計算機虛擬實驗室的設計與研究

◆張延梅

計算機虛擬實驗室的設計與研究

◆張延梅

（江蘇省宿遷經貿高等職業技術學校 江蘇 223800）

計算機虛擬實驗室對于計算機課程來說非常重要，它是一種實驗教學資源。對于課程的教學改革有著重要的作用，因此研究計算機虛擬實驗室有助于開放式網絡實驗教學的改革。就目前來看，計算機虛擬教學實驗室很少，但是網絡遠程教學的需求量卻很大，這種供求關系極不平衡。因此建立計算機虛擬市實驗勢在必行。本文就根據計算機課程的特點，建立虛擬數據庫，采用Active控件技術來實現虛擬實驗室的建設，為其提供虛擬的實驗環境。

計算機；虛擬實驗室；設計與研究

0 前言

近年來，隨著科技的迅速發展，教學媒體也不斷的更新，虛擬現實技術在教學領域也得到了發展。VR技術在國內已經在教學領域應用廣泛，然而在我國還剛起步。本文就對國內外虛擬現實技術的應用現狀進行分析，針對計算機虛擬實驗室存在的局限性進行分析，并提出想要的解決辦法。通過與國外虛擬實驗室的建設技術進行分析比較，提出全新的解決辦法。計算機虛擬實驗系統由虛擬元件數據庫、虛擬實驗平臺和虛擬實驗仿真運行構成。我們可以借助組件技術進行封裝時，保證與平臺和軟件無關。在其應用的操作簡單，更為靈活，而安全性也得到了相應的提升。滿足計算機實驗教學的基本需求，對于未來的推廣發展有著更為廣闊的市場前景。

1 建設計算機虛擬實驗室的必要性

近年來，隨著高校不斷的改革，而招生規模也在不斷的擴展。學生人數的增多使得學校在實驗教學那一方面出現了諸多問題。尤其是一些民辦院校，經費本來就很嚴重，對于實驗室的建設則更為困難，這對于學生的培養極為不利。如果依舊采用傳統的教學方式，則需要大量的資金來進行設備的填充，人才的引進。然而這些經濟壓力是學校承擔不起的，想要提高教學素質，必須要改變傳統的教學方式。計算機虛擬技術的出現，給實驗教學提供了新的解決辦法。

虛擬實驗室的出現，簡化了實驗操作，打破了時間和空間的限制，并且為高校節約了大量的資金。虛擬實驗室與傳統的實驗室相比，具備諸多優點。其一、具備良好的開放性，它打破了時間和空間的限制，縮短了實驗周期；其二、節約資金，不需要購置大量的實驗設備，而且虛擬設備不存在損壞問題，可以重復使用；其三、可以交互，在使用這些虛擬設備時，可以根據自身需求對實驗設備進行改造，用以滿足自身的需求；其四、重用性強，虛擬實驗室采用組件設計思想，后期易于維護，而且使用方便，可以多次使用。在后期想要構造新的模塊，也非常容易；其五、安全性高。在傳統的實驗室中，如果操作者不小心就會造成嚴重危害，然而在虛擬實驗室則不會，就算做錯了，從新來過就是。其六、具備良好的抗干擾性。在實驗過程中，如果接觸不良或者儀器故障都會對實驗造成影響，而虛擬實驗室不會因為外界因素而影響實驗。另外虛擬實驗可以通過計算機網絡進行資源共享，避免重復實驗，從而整體提高教學水平。

2 計算機虛擬實驗室教學現狀

我國社會經濟不斷發展，網絡技術也在不斷發展，而根據當前的教學情況來看，仍舊不容樂觀，主要存在以下問題。

2.1 媒體利用率低

雖然科技的發展，改進了教學方式，教學媒體也得到了迅速的發展。教學媒體在發展的同時，卻得不到應有的應用，使得媒體教學利用率很低。教師們并不能對其進行很好的使用，所以直接棄用了。因為教師在進行教學的過程中，對于計算機的了解自然是不足，不能跟隨時代的進步而不斷的完善自己。更不能利用軟件來解決教學中的實際問題，因此這樣就導致了資源的浪費。隨著教學的改革，傳統的教學方式依舊沒有改進，而教學媒體發揮不了應有的作用，教學質量也得不到提升。

2.2 管理與評價機制不完善

教育技術理念包含教學媒體的實施、管理與評價，但是在實踐過程中，并沒有實施。一般對于虛擬實驗室的設計屬于一個空想的階段，并沒有對其進行驗證。在進行虛擬實驗室的設計前期，只中期設計與開發，而并沒有對其真正的作用進行評估，更多時候是全憑感覺去感受。在沒有經過調查研究和可靠的調查數據作為支撐，其效果自然是不言而喻的。虛擬實驗室的開發不夠完善，導致使用效率降低。

2.3 不重視反饋

雖然被教師用在教學解決實際問題，但是與傳統的教學方式也沒有太大差距，只不過是用電子教學方式來替代傳統的實物教學方式。在教學過程中操作計算機進行演示，用課件對教學內容的表達來取代傳統的掛圖、模型等教具。這樣就算不上一種改革與創新，而是一種簡單的替代。計算機虛擬實驗室的教學的目的是為了讓提高學生自主學習能力，提高自身的主觀能動性。

2.4 沒有進行良好的交互

虛擬實驗室的優勢，其一就是具備良好的可交互性，用戶在進行使用的過程中都是組件化開發，解決傳統實驗室中存在的諸多問題。用戶可以根據自身的情況搭建適合自己使用的實驗平臺，然而統一定制的系統，并沒有做好組件化開發這一點，導致學生與系統進行交互的過程中，交互效果很差。另外一個就是教師與學生的交互，大多數教師對于這一塊的認知都存在偏差，對于虛擬實驗室的認識也不夠到位，導致交互方面做得不夠完善。

2.5 缺乏硬件支持

虛擬實驗室使用在教學上，作為新的教學媒體，可以有效的解決交互性問題，在國外使用廣泛，因此技術也比較成熟。然而，我國缺乏相應的技術和資金，并沒有這些基礎設備。我們知道，虛擬實驗室除了軟件支持之外，還需要硬件的配合。在國外采用數字手套和視覺頭盔等方式來替代，真實的還原其效果。但是這些技術都比較先進，而設備也價值不菲。我國高校沒有這么經濟實力來承擔這一設備。

3 改進計算機虛擬實驗室相關措施

我國在進行計算機虛擬實驗室設計時，起步較晚，雖然存在諸多問題，但是這是教育過程中比如存在的一個階段。因此針對上述問題進行分析，并提出相應的解決辦法。

3.1 提高媒體利用率

高校購置電子設備的目的是為了提高教學質量，然而教師們似乎沒有很好的跟隨時代的發展，而不斷的提升自己，這是當前最為困難的一個問題。因此高校要對教師進行培訓，提供進修機會，使得媒體設備真正能夠發揮出應有的水平，提高其教學質量。

3.2 完善管理與評價機制不完善

在進行虛擬實驗室設計前期，要做好評估與管理工作。重視其管理與評估機制，切實保障其有效性。虛擬實驗室建設的目的是為了給學生提供生動的學習環境，調動學生的學習積極性，學生是一個參與者。因此教師也要轉變其觀念，以學生為主體，幫助學生進行學習，而不是一味的傳輸。教師在其中要組織學習活動，引導學生正確的使用和操作，指引學生自己完成任務。

3.3 提高交互，重視反饋

在虛擬實驗室進行設計的前期，就要做好組件化開發，滿足不同用戶的各種需求，而不是一刀切，使得學生與系統可以進行良好的交互，另外要做好系統的可維護性，以便于后期對其進行功能的完善。或者有新的需求誕生，以便于添加。對于教師來說，要與學生及時的互動，了解學生的學習效果，及時對虛擬實驗室存在的問題進行調整與完善。另外教師也要重視虛擬實驗室的作用，不單單是將他們作為電子的掛圖或者模型進行傳授，而是讓學生主動去探索，自己去操作，進行嘗試。不僅可以提高學生的自主能動性，而且可以提高學生的學習興趣。

3.4 加大資金投入，購置硬件設備

虛擬實驗室的使用，需要硬件設備的配合。雖然我國沒有能力購置這些昂貴的設備，但是我國采用鍵盤、鼠標、顯示器這些設備來盡力還原其虛擬實驗室的作用，雖然無法做到真實的身臨其境。但是對于傳統的教學方式已經取到了長足的進展，另外政府機構也要加大對學校的資金投入，來幫助學校做好計算機虛擬實驗室的設計。

4 結束語

總而言之，計算機虛擬實驗室的設計具有良好的發展前景，雖然我國對于其他先進國家來說，起步較晚，在發展過程中也存在諸多問題。但是要積極的去面對這些問題，對于發展中存在的問題進行分析，并找出其相應對策，對其改進，提高虛擬實驗室的使用效率，在未來的教學過程中使用會越來越廣泛。

[1]單美賢.虛擬實驗系統在教學中的應用探析[J]南京師范大學學報，2002.

[2]潛立標.網絡虛擬實驗室的研究與開發[J]浙江工商職業技術學院學報，2005.

[3]白娟.虛擬實驗教學及其設計研究[D]陜西師范大學碩士學位論文，2005.

圖1 太原師范學院電子閱覽室

3 電子閱覽室的安全風險及管理對策

網絡信息安全包括軟件、硬件、數據庫、系統安全運行等眾多內容，要確保電子閱覽室的網絡安全，首先要將可能發生的風險加以了解。例如個別讀者不懂得操作流程導致的計算機系統參數丟失的問題，有些讀者外帶硬盤將病毒帶入服務系統帶來不同程度的破壞的問題，黑客惡意侵入造成網絡系統崩潰或者重要信息丟失的問題等，多種安全風險的客觀存在始終影響著電子閱覽室的正常運行，因此加強安全管控勢在必行。

（1）加強環境管理，要求每天對機房進行定期管理，保衡機房的清潔衛生和溫度與濕度，要求學生進入電子閱覽室查閱資料時要遵守電子閱覽室的規定，不得將零食等帶入破壞環境，并遵守電子閱覽室的各項安全衛生管理制度。

（2）樹立電子閱覽室的消防安全管理意識，遵照電子閱覽室消防工作管控規章和制度，不得吸煙、使用劣質充電器等。定期檢查插線板的運行情況，定期檢查滅火器扽安全設施的設置和使用情況，定期進行消防安全培訓，定期開展消防演練活動等等。

（3）加強電子閱覽室的系統安全管理工作，規避網絡病毒的肆意侵害，防止黑客的侵入，要求讀者進入電子閱覽室不能使用個人的移動存儲設備，加強系統的安全管控，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，設置管理員賬戶，對系統進行帶有權限設置功能的保護。當發現有病毒或者黑客侵害時，可以通過更換賬戶和密碼來予以防護。

（4）加強電子閱覽室的網絡管理，如電子閱覽室的圖書館服務、期刊數據庫的服務、在線參考咨詢服務等。通過網絡連接數據庫的過程中，安裝防火墻防止惡意供給，設置數據禁止外網IP地質的計算機訪問，安裝計算機管理軟件，實時監控計算機的運行，發現故障可以自動報警，觀測電子閱覽室網絡斷口的流量等并進行統計[3]。

（5）使用電子閱覽室的應用程序的管理功能如圖2所示，提高閱覽室各項程序的管理功能，如安裝硬盤保護軟件，可以在系統感染病毒的同時重新啟動計算機，恢復原始數據。備份服務器可加強服務器保護，防止系統遭到破壞后無法提供服務。同時加強電子閱覽室的數據管理，保證存儲和借閱功能的正常運行。可以在兩臺服務器上安裝安全性能較高的LINUX操作系統。如果一臺服務器出現故障，另一臺可以隨時備用啟動。

圖2 電子閱覽室機房管理模塊

4 結束語

電子閱覽室的管理和運營工作主要集中在計算機管理、安全防護、病毒防范等方面。在網絡環境下要保證電子閱覽室的運行，需要管理人員密切關注系統的運行情況，做好不同服務器的不同的數據備份，從源頭將電子閱覽室的安全隱患予以排除。

參考文獻:

[1]王文貴.試論圖書館電子閱覽室信息服務的發展方向[J].考試周刊，2015.

[2]張建軍.改善高校圖書館電子閱覽室信息服務[J].才智，2013.