遠(yuǎn)程教育中的虛擬實(shí)驗(yàn)室研究

摘要：在遠(yuǎn)程教育中，許多學(xué)科的課程特別是理工科課程，為了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動手能力和觀察能力，往往需要學(xué)生進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)。因此，如何在網(wǎng)絡(luò)上創(chuàng)建虛擬實(shí)驗(yàn)室，使接受遠(yuǎn)程教育的學(xué)生在網(wǎng)上操作實(shí)驗(yàn)，成為一個重要的研究課題。基于此，本文對于基于萬維網(wǎng)虛擬實(shí)驗(yàn)室模型、虛擬實(shí)驗(yàn)室的功能以及實(shí)現(xiàn)技術(shù)等進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程教育；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)；虛擬實(shí)驗(yàn)室

現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的教學(xué)主要是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、素質(zhì)與創(chuàng)造性，使學(xué)生能夠利用Internet主動查詢自己感興趣的知識，教師也可以利用發(fā)送電子郵件、在線答疑等方式解答學(xué)生提出的問題。但在實(shí)際的教學(xué)中，理工科各專業(yè)的許多科目都是以實(shí)驗(yàn)課程為基礎(chǔ)的，由于資金的相對緊缺使得開展遠(yuǎn)程教育的院校的實(shí)驗(yàn)室很難購買多套先進(jìn)但卻昂貴的儀器設(shè)備。虛擬實(shí)驗(yàn)室正是在這樣的需求下發(fā)展起來的，它借助于現(xiàn)代化信息技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為廣大用戶提供先進(jìn)的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺，使得用戶接觸到以前根本不可能接觸到的儀器設(shè)備，更方便、更直接地接受先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，進(jìn)行個性化的選擇學(xué)習(xí)。

虛擬實(shí)驗(yàn)室模型

在遠(yuǎn)程教育的教學(xué)模式中，主要以學(xué)生為主體，要在互聯(lián)網(wǎng)上創(chuàng)辦實(shí)驗(yàn)教學(xué)基地。因此虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)模型中應(yīng)該包括：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)部分、瀏覽器，服務(wù)器、虛擬實(shí)驗(yàn)室三大部分。(見圖1)

1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

虛擬實(shí)驗(yàn)室技術(shù)主要是基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和各種控制技術(shù)，所以一定要選擇好計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，可以利用國內(nèi)已建成的教育科研網(wǎng)、郵電網(wǎng)和金橋網(wǎng)等公共計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為信息交換渠道。但是此類網(wǎng)絡(luò)速度一般比較低，建議采用學(xué)校內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行以加快仿真實(shí)驗(yàn)的速度。

2.瀏覽器/服務(wù)器

通過Web服務(wù)器，用戶可以訪問Web站點(diǎn)，控制虛擬儀器，并且獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。公共網(wǎng)關(guān)接口(CGI)和傳輸控制協(xié)議(TCP)是客戶端與Web服務(wù)器以及Web服務(wù)器與虛擬實(shí)驗(yàn)室之間的主要通訊方法。通過Web瀏覽器，實(shí)驗(yàn)者可實(shí)時瀏覽實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

3.虛擬實(shí)驗(yàn)室

虛擬實(shí)驗(yàn)室指的是為遠(yuǎn)程教育服務(wù)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，是有效管理整個實(shí)驗(yàn)的一個教學(xué)平臺，總體構(gòu)成應(yīng)該包括3個基礎(chǔ)模塊，學(xué)生模塊：主要實(shí)現(xiàn)三大功能：虛擬實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)報告的處理以及在網(wǎng)上論壇中提問。學(xué)生可以在虛擬實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的全部操作，提交實(shí)驗(yàn)報告。教師模塊：需要實(shí)現(xiàn)三大功能：實(shí)驗(yàn)的發(fā)布、實(shí)驗(yàn)報告的處理以及答復(fù)網(wǎng)上論壇中學(xué)生的提問。網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)管理：包含用戶管理、實(shí)驗(yàn)管理及資源和數(shù)據(jù)的管理。

虛擬實(shí)驗(yàn)室的主要功能

1.管理虛擬儀器和實(shí)驗(yàn)的功能：遠(yuǎn)程教育中的虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)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)系統(tǒng)適應(yīng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求。

2.實(shí)驗(yàn)功能：這是虛擬實(shí)驗(yàn)室的核心功能。每一個典型實(shí)驗(yàn)在結(jié)構(gòu)上又包括：實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容步驟、實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑砗蛯?shí)驗(yàn)報告幾部分。

3.保存功能；保存功能是指用戶在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，可以將實(shí)驗(yàn)的結(jié)果保存下來。或用戶開始實(shí)驗(yàn)后臨時有事離開，而實(shí)驗(yàn)尚未結(jié)束，可將當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)狀態(tài)保存下來。下次做實(shí)驗(yàn)時，接著進(jìn)行而無需從頭操作。

4.成績管理功能：在遠(yuǎn)程教育中，學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后，能夠?qū)?shí)驗(yàn)報告提交給教師。教師對學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的情況進(jìn)行記載，并給出相應(yīng)的反饋意見。

構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)基礎(chǔ)

1.虛擬儀器技術(shù)

虛擬儀器是傳統(tǒng)儀器功能與外形的模塊化和軟件化。虛擬儀器通常由計(jì)算機(jī)、儀器模塊和軟件三部分組成。任何一個使用者都可以通過修改軟件的方法，很方便地改變、增減儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模。

2.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究內(nèi)容應(yīng)包括實(shí)驗(yàn)者身份的確定、網(wǎng)絡(luò)流量的控制、客/服端的協(xié)作通信等。要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信常要用到TCP/IP協(xié)議和HTTP協(xié)議等相關(guān)技術(shù)。

3.多媒體技術(shù)

多媒體技術(shù)的應(yīng)用主要包括多媒體制作、編輯和壓縮三個方面。在開發(fā)設(shè)計(jì)中可使用包括文本、圖形、圖像、動畫、視頻、音頻等多種多媒體數(shù)據(jù)制作技術(shù)，運(yùn)用photoshop等制作工具。

4.ASP技術(shù)

ASP的程序編制比HTML更方便且更有靈活性。它在Web服務(wù)器端運(yùn)行，運(yùn)行后再將結(jié)果以HTML格式傳送至客戶端的瀏覽器。

5.數(shù)據(jù)庫技術(shù)

數(shù)據(jù)庫技術(shù)是虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)中一個重要的技術(shù)基礎(chǔ)，用戶的信息、實(shí)驗(yàn)的信息、成績信息等都需要保存到數(shù)據(jù)庫中。

結(jié)束語

虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)是—個非常復(fù)雜且龐大的系統(tǒng)，不僅要對虛擬儀器的編制進(jìn)行合理規(guī)劃以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，還需對實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)管理功能進(jìn)行完善，包括了客戶端和服務(wù)器端的設(shè)計(jì)。另外對實(shí)驗(yàn)信息、用戶信息和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等的存儲管理也是實(shí)驗(yàn)室的主要組成部分，虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立，將大大推進(jìn)信息化教育的發(fā)展。也將促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革，虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用前景廣闊。因此虛擬實(shí)驗(yàn)室的推廣和應(yīng)用必然會帶來良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

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