計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)與研究

◆張延梅

計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)與研究

◆張延梅

（江蘇省宿遷經(jīng)貿(mào)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 江蘇 223800）

計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室對(duì)于計(jì)算機(jī)課程來(lái)說(shuō)非常重要，它是一種實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。對(duì)于課程的教學(xué)改革有著重要的作用，因此研究計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室有助于開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革。就目前來(lái)看，計(jì)算機(jī)虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)室很少，但是網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教學(xué)的需求量卻很大，這種供求關(guān)系極不平衡。因此建立計(jì)算機(jī)虛擬市實(shí)驗(yàn)勢(shì)在必行。本文就根據(jù)計(jì)算機(jī)課程的特點(diǎn)，建立虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)，采用Active控件技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，為其提供虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

計(jì)算機(jī)；虛擬實(shí)驗(yàn)室；設(shè)計(jì)與研究

0 前言

近年來(lái)，隨著科技的迅速發(fā)展，教學(xué)媒體也不斷的更新，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域也得到了發(fā)展。VR技術(shù)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)在教學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，然而在我國(guó)還剛起步。本文就對(duì)國(guó)內(nèi)外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，針對(duì)計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室存在的局限性進(jìn)行分析，并提出想要的解決辦法。通過(guò)與國(guó)外虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)技術(shù)進(jìn)行分析比較，提出全新的解決辦法。計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由虛擬元件數(shù)據(jù)庫(kù)、虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和虛擬實(shí)驗(yàn)仿真運(yùn)行構(gòu)成。我們可以借助組件技術(shù)進(jìn)行封裝時(shí)，保證與平臺(tái)和軟件無(wú)關(guān)。在其應(yīng)用的操作簡(jiǎn)單，更為靈活，而安全性也得到了相應(yīng)的提升。滿足計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本需求，對(duì)于未來(lái)的推廣發(fā)展有著更為廣闊的市場(chǎng)前景。

1 建設(shè)計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室的必要性

近年來(lái)，隨著高校不斷的改革，而招生規(guī)模也在不斷的擴(kuò)展。學(xué)生人數(shù)的增多使得學(xué)校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)那一方面出現(xiàn)了諸多問(wèn)題。尤其是一些民辦院校，經(jīng)費(fèi)本來(lái)就很?chē)?yán)重，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)則更為困難，這對(duì)于學(xué)生的培養(yǎng)極為不利。如果依舊采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，則需要大量的資金來(lái)進(jìn)行設(shè)備的填充，人才的引進(jìn)。然而這些經(jīng)濟(jì)壓力是學(xué)校承擔(dān)不起的，想要提高教學(xué)素質(zhì)，必須要改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式。計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)的出現(xiàn)，給實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了新的解決辦法。

虛擬實(shí)驗(yàn)室的出現(xiàn)，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作，打破了時(shí)間和空間的限制，并且為高校節(jié)約了大量的資金。虛擬實(shí)驗(yàn)室與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室相比，具備諸多優(yōu)點(diǎn)。其一、具備良好的開(kāi)放性，它打破了時(shí)間和空間的限制，縮短了實(shí)驗(yàn)周期；其二、節(jié)約資金，不需要購(gòu)置大量的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，而且虛擬設(shè)備不存在損壞問(wèn)題，可以重復(fù)使用；其三、可以交互，在使用這些虛擬設(shè)備時(shí)，可以根據(jù)自身需求對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行改造，用以滿足自身的需求；其四、重用性強(qiáng)，虛擬實(shí)驗(yàn)室采用組件設(shè)計(jì)思想，后期易于維護(hù)，而且使用方便，可以多次使用。在后期想要構(gòu)造新的模塊，也非常容易；其五、安全性高。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室中，如果操作者不小心就會(huì)造成嚴(yán)重危害，然而在虛擬實(shí)驗(yàn)室則不會(huì)，就算做錯(cuò)了，從新來(lái)過(guò)就是。其六、具備良好的抗干擾性。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，如果接觸不良或者儀器故障都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)造成影響，而虛擬實(shí)驗(yàn)室不會(huì)因?yàn)橥饨缫蛩囟绊憣?shí)驗(yàn)。另外虛擬實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行資源共享，避免重復(fù)實(shí)驗(yàn)，從而整體提高教學(xué)水平。

2 計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室教學(xué)現(xiàn)狀

我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也在不斷發(fā)展，而根據(jù)當(dāng)前的教學(xué)情況來(lái)看，仍舊不容樂(lè)觀，主要存在以下問(wèn)題。

2.1 媒體利用率低

雖然科技的發(fā)展，改進(jìn)了教學(xué)方式，教學(xué)媒體也得到了迅速的發(fā)展。教學(xué)媒體在發(fā)展的同時(shí)，卻得不到應(yīng)有的應(yīng)用，使得媒體教學(xué)利用率很低。教師們并不能對(duì)其進(jìn)行很好的使用，所以直接棄用了。因?yàn)榻處熢谶M(jìn)行教學(xué)的過(guò)程中，對(duì)于計(jì)算機(jī)的了解自然是不足，不能跟隨時(shí)代的進(jìn)步而不斷的完善自己。更不能利用軟件來(lái)解決教學(xué)中的實(shí)際問(wèn)題，因此這樣就導(dǎo)致了資源的浪費(fèi)。隨著教學(xué)的改革，傳統(tǒng)的教學(xué)方式依舊沒(méi)有改進(jìn)，而教學(xué)媒體發(fā)揮不了應(yīng)有的作用，教學(xué)質(zhì)量也得不到提升。

2.2 管理與評(píng)價(jià)機(jī)制不完善

教育技術(shù)理念包含教學(xué)媒體的實(shí)施、管理與評(píng)價(jià)，但是在實(shí)踐過(guò)程中，并沒(méi)有實(shí)施。一般對(duì)于虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)屬于一個(gè)空想的階段，并沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。在進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)前期，只中期設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，而并沒(méi)有對(duì)其真正的作用進(jìn)行評(píng)估，更多時(shí)候是全憑感覺(jué)去感受。在沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)查研究和可靠的調(diào)查數(shù)據(jù)作為支撐，其效果自然是不言而喻的。虛擬實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)發(fā)不夠完善，導(dǎo)致使用效率降低。

2.3 不重視反饋

雖然被教師用在教學(xué)解決實(shí)際問(wèn)題，但是與傳統(tǒng)的教學(xué)方式也沒(méi)有太大差距，只不過(guò)是用電子教學(xué)方式來(lái)替代傳統(tǒng)的實(shí)物教學(xué)方式。在教學(xué)過(guò)程中操作計(jì)算機(jī)進(jìn)行演示，用課件對(duì)教學(xué)內(nèi)容的表達(dá)來(lái)取代傳統(tǒng)的掛圖、模型等教具。這樣就算不上一種改革與創(chuàng)新，而是一種簡(jiǎn)單的替代。計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)的目的是為了讓提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，提高自身的主觀能動(dòng)性。

2.4 沒(méi)有進(jìn)行良好的交互

虛擬實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)，其一就是具備良好的可交互性，用戶在進(jìn)行使用的過(guò)程中都是組件化開(kāi)發(fā)，解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室中存在的諸多問(wèn)題。用戶可以根據(jù)自身的情況搭建適合自己使用的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，然而統(tǒng)一定制的系統(tǒng)，并沒(méi)有做好組件化開(kāi)發(fā)這一點(diǎn)，導(dǎo)致學(xué)生與系統(tǒng)進(jìn)行交互的過(guò)程中，交互效果很差。另外一個(gè)就是教師與學(xué)生的交互，大多數(shù)教師對(duì)于這一塊的認(rèn)知都存在偏差，對(duì)于虛擬實(shí)驗(yàn)室的認(rèn)識(shí)也不夠到位，導(dǎo)致交互方面做得不夠完善。

2.5 缺乏硬件支持

虛擬實(shí)驗(yàn)室使用在教學(xué)上，作為新的教學(xué)媒體，可以有效的解決交互性問(wèn)題，在國(guó)外使用廣泛，因此技術(shù)也比較成熟。然而，我國(guó)缺乏相應(yīng)的技術(shù)和資金，并沒(méi)有這些基礎(chǔ)設(shè)備。我們知道，虛擬實(shí)驗(yàn)室除了軟件支持之外，還需要硬件的配合。在國(guó)外采用數(shù)字手套和視覺(jué)頭盔等方式來(lái)替代，真實(shí)的還原其效果。但是這些技術(shù)都比較先進(jìn)，而設(shè)備也價(jià)值不菲。我國(guó)高校沒(méi)有這么經(jīng)濟(jì)實(shí)力來(lái)承擔(dān)這一設(shè)備。

3 改進(jìn)計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室相關(guān)措施

我國(guó)在進(jìn)行計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)時(shí)，起步較晚，雖然存在諸多問(wèn)題，但是這是教育過(guò)程中比如存在的一個(gè)階段。因此針對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決辦法。

3.1 提高媒體利用率

高校購(gòu)置電子設(shè)備的目的是為了提高教學(xué)質(zhì)量，然而教師們似乎沒(méi)有很好的跟隨時(shí)代的發(fā)展，而不斷的提升自己，這是當(dāng)前最為困難的一個(gè)問(wèn)題。因此高校要對(duì)教師進(jìn)行培訓(xùn)，提供進(jìn)修機(jī)會(huì)，使得媒體設(shè)備真正能夠發(fā)揮出應(yīng)有的水平，提高其教學(xué)質(zhì)量。

3.2 完善管理與評(píng)價(jià)機(jī)制不完善

在進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)前期，要做好評(píng)估與管理工作。重視其管理與評(píng)估機(jī)制，切實(shí)保障其有效性。虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的目的是為了給學(xué)生提供生動(dòng)的學(xué)習(xí)環(huán)境，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生是一個(gè)參與者。因此教師也要轉(zhuǎn)變其觀念，以學(xué)生為主體，幫助學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，而不是一味的傳輸。教師在其中要組織學(xué)習(xí)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生正確的使用和操作，指引學(xué)生自己完成任務(wù)。

3.3 提高交互，重視反饋

在虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行設(shè)計(jì)的前期，就要做好組件化開(kāi)發(fā)，滿足不同用戶的各種需求，而不是一刀切，使得學(xué)生與系統(tǒng)可以進(jìn)行良好的交互，另外要做好系統(tǒng)的可維護(hù)性，以便于后期對(duì)其進(jìn)行功能的完善?；蛘哂行碌男枨笳Q生，以便于添加。對(duì)于教師來(lái)說(shuō)，要與學(xué)生及時(shí)的互動(dòng)，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，及時(shí)對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室存在的問(wèn)題進(jìn)行調(diào)整與完善。另外教師也要重視虛擬實(shí)驗(yàn)室的作用，不單單是將他們作為電子的掛圖或者模型進(jìn)行傳授，而是讓學(xué)生主動(dòng)去探索，自己去操作，進(jìn)行嘗試。不僅可以提高學(xué)生的自主能動(dòng)性，而且可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.4 加大資金投入，購(gòu)置硬件設(shè)備

虛擬實(shí)驗(yàn)室的使用，需要硬件設(shè)備的配合。雖然我國(guó)沒(méi)有能力購(gòu)置這些昂貴的設(shè)備，但是我國(guó)采用鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器這些設(shè)備來(lái)盡力還原其虛擬實(shí)驗(yàn)室的作用，雖然無(wú)法做到真實(shí)的身臨其境。但是對(duì)于傳統(tǒng)的教學(xué)方式已經(jīng)取到了長(zhǎng)足的進(jìn)展，另外政府機(jī)構(gòu)也要加大對(duì)學(xué)校的資金投入，來(lái)幫助學(xué)校做好計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)具有良好的發(fā)展前景，雖然我國(guó)對(duì)于其他先進(jìn)國(guó)家來(lái)說(shuō)，起步較晚，在發(fā)展過(guò)程中也存在諸多問(wèn)題。但是要積極的去面對(duì)這些問(wèn)題，對(duì)于發(fā)展中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，并找出其相應(yīng)對(duì)策，對(duì)其改進(jìn)，提高虛擬實(shí)驗(yàn)室的使用效率，在未來(lái)的教學(xué)過(guò)程中使用會(huì)越來(lái)越廣泛。

[1]單美賢.虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用探析[J]南京師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2002.

[2]潛立標(biāo).網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究與開(kāi)發(fā)[J]浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005.

[3]白娟.虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)及其設(shè)計(jì)研究[D]陜西師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005.

圖1 太原師范學(xué)院電子閱覽室

3 電子閱覽室的安全風(fēng)險(xiǎn)及管理對(duì)策

網(wǎng)絡(luò)信息安全包括軟件、硬件、數(shù)據(jù)庫(kù)、系統(tǒng)安全運(yùn)行等眾多內(nèi)容，要確保電子閱覽室的網(wǎng)絡(luò)安全，首先要將可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)加以了解。例如個(gè)別讀者不懂得操作流程導(dǎo)致的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)參數(shù)丟失的問(wèn)題，有些讀者外帶硬盤(pán)將病毒帶入服務(wù)系統(tǒng)帶來(lái)不同程度的破壞的問(wèn)題，黑客惡意侵入造成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)崩潰或者重要信息丟失的問(wèn)題等，多種安全風(fēng)險(xiǎn)的客觀存在始終影響著電子閱覽室的正常運(yùn)行，因此加強(qiáng)安全管控勢(shì)在必行。

（1）加強(qiáng)環(huán)境管理，要求每天對(duì)機(jī)房進(jìn)行定期管理，保衡機(jī)房的清潔衛(wèi)生和溫度與濕度，要求學(xué)生進(jìn)入電子閱覽室查閱資料時(shí)要遵守電子閱覽室的規(guī)定，不得將零食等帶入破壞環(huán)境，并遵守電子閱覽室的各項(xiàng)安全衛(wèi)生管理制度。

（2）樹(shù)立電子閱覽室的消防安全管理意識(shí)，遵照電子閱覽室消防工作管控規(guī)章和制度，不得吸煙、使用劣質(zhì)充電器等。定期檢查插線板的運(yùn)行情況，定期檢查滅火器扽安全設(shè)施的設(shè)置和使用情況，定期進(jìn)行消防安全培訓(xùn)，定期開(kāi)展消防演練活動(dòng)等等。

（3）加強(qiáng)電子閱覽室的系統(tǒng)安全管理工作，規(guī)避網(wǎng)絡(luò)病毒的肆意侵害，防止黑客的侵入，要求讀者進(jìn)入電子閱覽室不能使用個(gè)人的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，加強(qiáng)系統(tǒng)的安全管控，如安裝殺毒軟件等；為了防止讀者的誤操作造成的程序損壞，設(shè)置管理員賬戶，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行帶有權(quán)限設(shè)置功能的保護(hù)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有病毒或者黑客侵害時(shí)，可以通過(guò)更換賬戶和密碼來(lái)予以防護(hù)。

（4）加強(qiáng)電子閱覽室的網(wǎng)絡(luò)管理，如電子閱覽室的圖書(shū)館服務(wù)、期刊數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)、在線參考咨詢服務(wù)等。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程中，安裝防火墻防止惡意供給，設(shè)置數(shù)據(jù)禁止外網(wǎng)IP地質(zhì)的計(jì)算機(jī)訪問(wèn)，安裝計(jì)算機(jī)管理軟件，實(shí)時(shí)監(jiān)控計(jì)算機(jī)的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)故障可以自動(dòng)報(bào)警，觀測(cè)電子閱覽室網(wǎng)絡(luò)斷口的流量等并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)[3]。

（5）使用電子閱覽室的應(yīng)用程序的管理功能如圖2所示，提高閱覽室各項(xiàng)程序的管理功能，如安裝硬盤(pán)保護(hù)軟件，可以在系統(tǒng)感染病毒的同時(shí)重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。備份服務(wù)器可加強(qiáng)服務(wù)器保護(hù)，防止系統(tǒng)遭到破壞后無(wú)法提供服務(wù)。同時(shí)加強(qiáng)電子閱覽室的數(shù)據(jù)管理，保證存儲(chǔ)和借閱功能的正常運(yùn)行?？梢栽趦膳_(tái)服務(wù)器上安裝安全性能較高的LINUX操作系統(tǒng)。如果一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障，另一臺(tái)可以隨時(shí)備用啟動(dòng)。

圖2 電子閱覽室機(jī)房管理模塊

4 結(jié)束語(yǔ)

電子閱覽室的管理和運(yùn)營(yíng)工作主要集中在計(jì)算機(jī)管理、安全防護(hù)、病毒防范等方面。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下要保證電子閱覽室的運(yùn)行，需要管理人員密切關(guān)注系統(tǒng)的運(yùn)行情況，做好不同服務(wù)器的不同的數(shù)據(jù)備份，從源頭將電子閱覽室的安全隱患予以排除。

參考文獻(xiàn):

[1]王文貴.試論圖書(shū)館電子閱覽室信息服務(wù)的發(fā)展方向[J].考試周刊，2015.

[2]張建軍.改善高校圖書(shū)館電子閱覽室信息服務(wù)[J].才智，2013.