站中已經設計好的實驗，也可以根據網站中提供的虛擬儀器自行設計實驗。另外，數據庫連接技術、協同實驗技術、網絡安全技術等都是構建時必須考慮的因素。

3.2 教學中的應用

虛擬實驗室在教學中的作用可分為三類：一是為進行真正的實驗（或操作）做準備練習；二是替代傳統(tǒng)的實物實驗室；三是對傳統(tǒng)的實物實驗的結果和現象進行分析。因此，在實驗內容的規(guī)劃中，應大力開發(fā)實驗、綜合性實驗、應用性實驗和探索性實驗。在教學設計上，突出以學生自主學習為主，重視交互操作的過程，強調情景創(chuàng)設的效果。網上虛擬實驗室的建設，還必須按照實驗教學規(guī)律，結合學校當前實際情況，逐步建立起功能完善的網上虛擬實驗室系統(tǒng)。

[參考文獻]

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[2]徐紅，劉羽，王林.網絡虛擬實驗室建設的研究[J].實驗科學與技術.2007.08.