淺論計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與管理

[摘要]針對職業(yè)類院校實(shí)驗(yàn)建設(shè)現(xiàn)狀及困境，利用虛擬實(shí)驗(yàn)室技術(shù)對實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革，分析了虛擬實(shí)驗(yàn)室特點(diǎn)，對虛擬實(shí)驗(yàn)室功能模塊進(jìn)行詳盡的劃分及設(shè)計(jì)。并對網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的管理提出合理建議。

[關(guān)鍵詞]網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室 模塊 管理

中圖分類號：G48 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2009）0720136－01

隨著職業(yè)教育的發(fā)展，學(xué)生規(guī)模急劇膨脹，職業(yè)類院校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)規(guī)模嚴(yán)重滯后于迅速膨脹的學(xué)生規(guī)模。如果仍然采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，就目前職業(yè)類學(xué)校經(jīng)濟(jì)狀況，想通過擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)室的規(guī)模添大量儀器設(shè)備來滿足傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一般是難以實(shí)現(xiàn)的，因此改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式迫在眉睫。

建立基于虛擬儀器技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，以軟件編程代替實(shí)際實(shí)驗(yàn)，并提供實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的遠(yuǎn)程訪問服務(wù)，能夠有效解決職業(yè)類院校中由于實(shí)驗(yàn)資源緊張帶來的一系列問題，已成為職業(yè)類院校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的一種必然趨勢。

一、網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)VR（Virtual Reality）是近幾年來信息技術(shù)迅速發(fā)展的產(chǎn)物，是一門在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)和傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的交叉學(xué)科。其基本方法和目標(biāo)是集成并利用高性能的計(jì)算機(jī)軟硬件及各類傳感器創(chuàng)建一個使參與者處于身臨其境的、具有完善的交互能力、能幫助和啟發(fā)構(gòu)思的信息環(huán)境，即讓用戶在人工合成的環(huán)境里獲得角色的體驗(yàn)。

（二）網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室。所謂網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室，是指利用區(qū)域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)，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)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、有關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)對象及實(shí)驗(yàn)信息資源等。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)想的實(shí)驗(yàn)室，虛擬實(shí)驗(yàn)通過虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。在虛擬實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)者有逼真的感覺，有身臨其境的感受，好像是真正在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室里近距離進(jìn)行現(xiàn)場操作。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室具有如下特點(diǎn)：

1．突破了傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模式受時間、地點(diǎn)的限制，并且可以利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)提高實(shí)踐教學(xué)效率，更好地培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)踐技能。

2．強(qiáng)調(diào)“網(wǎng)絡(luò)就是實(shí)驗(yàn)儀器”的概念。網(wǎng)絡(luò)在實(shí)驗(yàn)中充當(dāng)了以往由操作臺和設(shè)備實(shí)現(xiàn)的角色。通過建立網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室，遠(yuǎn)程教育的學(xué)習(xí)者不必?fù)?dān)心缺乏實(shí)驗(yàn)條件，也不必為實(shí)驗(yàn)到處奔波，他們通過網(wǎng)絡(luò)中的基于虛擬儀器的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，同樣能夠“身臨其境”地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和進(jìn)行“實(shí)際”操作，甚至和異地的學(xué)習(xí)者合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

3．鑒于網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)實(shí)驗(yàn)的開放性和共享性，資源的可重復(fù)利用率提高，系統(tǒng)組建時間縮短，功能易于擴(kuò)展和管理，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作機(jī)會得以增加，實(shí)驗(yàn)范圍和科目得以擴(kuò)大，高新技術(shù)在教育領(lǐng)域內(nèi)的優(yōu)勢可以充分發(fā)揮出來。

（三）計(jì)算機(jī)專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)建。一個完整意義上網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室不僅能完成相關(guān)的虛擬實(shí)驗(yàn)仿真，還應(yīng)能完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，所以網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)驗(yàn)室在功能具體設(shè)計(jì)應(yīng)包含以下模塊：

1．公共模塊。在該模塊中，系統(tǒng)主要完成的功能：系統(tǒng)提供實(shí)驗(yàn)室的一些公告信息，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)體的三維展示，使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)體的相關(guān)知識有一個直觀的了解；學(xué)生在該模塊可以完成真實(shí)實(shí)驗(yàn)的預(yù)約；教師可提供相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)安排信息，提交相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板。

2．虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K。通過本模塊，學(xué)生應(yīng)能通過虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，不僅可以按實(shí)驗(yàn)教學(xué)的計(jì)劃，完成老師規(guī)定的實(shí)驗(yàn)，而且能根據(jù)自己的想法，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并完成，這要求虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮實(shí)驗(yàn)的自主性問題，不能規(guī)定虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)只能按規(guī)定的步驟去完成；在該模塊還能完成實(shí)驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)保存，通過保存的數(shù)據(jù)，學(xué)生可通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告模塊產(chǎn)生電子的實(shí)驗(yàn)報(bào)告；教師可以通過仿真系統(tǒng)，調(diào)用學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，去動態(tài)檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況。

3．實(shí)驗(yàn)報(bào)告處理模塊。在本模塊中，學(xué)生根據(jù)教師提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板，填寫相關(guān)的內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)從服務(wù)器獲取自動添加，并能完成相關(guān)數(shù)據(jù)的處理，實(shí)驗(yàn)報(bào)告最終提交給服務(wù)器；教師通過該模塊，下載學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行批閱。針對學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)給出相應(yīng)的模板，除提交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)外，學(xué)生還應(yīng)提交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)相關(guān)設(shè)計(jì)圖（電路圖、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D等）。

4．交流模塊。該模塊完成兩大功能，其一：實(shí)驗(yàn)的在線交流，在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生間可以通過該模塊，相互之間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)情況交流；其二：在留言部分，學(xué)生可以將實(shí)驗(yàn)中遇到的問題及實(shí)驗(yàn)情況反饋給教師，老師可以通過本模塊與學(xué)生進(jìn)行交互，回答學(xué)生提問。

二、加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的管理

1．加強(qiáng)用戶管理，為每個學(xué)生分配賬號。對學(xué)生進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室，使用實(shí)驗(yàn)室做虛擬實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行登記保存。鼓勵學(xué)生經(jīng)常訪問虛擬實(shí)驗(yàn)室，在上面提出問題、發(fā)表見解，做好實(shí)驗(yàn)，努力提高虛擬實(shí)驗(yàn)室的人氣。

2．全天候開放虛擬實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生可以隨時進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)自己動手組織實(shí)驗(yàn)，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，動手完成實(shí)驗(yàn)，整理和總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和創(chuàng)新能力，逐步向以“學(xué)生為中心”的自主個性發(fā)展模式轉(zhuǎn)變。

3．組織專業(yè)教師網(wǎng)上指導(dǎo)與答疑，參與論壇討論交流，及時批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告，為學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)提供服務(wù)。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，教師應(yīng)對學(xué)生提出的疑問盡快給出幫助和解答，并進(jìn)行必要的指導(dǎo)。在實(shí)驗(yàn)室論壇上發(fā)表觀點(diǎn)，提出問題讓學(xué)生思考，使師生在虛擬實(shí)驗(yàn)室中有較強(qiáng)的互動性，教師應(yīng)充當(dāng)好學(xué)生實(shí)驗(yàn)的合作者和知識的建構(gòu)者的角色。

4．對學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)室的表現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行評價。針對學(xué)生每一門課程的虛擬實(shí)驗(yàn)完成情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、網(wǎng)上提問、論壇發(fā)帖的情況，給學(xué)生一個成績和評價，反饋給學(xué)生，并與該課程的正常實(shí)物實(shí)驗(yàn)一起記入實(shí)驗(yàn)總分。教師也要在對學(xué)生評價的同時，征求學(xué)生對虛擬實(shí)驗(yàn)室的意見，對學(xué)生反饋的信息進(jìn)行整改。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立，可以很好地解決目前硬件設(shè)備跟不上實(shí)驗(yàn)的要求、學(xué)生實(shí)驗(yàn)時間不夠用等問題，對于提高學(xué)生的動手能力、分析問題和解決實(shí)際問題的能力具有非常重要的意義。但在具體應(yīng)用中還要注意處理好“虛擬實(shí)驗(yàn)”和“實(shí)物實(shí)驗(yàn)”的關(guān)系，不能一味地強(qiáng)調(diào)虛擬實(shí)驗(yàn)，要“虛實(shí)”結(jié)合，既相互補(bǔ)充，又各有側(cè)重，這樣才能取得很好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。同時，在虛擬實(shí)驗(yàn)中要注意培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹⒁唤z不茍的科學(xué)實(shí)驗(yàn)作風(fēng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]林川、劉勝永、潘盛輝，基于Web的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].軟件導(dǎo)刊，2007（1）：39-40.

[2]劉紅玲、楊凱，基于VRML的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2005（5）.

作者簡介：

羅曉東（1971-），男，碩士，淄博職業(yè)學(xué)院講師，研究方向：計(jì)算機(jī)教學(xué)及實(shí)驗(yàn)室管理。