虚拟实验室范文第1篇

关键词：虚拟实验室；优势；搭建

1 引言

虚拟实验室是一种借助计算机虚拟技术构建的实验环境，是独立于实体实验室之外的一种科学研究方法。在实际的应用中，学者根据不同的角度和不同的应用范畴给出了不同的定义。

从技术角度上来看，虚拟实验室是指在计算机系统中采用虚拟现实技术实现的各种虚拟实验环境，实验者可以像在真实的实验环境中一样完成各种预定的实验项目。

从功能角度来看，虚拟实验室是一个创造和引导模拟实验的交互环境，它由实验所依赖的模拟程序、实验单元、工具和参考资料组成。

从教学应用角度来看，虚拟实验室是教师和相关设计者借助日益发展的计算机技术与传统的仪器仪表技术结合起来，使得学生可以通过操作计算机来操作自定义的仪器，对被测试量进行采集、分析、判断、显示、数据存储等，充分利用了最新的计算机技术来实现模块重组配置，异地实时操作，扩展传统实验仪器的功能，促进教学平台的适用性和实验内容的先进性。

2 虚拟实验室优势

2.1 学习不受时空约束

不受时间及空间的限制，可以利用网络教育提高教学效率。对于实验任务重、实验基地有限的中职院校而言，虚拟实验室有非常大的实用性。学生们无需到真实的实验室便可以完成专业课程实验所需要的实验作业，并能根据教师的布置，从网络上适时地从事实验，并从实验室老师那里得到及时的帮助。

2.2 节省资金，没有损耗

可以节省大量的实验设备的投入。目前中职院校普遍存在着实验室建设经费投入严重不足的问题，虚拟实验室能够充分发挥现有科学仪器的作用，提高使用效率，尤其是通过互联网后能实现大型科学仪器的资源共享，避免了大型仪器设备的重复添置、购买和浪费，并且虚拟实验室不存在设备老化问题。

2.3 开放性，效率高

虚拟实验具有开放性，因而容易实现网络及其他部件间的连接和重新组建，且组建系统的效率高。由于虚拟实验系统的硬件和软件的标准化、规范化，用户往往只需经历一次组建工作。软件技术是虚拟实验的关键，虚拟仪器由于在组建上具有高效性与灵活性，能够适应测试功能的多样化，以及可用表格、图形快速准确显示结果，达到一机多用，从而具备了传统实验难以比拟的优势。

3 虚拟实验室的搭建及教学应用

3.1 虚拟实验室搭建

是Microsoft XML Webservices平台，它允许应用程序通过Internet进行通信和共享数据。.NET技术极大地简化了开发、获取、网络化虚拟仪器，同时增强功能和服务互用性、集成性和扩展性。我们可以将LabView开发工具与.NET平台相集成，将虚拟仪器的开发优势与.NET平台的网络开发优势相结合，提供更快捷、更灵活、更安全的网络化虚拟实验室。搭建虚拟实验室的关键技术有：

⑴数据交换技术。在网络数据通信中，常使用TCP/IP、UDP等网络协议。LabView开发系统包含网络通信方面的工具包或方法。

⑵组件技术。组件技术是将大而复杂的应用软件分成一系列的可现行实现、易于开发、理解和调整的软件单元，即组件。虚拟实验室中常用的组件有COM和DCOM组件、ActiveX组件和.NET组件等。

⑶CGI技术。CGI是各种应用程序、数据库与WWW接口的方法和标准。利用CGI进行虚拟实验的设计时，首先通过相应的开发工具开发CGI程序。当客户端发出请求时，CGI程序在很短的时间间隔内产生并发送虚拟仪器的图像映射。这些图像映射中通常包含按钮和开关等热点区。当学生在浏览器端点击这些热点区时CGI程序根据点击区判断用户的输入，并处理相关命令，然后将结果发回浏览器。当用户请求较多时，服务器就会过载，因此，适合一些简单、学生交互量少的应用。

⑷Java技术。虚拟实验室是基于网络的，而且为不同的客户端服务，因此，对安全性和平台通用性要求极高。Java是一种面向对象的多媒体编程语言，具有平台无关性、可移植性、安全性、多线程和交互式语言等特点。开发网络虚拟实验室主要涉及的Java技术包括JavaApplet、AWT和SWING、JSP与Servlet。

构建网络虚拟实验室，还需要考虑其它技术，如网站开发技术，需要一个专门的网站对网络虚拟实验室进行管理，包括实验项目管理、虚拟仪器的、维护、升级和培训等服务。实验者可以选择网站中已经设计好的实验，也可以根据网站中提供的虚拟仪器自行设计实验。另外，数据库连接技术、协同实验技术、网络安全技术等都是构建时必须考虑的因素。

3.2 教学中的应用

虚拟实验室在教学中的作用可分为三类：一是为进行真正的实验（或操作）做准备练习；二是替代传统的实物实验室；三是对传统的实物实验的结果和现象进行分析。因此，在实验内容的规划中，应大力开发实验、综合性实验、应用性实验和探索性实验。在教学设计上，突出以学生自主学习为主，重视交互操作的过程，强调情景创设的效果。网上虚拟实验室的建设，还必须按照实验教学规律，结合学校当前实际情况，逐步建立起功能完善的网上虚拟实验室系统。

[参考文献]

虚拟实验室范文第2篇

1金属焊接实验教学面临的挑战

金属焊接是材料成型及控制工程专业的一门重要的专业基础课,也是一门实践性很强的课程.该课程以金属材料为研究对象,要求学生掌握冶金理论和石油石化生产领域金属材料的焊接方法、焊接性能以及焊接工艺.按照卓越计划中工程教育对课程的要求,传统的课程实验教学条件将面临很大的挑战[2]:(1)由于高校实验教学设备的数量有限、设备类型单一,无法满足大量学生同时做实验的需要;(2)一些大型金属焊接实验设备投入和维修成本高;(3)实验设备更新较慢,在用的实验设备往往与新技术设备差距较大;(4)部分特殊实验无法实现,如大型球罐焊接、在役管线焊接修复、事故模拟等.实验设备条件的不足成为金属焊接实验教学发展的一大阻力.

2虚拟实验室的优势

1989年,美国弗吉尼亚大学的WilliamWolf教授提出虚拟实验室概念后[3],引起世界各国实验教学工作者的重视.我国从2000年开始进行虚拟实验室的研究及建设.目前,依托卓越计划,高校积极建设虚拟实验室[4G5],虚拟实验与真实实验相互补充,提高教学效果.虚拟实验室的优势主要有以下4方面.(1)投资少.虚拟实验的教学资源是数字化资源,方便扩充和共享.一方面,它节省了学校采购大型实验设备和更新实验设备的资金投入,有效地解决了教学资源短缺、设备陈旧及更新缓慢等问题[6];另一方面,虚拟实验室可以通过网络实现资源共享,避免了实验仪器设备的重复购置.此外,虚拟实验室也节省了学生进行自主实验时购买材料的费用.(2)安全性高.当学生进行实际操作实验时,由于操作不当便可能造成人身伤害和财产的损失;而带压管道的在役焊接等一些危险性较大的实验,学生也无法亲自操作.借助虚拟实验室,不但可以对高危险性的实验进行仿真,弥补教学条件的不足,同时可以避免真实的高危险实验中的各种安全问题.(3)实现形象化教学,提高学生实验兴趣.采用虚拟技术构建的虚拟实验室,运用计算机图形、声音和图像创造逼真的实验环境,不受时间和空间的限制.以石油石化行业典型的大型压力容器焊接为例,采用虚拟实验,不但能以三维图形图像和声音将焊前准备、预热及焊接过程逼真地的表现出来,使学生有丰富的感性认识,还能通过模拟不同现场条件下的焊接实验(如球罐环焊缝焊接中的平焊、立焊和仰焊)加深学生对教学内容的理解.(4)激发学生的创新能力.“卓越计划”的一个典型特点是强化培养学生的工程能力和创新能力.其中创新能力的培养在于激发学生的创新思维,提高学习主动性,让学生从知识的接受者转变为知识的探究者[7].虚拟实验室使实验教学变得极富创造性,学生作为实验主体能够发挥自主创新性.虚拟实验室的开发和设计,是通过预设的实验步骤、语音、按键等引导学生进行实验.学生可以灵活选择实验方案和实验系统,根据实验目的,短时间内更换焊接材料、更改焊接方案、调整焊接工艺参数.虚拟实验引导学生正确地理解实验现象、总结分析实验结果,而不需要消耗太多时间和实验资源;学生在尝试和总结中进行探索、发现事物的本质和规律,有利于扩展思维空间,有助于提高实践创新能力.

3实验教学虚实结合的应用

3．1虚拟实验室的局限性

教学实践证明,虚拟实验室虽能在很大程度上辅助教学,但不能完全取代真实的实验室.这是因为:(1)虚拟实验室的教学模式过于强调学生的自主性,教师的主导作用难以体现,容易偏离教学目标;(2)过多的虚拟实验将导致学生和教师之间的情感联系减少,计算机网络终端成为师生之间面对面交流的障碍,削弱了直接交流的情感教育[8];(3)虚拟实验室是人为设计的,仿真实验环节、实验操作流程、文字说明及语音提示等皆受控于设计人员,导致实际焊接实验结果的细节化和多样化被掩盖,不利于学生发现实验中的问题和更细致地观察实验现象;(4)更重要的是,虚拟实验允许学生在实验中的出错,对于培养学生认真、谨慎、负责的实验态度是非常不利的.可见,对材料成型及控制工程专业而言,培养学生的动手能力离不开实际操作的训练,创新思想更需要实践的验证[9G10],“虚实结合”的教学模式能够做到优势互补.

3．2虚实结合的金属焊接实验教学

按照卓越计划对“卓越”的要求,金属焊接课程应以培养学生的能力为出发点.我校自主研发的金属焊接课程虚拟实验室系统,包含一个虚拟展厅和弧焊电源、焊接设备、焊接工艺和焊接检验等4个实验室[11G12].在金属焊接实验教学的实施过程中,采用虚实结合的教学模式.以金属焊接中“插销焊接实验”为例,通过“虚拟实验—实际实验操作—强化虚拟实验”的过程,循序渐进地培养学生的实践技能和创新能力.(1)实验准备.实验前先进行知识准备,通过虚拟实验室系统预习实验过程,了解实验目的.(2)虚拟实验.学生在网络终端进入虚拟实验室,根据文字及语音提示逐步完成实验,虚拟实验室系统可以对虚拟实验的操作错误给予提示和帮助.学生在完成插销的焊接以及加载荷的实验过程中,可进行多次操作练习.实验结束后,学生可以在线提交实验报告,实验教师根据学生的实验结果给予指导,为实际操作做好准备.(3)实际操作实验.学生在虚拟实验的基础上进行实物实验操作,减少了实验过程中时间和材料的浪费.通过直观的观察,学生能够更加深刻地理解插销焊接实验过程及评价氢致延迟裂纹敏感性的意义.(4)强化虚拟实验.通过实际实验操作,学生能够进一步完善焊接方案及焊接工艺,再依靠虚拟实验系统进行实验讨论、创新及改进.尤其是参加大学生创新实验项目的学生,通过“虚实结合”的实验模式能够举一反三,对金属焊接课程的理解也再次提升.

4结束语

虚拟实验室范文第3篇

关键词：虚拟实验 材料科学与工程 建设 应用

现代信息技术的快速发展正推动着教育信息化的发展，如今的学习资源、学习模式、教学模式，都在随之发生改变；大学开放课程的建设、电子课本的普及、移动学习终端的快速发展、电子白板等在国际上的广泛应用，都对中国的教育信息化发展提出了新的挑战和要求。国家《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》提出了到2015年和2020年应该实现的具体的教育信息化目标。即到2015年，实现教育信息基础环境的全面覆盖、数字化教育资源的全面应用、教育管理信息化发展水平明显提升、教育信息化保障机制基本形成和信息技术在教育领域深度应用；到2020年，实现整体接近国际先进水平、信息化教学应用重点突破、管理信息化水平显著提高、数字化优质资源广泛共享、网络化基础设施全面覆盖。因此，目前的教育信息化建设应该努力走出教材电子化、课程网页化、应用模式化的尴尬局面，把更多先进数字化技术引入教学实践中，通过虚拟实验室建设实现优质实验教学资源数字化是教育信息化的一个发展方向[1-8]。

1 建设虚拟实验室的必要性

1.1 高等教育领域中优质实验教学资源不足

近年来，随着高校持续扩招，我国高等教育规模跃居世界第一位，高等教育毛入学率大幅提升，高等教育从精英教育阶段进入到了大众化教育阶段。由于我国是穷国办大教育，而且是办世界上最大规模的教育，教育投入严重不足，教育基础设施远远不能适应现代化教育的要求，优质实验教学资源不足更为明显。

1.2 重点大学和一般院校、中东部高校和西部高校实验教学资源发展的不平衡

众所周知，在目前高等教育大发展的过程中，重点大学和一般院校、中东部高校和西部高校发展不平衡，教育经费更多地用在基础设施建设和人员性开支中，而用于改善教学条件的经费不足，在校内实验和实习场所，实验设备得不到及时更新，更难以购买蕴含新技术、新发明的大型设备；设备的台套数不足，学生无法人人动手操作，达不到实验教学的目的和要求；综合性、设计性、创新性实验往往因场地、经费和教师精力限制不能开展。而网络信息技术的发展为优质实验教学资源共享提供了可能。

1.3 虚拟实验的优势

虚拟实验室建设成本低。投入资金主要用于相关软件开发和配备计算机等硬件，减小了实验室面积，省去了实物实验材料和仪器设备以及相关的管理维护费用。

虚拟实验不受时间空间的限制。传统实验室受资源限制而使得生均实验时间很少，许多实验往往只能分组观看实验演示，自己没有动手的机会；对于时间跨度比较大的实验，往往无法进行。在当前条件下，建设虚拟实验室是一个很好的解决方案。

虚拟实验可以进行某些现实中无法完成的实验。传统实验受实际物理环境和场所设备条件的限制无法进行，如高精密实验、微观条件下的实验或高温高压时的实验，而虚拟实验室可以模拟理想环境，或在人为设定的物理参数下运行，是现实实验的有力补充。

2 材料虚拟实验室建设

我校材料科学与工程学院实验测试中心是本科实验教学基地，作为材料类部级实验教学示范中心一直承担着大量的实验教学任务。我们引入现代教育技术，建立材料网上虚拟实验室，一方面可以作为实验教学的补充和深化，另一方面也可以充分发挥中心优质教学资源的作用。

2.1 材料虚拟实验室的构成

在设计材料虚拟实验时，选择的实验项目覆盖了整个材料类专业一级学科平台和二级学科平台课程的重点教学实验。第一阶段建立4个实验室11项虚拟实验，其中，材料学实验室（6项）：薄膜材料磁电阻效应实验；振动样品磁强计；铁磁材料织构度的磁转矩测量；低碳钢强度及应变硬化指数测定；平面应变断裂韧性KIC的测定；系列冲击实验与韧脆转化温度的测定。金相材料实验室（2项）：Fe-Fe3C相图与显微组织；综合热处理实验。材料制备与加工实验室（1项）：热连轧带钢工艺、设备、原理综合实验。无机非金属材料实验室（2项）：气体吸附BET法测定固态物质的比表面积；高温荷重软化温度的测定[9]。

2.2 材料虚拟实验的功能

材料虚拟实验室以图形图像、声音声效、文本信息、视频等多种形式的表现手段，融合在灵活多变、可选择的交互式教学过程中。在空间、时间的转换上采用多维制作手段，能够虚拟现实；实验过程中既有实验的整体表现，同时也有高速、难以观察到的细节表现。在实验过程中，只有当学生的实验步骤和操作正确时，才可以进行下一步实验。教师可以在实验前或实验后设计测试题目，考查学生对实验相关知识的掌握情况，实验后能方便地查看学生的实验结果和实验报告，给出成绩和评价。

材料虚拟实验包含实验目的、实验原理、仪器设备介绍、实验步骤及实验相关资料等内容，进入虚拟实验后，在如图1所示的虚拟实验界面，分别点击界面左侧的项目，了解实验目的、实验原理、实验设备，进行相关知识学习。以“低碳钢强度及应变硬化指数测定实验”为例，图1为实验目的和实验原理。

图1 虚拟实验界面―实验目的、实验原理

本实验所需的设备如图2所示，设备为三维形式，可以旋转，便于学生从多角度观察。

图2 实验设备

实验步骤如图3所示，先测量试样的直径；接下来使用划线器在试样上标注试样的标距。将试样安装卡紧于拉伸试验机的夹头之间，同时将引伸计固定于试样的标距之间。然后设置实验参数，开始拉伸测试。此时，在计算机屏幕上显示载荷和下横梁的位移量关系曲线。继续拉伸，观察试样颈缩直至试样断裂，观察其断口形貌，可以观察到中心区域的纤维状韧断区和边缘区域的剪切唇，在断裂后的试样上，按照国标要求的检测精度测量试样的断后标距长度和颈缩区最小的直径。

图3 实验步骤

3 材料虚拟实验的应用实践

材料虚拟实验建成之后，除了课堂理论教学中由教师在讲解中给学生进行演示之外，也用于实验教学之中。某些课程还专门对学生分组，部分学生进行虚拟实验之后再进入实验室做实际实验，另一部分学生则直接进行实际实验，然后对学生的实验成绩进行对比分析。实验成绩如图4所示，图4a为无机非金属材料专业学生实验成绩中90分以上学生所占的比例，可见2011和2012年度虚拟实验用于教学后，90分以上学生的比例明显提高。图4b为材料热处理实验不同分组学生平均成绩的对比，单纯进行实际实验学生的平均成绩低于虚拟实验与实际实验结合组的平均成绩。

a

b

图4 学生成绩对比

4 结束语

建设材料虚拟实验室是现代教育信息化发展的趋势，是现代教育技术的一种具体应用，一方面可以作为当前实验教学的深化和补充，另一方面也为优质实验教学资源共享提供了有效途径。材料虚拟实验应用于教学实践，对学生的学习有明显的促进和提高。

参考文献

[1] 祁志敏.高校网络教育资源的共建与共享[J].吉林师范大学学报：自然科学版，2009（1）：125-127.

[2] 黄慕雄.高校教学型虚拟实验室建设的现状与建议[J].电化教育研究，2005（9）：77-80.

[3] 李笑，董云耀.基于WEB的虚拟实验室的研究与设计[J].计算机与数字工程，2006，34（2）：132-134.

[4] 方振汉，严萍.基于网络化多媒体仿真实验[J].实验技术与管理，2003，20（5）：49-51.

[5] 王培俊，罗大兵，李琳，曹永彦.建设虚拟设计与制造创新性实验平台多层次培养创新能力[J].实验技术与管理，2010，27（3）：100-102.

[6] 魏锐，黄婷，方芳，武建宏，齐婧，韦薇.虚拟科学实验的应用现状及发展趋势[J].中国现代教育装备，2011（10）：98-101.

[7] 王涌，李国丽，应艳杰，贾立新.建设网络虚拟实验室，深化实验教学改革[J].实验技术与管理，2010，27（9）：85-87，107.

虚拟实验室范文第4篇

一、关于虚拟实验室 1.虚拟实验室的概念 虚拟实验就是通过计算机虚拟实验仪器让实验者进行操作、感受实验过程、直至得到实验结果。 一般实验者可以通过计算机和网络、即可进行实验，如同在现实实验室里近距离进行现场操作一样。 在实验教学中，要进行虚拟实验一般需通过虚拟实验室。所谓“虚拟实验室”(Virtuallaboratory)，是指由网络技术、计算机技术、虚拟现实技术等生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统，包括相应实验环境、有关的实验仪器设备、实验对象以及实验信息资源等。虚拟仪器技术与认知模拟方法的结合也赋予虚拟实验室以智能化特征。实验者（无论是学生还是教师）可以自由地、无顾虑地随时进入虚拟实验室操作仪器，进行各种实验。虚拟实验室不但为实验类课程的教学改革及远程教育提供了条件和技术支持，还可以随时为学生提供更多、更新、更好的仪器。 2.虚拟实验室的特点 虚拟实验室可以是某一现实实验室的真实再现，也可以是虚拟构想成的实验室。与在现实的实验室里进行的现场实验相比，虚拟实验具有它的许多优势和特点。 （1）经济性。从经济角度来看，虚拟实验室的仪器设备、原器件或材料只是“概念”上的损耗，可自动修复或产生，因而它们能无限重复使用，在经济上几乎不再需要支出，即可实现“零”消耗。 （2）自主性。对于教育来说，虚拟实验室对非全日制学生和远程教育的学生都有非常大的帮助，他们可以不受时间及空间的限制，使自己得以随时随地在学习需要时做实验，而无需到真的实验室去，也使远程实验教学可能真正实现。在内容上实验者也不受限制，他们可以自主的选择自己所要进行的实验内容。并且实验者还可以自主的选择实验操作步骤，通过不同的方式达到最终相同的结果。 （3）学习性。虚拟实验室对实践性教学环节有着非常好的辅助作用。虚拟实验可以进一步提高实验对知识的巩固与深入，及时提供实验原理与设备的内部结构和工作过程、甚至是微观变化过程（如分子运动等）的呈现。强化理论与实践的结合，加深对知识的深化和巩固。 （4）交互性。实验者和虚拟仪器之间可以通过鼠标的点击或者拖曳操作进行交互。例如在计算机组装与维护的实验中可以将计算机中的各个部件三维化的表示出来，用户通过鼠标将他们组装成整机。 当然虚拟实验室也有其不足之处。虚拟实验教学基于计算机进行，学生可以接触到的仅仅是大小有限的计算机屏幕，对于实验设备的操作也是通过鼠标和键盘来完成。因此，虚拟实验室并不能完成所有科目的实验教学任务，对于那些培养学生动手操作熟练能力的实验，虚拟实验室现在是不能完全胜任的，它还不能完全取代真实实验。 3、虚拟实验室的体系结构及功能 （1）虚拟实验室的体系结构。虚拟实验室里的实验工具（计算机等）和实验方法是各自独立的，实验中操纵的并不是真实存在的仪器和设备，而只是以软件仿真来模拟使用设备。因而在计算机满足一般需求的情况下，软件的设计制作就成为虚拟实验能达到的效果好坏的关键所在。要制作一个好的适用的虚拟实验室首先要构建一个完整合理的体系结构，虚拟实验室的结构大致可以分为下几种： 1)单机虚拟实验室的结构设计。实验教学根据实验目的的不同，可以分为基本的实验操作训练，验证性实验，综合性实验，探索性实验等。基本的实验训练是为了训练学生掌握基本的测量方法，检验方法，培养基本的实验仪器操作技能以及实验数据的处理能力。 验证性实验是用实验验证已知的定理、定律，使学生从感性上把握并且理解这些定理、定律的意义，以及了解它们的形成过程。练习性实验是让学生运用所学的知识来解决问题、完成实验，巩固对所学知识的理解，培养对知识的实际应用能力。 探索性实验则是利用各种设备和已知条件，设计实验来探索一些虽然早已明确或是尚无人做过的，但对学生来说却都是未知的现象、规律，目的在于培养学生的探索精神和科研能力，它是课堂理论教学的一个极为重要的补充。以上的四类实验其目的不同，因而其单机虚拟实验室的结构也有区别。 2)网络虚拟实验室的结构设计。网络虚拟实验室就是实验者通过本地多媒体计算机或利用远程通讯工具和相应的虚拟实验仪器，进行操作、观测实验过程、直至得到实验结果的一种实验模式。 Internet为网络虚拟实验的实现提供了一种基础平台，基于Internet的浏览器／服务器（B/S）计算模式也是实现网上虚拟实验的基本模式。构建基于Internet的网上虚拟实验室基本结构(3WNVLAB)是指以WWW及其上的各种协议为基础实现的网上虚拟实验室。 （2）虚拟实验室的基本功能。基于Internet的虚拟实验室就是在WEB中创建出一个可视化的三维环境，其中每一个可视化的三维物体代表一种实验对象。通过鼠标的点击以及拖曳操作，用户可以进行虚拟的实验。虚拟实验环境可以针对物理实验、化学实验、教育技术实验等各种不同的科目分别设计具体的实验环境。 虚拟实验室的基本功能是：1）完全基于Internet；2）三维的立体环境；3）具备可视化的实验对象；4）可用鼠标和实验对象进行交互。 二、虚拟实验室的开发技术 1.虚拟实验室的开发工具 目前网络课件开发工具很多，在此介绍运用于虚拟实验的主要开发工具，以下是现在比较流行的开发软件。 （1）框架设计软件。网络课件的框架一般使用FrontPage、DreamWeaver等网页设计软件编制。#p#分页标题#e# Authorware7.x是美国Macromedia公司推出的多媒体创作工具，简便易用，功能完善。Director也是是美国Macromedia公司开发的软件，主要用于多媒体项目的集成开发。 （2）图像处理软件。FireWorks或PhotoShop等图像处理软件可进行界面及艺术字的美观设计。 （3）动画制作软件。Flash是Macromedia公司的一个网页交互动画制作工具，与其它工具相比，它具有矢量描述、播放流畅、数据量小、色彩鲜明等特点。 3dsmax是Autodesk公司的著名的三维造型及动画制作软件，可制作AVI及FLC动画，可用Flix软件将AVI文件转换成小巧的SWF文件，便于低带宽网传送这样就给在低带宽情况下能实现视频点播带来了可行性。 （4）其它工具。Goldwave及Soundforge是常用的音效处理软件，能对声音的格式转换和效果进行编辑。 这些工具软件都有不同的特点和作用，我们在实际制作过程中只有合理的应用它们才能达到我们所需要的效果。 2.计算机网络中实现虚拟实验的相关技术 随着互联网的急速发展，与虚拟现实相关的各种研究都取得了令人瞩目的成就，虚拟现实，英文即VirtualReality，就是使用电脑这一工具，在人为制造的空间里感受到的现实氛围。而网络形成的虚拟现实，也就是在网络的基础上，把各种信息变为虚拟现实的所有技术。目前国内的虚拟实验室研究还处于萌芽阶段，国外已经有很多大学进行了这方面的研究。他们所使用的技术大至有用web3d开发、使用JAVA进行开发、使用VRML技术进行三维虚拟实验室的开发等等。 web3d就是应用于网络的三维图形互动展示的技术,它可以在互联网上实现实时三维模型的浏览,并可以在其中加入交互和动态效果。 目前符合其技术规范的web3d格式有30多种，其中比较优秀及应用最多的是Cult3d,Viewpoint，Shockwave3d等几种。 JAVA语言是最重要的一种网上通用语言，使用它开发的程序具有两种层次上的可移植性能，源代码级可移植性和二进制级可移植性，JVM（JAVA虚拟机）的存在使得这种可移植性成为了可能。另外JAVA语言的下标检查机制和自动内存管理机制也为其增加了较强的稳定性和安全性，这一点对于构建网上虚拟实验室系统来说也是非常关键的。 VRML(VirtualRealityModelingLanguage—虚拟现实建模语言)是一种在WWW中描述虚拟技术 （VR）的工具，是一项和多媒体通讯、因特网、虚拟现实等领域密切相关的新技术。其基本目标是建立因特网上的交互式三维多媒体，号称为第二代Web建模语言。它的主要特征有三维性、交互性、动态性、实时性等，并且能够在Internet或局域网上快速传递。 3.虚拟实验室所面临的网络带宽问题及对策 基于网络的虚拟实验室要求在Internet环境下实时、连续地传送大量的音频、视频流，以实现教师授课过程的实时播放、网上课程的视频点播（VOD）、网上虚拟实验的实时交互式数据传输等等教学活动。然而，目前的网络机制，网络时延大，且缺少有效控制；网络的可靠性和安全性非常脆弱；低速的接入手段，缺少无线接入方式。因此采用什么样的通信技术保证网络的带宽是提高远程教育质量的前提，也是目前远程教育应用和发展过程中亟待解决的关键问题。 加强网络基础设施建设是提高网络虚拟实验效果的前提，网络虚拟实验对网络带宽资源要求巨大。 目前普遍使用的网络带宽，还很难做到实时性的交互。网络基础设施必须具备以下特性：大容量、高带宽、零时延；高速、灵活的接入；高可靠、绝对安全；无间断运营。 三、虚拟实验室的开发步骤 网络虚拟实验室可以说是学生利用网络进行远程实验的多媒体教室。我们根据网上实验教学的特点和人才培养的需要，并且结合自己在开发虚拟实验过程中所涉及的必要步骤，归纳了基于Internet的虚拟实验室的设计制作过程。 在开发虚拟实验室前我们首先要进行需求分析，也就是论证开发的虚拟实验室的内容、目标有什么现实意义。开发一个虚拟实验室是需要投入很大的人力和物力，因此我们一定要预期计算它的开发价值。接下来就是确定所要制作的是什么类型的实验，这样有助于我们选择正确的开发工具。对于操作性比较强的实验，我们追求的只是逼真的交互反映效果，可以通过director或flash加以实现。而对于视觉性比较强的实验，我们则应运用3dsmax等三维造型制作工具，以获取逼真的模拟场景。在确定了制作工具之后我们就可以设计虚拟实验室的结构，经过合理的任务分配，把具体制作落实到制作小组的每位成员。各个部分制作完成后我们再通过整合、完善、测试、评价等几个步骤完成整个虚拟实验室的制作。 当然，这仅仅是我们在实践过程中所总结出的有关虚拟实验制作的一些体会。对于不同的实际情况我们可以设计不同的制作方案和实验过程。但总体来说我们都要追求虚拟实验的真实模拟性、在网络上运行的流畅、以及完善的交互能力。我们要使虚拟实验室在实验教学中起到很好的作用。 四、结束语 虚拟实验室和虚拟实验的产生及应用使远程实验教学得以真正实现，它彻底解决了以往所有远程教育模式中理论教学的远距离性和实验教学的近距离性的矛盾，从而使整个教育完全远程化。 目前我国高等教育教学课件的制作量还很少，水平也参差不齐，许多专业的虚拟实验所用课件，还有大量空白。这些都有待我们充分利用新的教育思想，现代网络技术和现代媒体技术积极开采新的领地。

虚拟实验室范文第5篇

关键词：虚拟化；云计算；实验室建设管理；实验资源共享

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）18-0047-03

随着计算机及其应用技术日新月异的发展，社会对高校毕业生在计算机应用能力方面的要求也与日俱增。加强学生计算机应用技能的培养，使之具备与其专业相适应的计算机应用能力是我国高校计算机相关课程教学改革的重要任务和目标，在现阶段按照传统方式建设和管理的计算机实验室已经无法满足教学、科研的需要，主要体现在以下几个方面：

1）服务器资源利用率低。传统的模式下，每个实验室配置1-2台服务器，

一个服务器一个操作系统，一个应用，并且长期存在一部分实验室服务器满载，而另一部分服务器闲置，据统计实验室服务器的平均资源利用率只5～15%左右。

2）实验室建设、维护成本高。随着计算机技术的发展，实验室硬件设备一

般只能满足3～5年的需求，软硬件的升级和更新需要大量的成本。在实验室日常的管理维护中，传统的方式缺少集中化的IT管理机制，实验室管理人员无法集中监控、远程访问和管理实验室，维护效率低。此外，如遇到突况，服务器或者学生机系统崩溃死机，数据丢失，可靠性无法保障。

3）实验室管理分散，管理成本高。传统方式下，服务器、计算机设备都分开放置，占地面积大，需要大量的人力来进行维护和管理，运维成本大。同时在实验室日常管理中，实验室管理人员常常需要进行大量繁琐的、重复性的劳动来进行教学、科研、考试、培训等各方面软件的安装和维护。

4）实验室利用率低、实验资源共享度低。传统方式下，硬件设备资源有限，计算机实验室的功能主要依据所服务的专业来划分，如网络技术实验室、软件工程实验室、计算机基础实验室等，每个专业实验室均只安装其相关专业的软件，因此仅能完成有限的一些课程的实验教学和科学研究，存在实验室利用率偏低的问题；此外传统实验资源往往只能在实验室里才能使用，实验资源受时间、场地限制，共享度低。因此实验室的建设和管理技术需要不断更新。

1.虚拟云技术介绍

云计算是一种能够通过网络以便利、按需的方式获取计算资源（包括网络、服务器、存储、应用和服务等）并提高其可用性的模式，这些资源来自一个共享的、可配置的资源池，并能够以简便和无人干预的方式获取和释放资源。云计算体系结构的主要由资源层（IaaS）、平台层（PaaS）与应用层（SaaS）组成。

虚拟化（Virtualization）是为某些对象创造的虚拟版本。它是表示计算机资源的抽象方法，通过虚拟化可以用与访问抽象前资源一致的方法访问抽象后的资源，可以为一组类似资源提供一个通用的抽象接口集，从而隐藏属性和操作之间的差异，并允许通过一种通用的方式来查看和维护资源，包括服务器虚拟化、存储虚拟化、应用虚拟化、平台虚拟化、桌面虚拟化。虚拟化技术是将各种计算及存储资源充分整合和高效利用的关键技术。

2.基于虚拟云技术的实验室建设和管理

2.1搭建虚拟云计算平台，为学生提供先进的虚拟化实验平台

随着云计算及虚拟化技术的发展，虚拟化已用于各种生产环境，为此，实验室的建设采用搭建虚拟云平台，为学生提供学习及研发环境，能够学习HA、DRS、VMotion等虚拟化技术，主要包括桌面虚拟化和服务器虚拟化2个部分。实验室建设所依托的完整云环境下虚拟实验室架构图如图1所示，该图包含了实验平台的各种功能模块，表述了各功能模块之间的关系。

2.2虚拟桌面的部署和实现

传统的实验室PC机位置分散，如果需要进行操作系统或者应用软件的安装，管理员需要逐个机房安装，遇到时间比较紧迫的考试，临时环境的安装更加困难，经常需要通宵加班。对于学生而言，上机的地点分散，机房的机器有还原卡，桌面的环境和数据不能跟着走，学习起来不方便，因此，我们可以采取虚拟桌面技术来解决上述问题。

现在主流的虚拟桌面技术有两种，瘦客户端和非瘦客户端。瘦客户端是指基于PC工业标准设计的小型行业专用商业PC，他的内部没有硬盘和软盘驱动器，所有的数据都存放在中心服务器上。非瘦客户端模式是保护卡管理的一种升级模式，服务器用于管理系统镜像、镜像更新等操作，实时更新用户终端系统。在非管理模式下，用户终端所有的操作都在本地执行，与单个的PC机没有任何区别。

2.2.1虚拟桌面的实现

桌面虚拟化技术将传统PC终端的操作系统和应用软件都安装在后台服务器虚拟机中，所有的运算都由服务器来完成，老师或学生可以随时随地通过客户端来访问虚拟机，如使用云终端、瘦客户机、传统PC或者笔记本电脑等。而云服务器通过虚拟化技术，生成大量的虚拟桌面，并利用远程桌面显示协议，通过网络将桌面发送给终端设备。管理员可以通过IE浏览器访问服务管理平台，对服务器集群和所有虚拟桌面进行管理和维护，从而实现桌面环境集中管理、终端零维护和硬件资源的弹性分配。

2.2.2虚拟桌面的优点

使用桌面虚拟化技术后，具有如下优点：

1）实验室管理员只需要根据实际需要创建一个桌面模块，再根据模板批量克隆具有相同配置的虚拟桌面，通过用户名或者终端名实现桌面的快速分配，极大的提高了实验室管理效率。

2）管理员还设置“虚拟个人桌面”，在这种环境下，虚拟机数据不还原，虚拟机登陆跟随账号走，在任何设备、任何时间、任何地点都可以登陆属于自己的桌面，以满足老师和教学、科研、学生毕业设计、课程设计等上机实践的需求。

3）管理员还可以设置“虚拟教学桌面”自定义还原策略，用于上课培训等场景，并支持批量修改虚拟机的IP、计算机名以及系统登陆名，可以满足计算机等级考试的环境需求。

4）虚拟桌面提供了多重安全保障。设备终端在使用“虚拟桌面”的同时，

也可以使用本地系统。当网络中断时，学生可以使用本地系统继续完成相关操作。

5）采用虚拟桌面，老旧PC也能登上云平台，在虚拟环境下计算机能力主要来自于服务器，终端设备可以采用极低配置的PC，让十年前的PC使用Win7系统和新型的应用软件也十分流畅，极大的延长了实验室硬件设备更新换代的时间，节约了大量的成本。

2.3服务器虚拟化的实现

服务器虚拟化的实现需要有完整的虚拟化设备和管理软件，包含虚拟化的所有重要因素，如虚拟生命周期、迁移、备份和恢复、监控、高可用性和工作负载管理等。服务器虚拟化可以充分提升服务器的利用率，降低成本。

服务器虚拟化主要包括2个组件：1）虚拟化计算节点：以内核虚拟机技术为基础，部署在实体服务器上，使得一台服务器上可以运行多个虚拟机，虚拟机之间相互独立，互不影响，可以根据需要安装不同的操作系统和应用软件。2）虚拟化控制节点：管理员可以查看和管理虚拟环境内所有组件，通过浏览控制节点，由单一的GUI接口实现对资源池、服务器、虚拟机、数据存储、镜像、网络、安全等功能组件进行管理，同时包可以对资源的全局实时性能检测和统计、在线迁移、应用负载均衡、时间跟踪查询等。

2.3.1服务器虚拟化的特点

服务器虚拟化之后，可以带来如下特性：

1）集中管理数据：使用虚拟服务器后，管理员可以采用集中的管理方式，

通过办公PC、移动终端、手机等访问管理平台，在信息中心远程就可以完成所有服务器、虚拟机的生命周期管理，资源动态调配均衡，业务部署和日常维护工作，不受地理位置的限制。

2）服务器可靠性高：当物理服务器发生故障，如硬件损坏、异常报错、无

法启动等状况，虚拟机可以在资源池内其他正常的服务器上重新启动，保证用户访问的连续性。

3）自动负载均衡，响应时间提高：服务器虚拟化之后，在业务访问的高峰

时段，利用服务器作为负载均衡设备，创建多个虚拟机共同承载，并根据虚拟机的优先级，让其访问获得计算资源，实现高负荷业务的负载均衡。

4）兼容性好，部署简单快速：服务器虚拟化平台能够虚拟出不同操作系统平台以供实验或科研使用，如：WINDOWS、LINUX、UNIX等，并可以通过系统模板功能，在几分钟搭建几十台服务器的实验环境，为老师节约教学准备时间。同时，也可以通过系统模板功能，快速部署考试服务器等应用服务器所需要的应用环境。

5）易备份，易恢复：虚拟化服务器提供了备份接口，可通过存储自带的备

份软件，对虚拟机进行备份，当虚拟机的操作系统或应用软件出现问题时，能快速恢复整个系统及相应应用。

2.3.2服务器虚拟化前后对比

对比发现通过虚拟化技术可以将多个物理服务器整合成一个物理服务器，降低了硬件采购的成本，同时通过资源的统一管理和调配也使服务器的平均利用率提高了60%左右，此外，实验室的管理维护更加便捷，部署的时间也从原来的小时级提高到了分钟级，节约了大量的人力资源，因此采用虚拟化技术和虚拟架构可以降低实验室建设成本，更好的满足教学与科研需要。

3.结束语