虚拟实验设计论文范文第1篇

虚拟实验是依托“虚拟现实”技术产生和发展的一种实验模式，利用计算机及仿真软件来模拟实验环境及过程，学生通过计算机操作来做实验，以代替或加强传统的实物实验。虚拟实验一般通过虚拟实验室进行。虚拟实验室是由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统，包括虚拟实验室环境、相关实验仪器设备、实验对象以及实验信息资源等，是一个基于网络的实验教学、技术交流、共同研究、协同工作的平台。虚拟实验室最早由美国弗吉尼亚大学的威廉•沃尔夫教授于1989年提出，被称为“无墙的研究中心”。虚拟实验室具有传统实验室无法比拟的特点，如资源共享性、互动操作性、用户自主性、安全性等，并且可以有效地减少实验设备购置经费和实验学时。随着虚拟实验技术的成熟，虚拟实验室在教育领域得到了越来越广泛的应用［8］。

2机械设计虚拟实验室

以“CAXA实体设计”和“CAXA－EB”软件系统为依托，利用VisualBasic6．0和C/C++开发了机械设计虚拟实验室(见图1)，包括三维虚拟实验环境和二维虚拟实验环境，可进行机构运动简图测绘、齿廓范成原理、减速器拆装等11个机械设计虚拟实验。学员可利用虚拟实验室进行实验，完成并提交实验报告，教师可利用该平台查阅批改实验报告。机械设计虚拟实验室由服务器端核心处理模块、客户端实时运算模块、用户管理模块、机构库模块、零件库模块等七大模块组成。其中，机构库包含40多个常用机构，零件库包含80多个常用零件，标准符号库由100多个常用标准符号组成，在线帮助信息库有近5万字的在线帮助信息［9－10］。目前机械设计虚拟实验室已在全军院校推广使用。近几年的教学应用表明，机械设计虚拟实验可部分取代实物实验，某些传统实验如简图测绘、齿廓范成等可利用虚拟实验室独立完成;同时，虚拟实验室大大扩展了原有实验内容，增加了机构改进设计、轴的设计、连杆机构的设计等综合性和设计性实验，并且实验室为开放性环境，实验内容还可根据需要继续扩充;另外，虚拟实验室是实物实验和课堂教学的有力补充，连杆机构的基本形式和演化等实验内容对进一步理解和巩固课堂知识具有重要作用，通过虚拟实验还可进行一些实物实验很难实现的实验，如齿廓范成原理实验，传统的范成仪只能加工两种参数的齿轮，而利用虚拟实验室可以任意设置加工参数。又如轴的设计实验，可实时设计、实时修改，并及时观测设计结果。虚拟实验室有效拓展了课内实验的时间和空间，在提高课程教学效果和实验教学质量及培养学生工程实践能力方面，起到了非常重要的作用。

3虚拟实验室在课程教学中的作用

机械设计虚拟实验室具备强大的模拟实验和相关辅助功能，对课程教学和能力培养具有非常重要的作用。

3．1有效拓展课程实验内容，集实验和辅助学习功能为一体

机械设计虚拟实验室不仅可完成机构运动简图测绘、齿廓范成原理、减速器拆装等传统实验内容，还增加了机构组成原理、连杆机构的应用和设计、凸轮设计、周转轮系的应用、轴的设计、齿轮传动等新的实验，拓展了实验内容。所开发的11个实验既有传统的基础性、验证性实验，如机构运动简图测绘、减速器拆装等，又有设计性实验，如齿轮范成原理、轴的设计、凸轮设计等。学员不仅可以通过虚拟环境完成实验操作和设计，提高机械设计能力，还可利用实验项目复习巩固课堂所学知识，加深对知识的理解。例如连杆机构的型式和演化实验，学员可通过实验环境设置机构的杆长参数和机架，根据课堂知识判断该机构的型式，再利用虚拟实验室验证自己的判断，使知识得以巩固和加深。机械设计虚拟实验室将数值分析算法应用到实验开发中，形象地描述了在传统实验中很难实现的实验，实现了实验内容的创新。例如齿廓范成实验，传统实验使用齿廓范成仪进行，一般每种范成仪只能范成同一参数(模数、压力角等)、两种齿数的齿轮，而在机械设计虚拟实验室中学员可任意设置齿轮的齿数和模数等参数(见图2)，观察各种参数的渐开线齿廓的形成过程和齿廓特点，扩展了设计性实验的内容。图3为利用机械设计虚拟实验室进行渐开线齿廓的范成加工。

3．2构建三维虚拟实验环境，实现三维动态仿真和创新设计功能

机械设计虚拟实验室构建了机构模型库和零件库，包含多个常用机构和通用零件，常用机构具有仿真动画效果，通用零件具有三维渲染效果，学员在进行实验时可随时调用，也可随时运行观察其运动以进行组成和运动分析。如图4所示即为机构库中的飞机起落架机构模型，学员可在三维实验环境中观察其组成和运动情况，或对其进行运动尺寸测绘，在二维环境中绘制其机构运动简图，这是机械设计基础课程的一个传统实验。机械虚拟实验室的零件库包含轴、齿轮、轴承等80多种常用零件，学员在进行设计性实验时可随时调用，同时还可在原模型的基础上进行实时修改，以用于所设计的机构。如图5所示为对设计的阶梯轴进行结构修改。这样使学员既有很强的感性认识，又锻炼了其设计能力，为基于想象的开放性创意设计提供了虚拟实现的平台，拓展了学员的创造空间。

3．3实验操作方便，相关功能完善

机械设计虚拟实验室具有可视化的实验界面，交互功能强大，实验操作简单，实验结果直观。每个实验都有详细的实验指导，进行基础性、验证性实验时在实验界面上及时提示后续的操作步骤，操作不正确时系统会给出提示。如减速器拆装实验，要求能按正确的顺序将减速器进行拆卸和安装，在拆装过程中，如果顺序不正确，系统会出现警告，并提示正确的操作。机械设计虚拟实验室具有在线帮助功能，学员在实验操作中可随时查阅实验目的、内容和实验步骤等。另外，在每个实验完成后可在虚拟实验室中方便地撰写、修改实验报告，并进行提交，如图6所示。教师可在虚拟实验室中检查、批改学生的实验报告，并将实验评价反馈给学员。

4结束语

虚拟实验设计论文范文第2篇

一、网络虚拟实验室的建立

1.虚拟现实技术

虚拟现实VR(VirtualReality)是近几年来信息技术迅速发展的产物,写作毕业论文是一门在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术和传感技术的基础上发展起来的交叉学科。其基本方法和目标是集成并利用高性能的计算机软硬件及各类传感器创建一个使参与者处于身临其境的、具有完善的交互能力、能帮助和启发构思的信息环境,即让用户在人工合成的环境里获得角色的体验。

虚拟现实具有三个基本特征。沉浸性,是指观察者对虚拟世界的情感反映,这种感觉能使用户全方位地投入这个虚拟世界,这是虚拟现实的首要特征。交互性,是指虚拟现实是一个开放的环境,能对用户的输入作出响应,并能通过监控装置来影响用户和被用户影响。想象性,是指虚拟现实不仅是一个媒体、一个高级用户界面,还是一个应用系统,它以生动形象的形式反映设计者的思想。虚拟现实的三个基本特征强调了人在这个系统中的主导作用。虚拟现实系统按其功能不同,可以分为三种类型:沉浸式虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统和分布式虚拟现实系统。其中,桌面式虚拟现实系统是运用软件编程方法在显示器上显示三维场景,用户通过键盘、鼠标等设备与虚拟场景交互,它的特点是结构简单、成本较低,易于推广。

2.网络虚拟实验室

所谓网络虚拟实验室,是指利用区域网或互联网,由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统,包括相应的实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象及实验信息资源等。虚拟实验室可以是某一现实实验室的真实实现,也可以是虚拟构想的实验室,虚拟实验通过虚拟实验室进行。在虚拟实验中,实验者有逼真的感觉,有身临其境的感受,好像是真正在现实实验室里近距离进行现场操作。在虚拟实验中,没有一个有形的实验室,也没有以实物形态存在的实验工具与实验对象,实验过程主要是对虚拟物的操作。

3.计算机专业虚拟实验室的创建

构建专业虚拟实验室,其实就是搭建一个网络平台系统,包括硬件、软件及管理三个方面。在硬件上,

目前各校都建立了校园网络并接入了互联网,这些基础设施基本可以满足需求,不需要太多的投入。在软件方面,一个是实验室平台软件系统的开发,它与网站建设相联系;另一个是网站的内容(实验内容)建设,这是实验室建设的关键。虚拟实验室应有可以做的实验来支撑,不然软件平台就是一个空架子,形同虚设。同时,该平台上还应有实验管理的支持,对实验仪器、实验报告、实验指导、实验成绩及网上答疑等进行有效管理,并对虚拟实验室进行监控,计算机网络虚拟实验室系统各模块的主要功能如下。

(1)实验管理模块,由学生管理、教师管理、仪器管理和学生成绩管理等组成。写作硕士论文在学生管理方面,学生通过浏览器进行注册登录,登陆成功后可浏览实验项目,查看实验的详细资料,预约实验项目及做实验的时间,在线发送和接受消息,进行问题讨论,进行实验登记,实验完成后可通过网络写实验报告并提交报告。教师管理方面,可对实验内容添加、修改、整理、删除,对学生提交的实验报告列表,批改实验报告,填写评语和成绩,提交批改结果,与学生进行讨论。仪器管理方面,对新设计开发的虚拟仪器上传并进行分类整理,以便实验使用。成绩管理方面对学生的实验情况(实验次数、实验报告及完成情况)给出成绩,并进行统计分析及提供查询等。

(2)仪器展示模块,对虚拟实验室可用虚拟元器件、虚拟仪器设备分门别类地进行管理,以图形的方式直观呈现出来,供学生在实验时进行选择。

(3)实验指导模块,包括实验介绍、实验方法、实验项目的重点及难点、实验目的、实验原理、实验准备、实验任务、实验过程、实验报告的要求及实验应注意的事项等。

(4)实验报告模块,主要对学生完成实验后,提供相关的实验报告模板,供学生下载,由学生填写相关内容以及实验的结果,完成后上传电子版实验报告,由教师进行批阅,并进行记载。

(5)实验答疑模块,由专业教师对学生实验中出现的疑难问题进行及时解答,帮助学生顺利通过实验。同时了解学生对实验的掌握程度,并及时反馈、调整教学。

(6)论坛交流模块,教师和学生可以通过论坛进行充分的交流,学生可以将实验中的收获、经验和体会及问题到论坛上,教师可以将一些典型的问题提出来,供大家探讨。学生在这样宽松的环境下发表自己的见解,教师从中可以得到及时的实验教学反馈信息,以便整改7)虚拟实验模块,是虚拟实验室建设的重要部分。学生通过该模块进行虚拟实验,写作医学论文以达到巩固强化知识的目的。该模块内容根据专业学习的具体情况及实验建设条件,可不断增加。计算机专业网络虚拟实验室系统的建设,可以引入其他学校的虚拟实验室中。这种方式比较简单,容易实现,见效较快。但需要投入较多的软件购置费用,同时也需要结合本校的实际情况进行一些调整,有一个磨合期。另一种是因地制宜,自主开发。根据本校的实际教学和实验情况,结合学生的实际水平,由任课教师或聘请部分专家组成开发小组,进行一系列的虚拟实验项目的开发研究,并将研究的成果连接到虚拟实验室中,逐渐扩充直至完善。这种方式比较灵活,能充分发挥教师的积极性,能有针对性地进行设计开发,适合学生的实际情况,学生容易接受,并且经费投入较少。缺点是开发周期较长,系统性不够,水平有限。也可以将上述两种方式结合起来,一是引入、购置部分自己不宜开发的实验项目,二是结合自身的优势和长处开发一些实验项目,如非交互性的、演示性的虚拟实验项目等。

二、加强网络虚拟实验室的管理

1.加强用户管理,为每个学生分配账号。对学生进入虚拟实验室,使用实验室做虚拟实验等进行登记保存。鼓励学生经常访问虚拟实验室,在上面提出问题、发表见解,做好实验,努力提高虚拟实验室的人气。

2.全天候开放虚拟实验室。学生可以随时进入虚拟实验实自己动手组织实验,自己设计实验方案,动手完成实验,整理和总结实验数据,写作职称论文提交实验报告,培养学生的分析能力和创新能力,逐步向以“学生为中心”的自主个性发展模式转变。

3.组织专业教师网上指导与答疑,参与论坛讨论交流,及时批改实验报告,为学生顺利完成实验提供服务。在虚拟实验室中,教师应对学生提出的疑问尽快给出帮助和解答,并进行必要的指导。在实验室论坛上发表观点,提出问题让学生思考,使师生在虚拟实验室中有较强的互动性,教师应充当好学生实验的合作者和知识的建构者的角色。

4.对学生在虚拟实验室的表现及实验效果进行

评价。针对学生每一门课程的虚拟实验完成情况、实验报告、网上提问、论坛发帖的情况,给学生一个成绩和评价,反馈给学生,写作英语论文并与该课程的正常实物实验一起记入实验总分。教师也要在对学生评价的同时,征求学生对虚拟实验室的意见,对学生反馈的信息进行整改。

计算机网络虚拟实验室的建立,可以很好地解决目前硬件设备跟不上实验的要求、学生实验时间不够用等问题,对于提高学生的动手能力、分析问题和解决实际问题的能力具有非常重要的意义。但在具体应用中还要注意处理好“虚拟实验”和“实物实验”的关系,不能一味地强调虚拟实验,要“虚实”结合,既相互补充,又各有侧重,这样才能取得很好的实验教学效果。同时,在虚拟实验中要注意培养学生严谨的、一丝不苟的科学实验作风。

参考文献

[1]王嗣源.虚拟实验室建设的初步探讨.西安邮电学院学报,2005(4).

[2]蒋光明.基于互联网的开放式虚拟实验模型研究.西南师范大学学报(自然科学版),2002(3).

虚拟实验设计论文范文第3篇

论文摘 要：随着时代的进步和信息化时代的到来，我国的网络虚拟技术得到了跨越式的发展。传统的教学实验室已不能满足当代教育发展的需要，被虚拟实验室所替代已逐步成为发展潮流。本文通过对电工电子虚拟实验室的概述和思考，分析电工电子虚拟实验室的重要功能，旨在与同行交流，以适应新时代下的教学实验需求。

我国中职学校在电工电子教学过程中，不仅应注重中职学生基本知识、基本技能和基本方法的培训，也注重中职学生自主实验的要求。这就要求必须配备相应的实验室，因为它是用于培养中职学生的创新能力和发展复合型人才的基本教学和科研场所。而传统的电工电子实验的投资相对较大、硬件设施依赖性强、运行与维护成本过高且效率不高，又由于受到实验课数、实验室的开放和环境等因素的影响，导致我国中职学校的电工电子教学效果不理想。因此，加强对电工电子虚拟实验室的功能探究，对虚拟实验室建设的认识具有十分重要的意义。

一、概述

随着计算机网络的普及与虚拟现实技术的不断完善，我国中职学校在虚拟实验室的建设方面得到了一定的普及。虚拟实验室的本质意义就是泛指计算机系统中，集虚拟现实、数据库、虚拟仪器、计算机网络与计算机实时监控等技术为一体的虚拟实验环境，用户通过一些渠道把控制信号和参数指令发送至仿真对象或物理设备，然后把实验结果通过文档、图片、视频和动画等形式发给用户，满足用户通过远程服务进行实验。虚拟实验室是集Internet网络技术、仪器控制技术和通信技术于一体的虚拟实验教学系统，用户只需拥有一台电脑，通过因特网就能访问这一虚拟实验教学系统，在Web页面上挑选有关实验实现远程操纵实验所需的仪器设备，并进行实验操作，另外用户还可以直接从网上获取实验数据，动态监控实验结果。目前很多中职学校的虚拟实验室的构造都是客户端在web的基础之上，运行在浏览器之中，由Web服务器自动下载用户系统所需的客户端程序；随后客户端程序与现实意义的服务器端的应用程序建立一个即时通信平台并进行实验。这个虚拟实验教学系统是由实验设备、客户端和服务器端组合而成。

二、关于电工电子虚拟实验室的思考

随着教学体制的改革，实践环节成为中职学生深刻理解理论知识的一个重要环节，实验成为教学环节中不可缺少的重要组成部分。许多中职学校的实验室存在教学设备陈旧、教育资金不足，难以满足日益增长中职学生的需求和跟上技术日新月异发展的步伐。并且有些实验危险性大，在实验室难以开展，使中职学生难以亲眼观察实验现象及结果。随着计算机的性价比和易用性的提高，使得虚拟实验室在教学、科普教育和技术研究领域应用将越来越广泛。在虚拟实验室中，实验者有逼真的感觉，他似乎是在真正的现实实验室里近距离进行现场操作。多媒体计算机技术与仪器技术的结合构成了虚拟实验室实现的基础，中职学生可以在计算机屏幕上通过场景式图形界面拥有自己的实验室。虚拟仪器技术与认知模拟方法的结合也赋予虚拟实验室智能化特征，通过网络中职学生可以身临其境地观察实验现象，并可以观察各实验仪器的详尽情况，不受时间和空间的限制。

近年来，随着电工电子虚拟实验室的不断发展。虚拟实验室表现在人们可以自主地、灵活地模拟操作各种实验仪器，完成各种分析测试任务，评价实验者的操作水平与实际能力。但是现在很多中职学校的电工电子虚拟实验室的实现和播放课件方式相似，中职学生只能通过虚拟实验室进行简单的浏览及实验结果曲线的动画显示。中职学生没有身临其境的感觉，没有真正动手通过实验仪器的操作而显示实验结果，而只是简单对实验数据的输入产生实验结果。

三、电工电子虚拟实验室的重要功能

我国中职学校的传统电工电子实验室一般有电工电子技术实验室、电路实验室和高频电路实验室等实验室。它们的主要功能是用于开设基础训练课目，培养中职学生了解和使用常用实验仪器设备的使用方法和技术，使中职学生具备最基本的实验能力，加以巩固理论课中的所学的电路工作原理，进一步证明理论的准确性。中职学校可以利用多媒体软件、电路仿真软件和虚拟仪器软件组建电工电子虚拟实验室，不仅可以解除实验教学的空间限制，还能使实验教学的实际内容和形式变得丰富多彩，从而提高实验教学的效果、培养中职学生的学习兴趣，使他们学会利用计算机网络技术进行自主学习，通过不断实践和学习，逐步摆脱传统实验室带来的时间、地点、设备和内容等方面的束缚。所以，中职学校应注意电工电子虚拟实验室在基础性实验、综合型设计实验和演示型实验教学中的重要作用。

（一）基础性实验

基础性实验的重要意义就在于能够培养中职学生了解和使用常规的仪器设备，并对理论课中的所学的电路工作原理进一步验证和巩固。借助电工电子虚拟实验室，中职学生通过一台计算机就可以熟悉常用仪器设备的性能及使用注意事项，分析电路的性质，从而提高中职学生的自学能力，减轻教师的教学负担，考验中职学生独立思考能力、分析问题能力和解决问题的能力。

（二）综合型设计实验

借助电工电子虚拟实验室进行课程设计。例如，在设计电路时，可以让中职学生先检验自己设计的电路能否符合仿真检验电路的性能要求，只有符合仿真检验电路的性能要求，才能输到protel进行电路板绘制工作，完成电路板制作、焊接与测试。从而大大节省设计时间、节约设计成本。

（三）演示性实验

对于一些开设成本高、仪器设备复杂的教学实验只能进行演示性实验。比如调频、调幅收发机的实验就十分复杂，不仅有高频电路，也有低频电路；不仅有时域分析，也有频域分析，在传统的实验室内是难以完成综合性强的实验。因此，只有借助于电工电子虚拟实验室进行实验演示，才能使中职学生掌握综合性复杂实验，逐步意识到虚拟实验室的重要作用。

总之，在中职学校的教学实践工作中，所构建的电工电子虚拟实验室应具备为实验教学提供重要的技术支持和服务，从而推动实验教改，替代传统的教学实验仪器设备，降低办学成本，助推学校健康和谐的飞速发展。

参考文献

[1]陈烨，袁小平.电工类专业中职学生创新能力培养的研究与实践[J].电气电子教学学报，2010，(S2) .

虚拟实验设计论文范文第4篇

关键词:虚拟化;实验机房;计算机教学实践

中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)17-4789-03

Application of the Virtualization Technology in the Construction of University Computer Testing Room

FENG Yuan, CHEN Yong, ZHANG Chun-cheng

(Artillery Academy P.L.A 5 Department 41 Team, Hefei 230031, China)

Abstract:In recent years,`the virtualization technology'appeared frequently in the IT website and the magazine, its essence was in the computation in the hypothesized some actual computers the real existence thing, achieved high goal more conveniently, simply,and low-costly. However, as a result of computer teaching practice particularity, in the computer tested in the engine room construction to have some prominent contradictions. This article research significance lies from the operating system experiment, the computer network reality, the network security experiment, operating system virtualization technology aspects and so on application applies separately the hypothesized technology to the engine room construction in carries on the theory proof. Finally, it may obtain the hypothesized technology to apply in the engine room construction to be possible to tap the existing equipment's potential fully, raises the existing system's use factor, assures computer system own security, also raised the engine room administrative personnels' working efficiency greatly, lightened the work load.

Key words: virtualization; testing room; computer-teaching practice

计算机实践教学是计算机课程的重要环节,学好计算机仅仅靠理论知识是不够的,课堂讲授是使学生掌握计算机的理论知识,而实践教学的目的是通过实际操作将学到的知识付诸实际,是课堂教学的延伸和补充。计算机实践教学无论是在掌握理论知识,还是在培养学生运用计算机解决其他专业问题的能力方面,都占有相当重要的位置。要培养素质高、应用能力和创新能力强的人才,就需要给学生提供良好的上机实践环境。

1 计算机实验机房建设中的问题

计算机实验机房一般作为学生上机实践的公共机房,承担着高校计算机课程教学、实践及相关考试、培训任务,在高校实验室中的地位非同一般,然而由于计算机教学实践特殊性,在计算机实验机房建设中产生了一些突出的矛盾:

如果不对实验用机的操作系统进行保护,会造成计算机软件系统频遭破坏,给机房管理带来负担;如果限制过多,会影响教学过程和教学效果。

软件安装种类过少不能满足不同专业、不同层次的教学需要;软件安装过多则会影响机器使用性能,分散学生实践注意力,也带来了课堂教学秩序的管理难问题。

利用计算机虚拟化技术,可以在一定程度上解决上述问题。

2 虚拟化技术概述

“虚拟化技术”近年来频繁出现在IT网站和杂志上,网上的“未来十大IT技术趋势”,将虚拟化技术置于首位。

2.1 虚拟化的概念和分类

顾名思义,虚拟化就是在计算上虚拟出一些实际计算机里真实存在的东西,以达到更方便、简单、成本低、安全性高的目的。比如,虚拟计算机硬件,可以安装操作系统;以现有操作系统为蓝本,再虚拟出几个一摸一样的;虚拟一个操作系统环境,可以安装应用软件。对于虚拟化技术,至今还未有严格精准的定义。

虚拟化技术,经过数年的发展,已经成为一个庞大的技术家族,其技术形式种类繁多,实现的应用也非常广泛。其分类方式也多种多样:

以实现层次来分:硬件虚拟化,操作系统虚拟化,应用程序虚拟化。

以被应用的领域来划分:服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化、桌面虚拟化。

2.2 硬件虚拟化技术

硬件虚拟化,应该是中国IT人员最熟悉的技术了,可能每个程序员都有使用。还有更多一些类似本人这样的IT爱好者,天天在捣鼓。

硬件虚拟化,就是用软件来虚拟一台标准电脑的硬件配置,如cpu、内存、硬盘、声显卡、光驱等,成为一台虚拟的裸机,然后就可以在上面安装操作系统了。其代表产品为VMware、Virtual PC、VirtualBox等。使用时,先在操作系统里安装一个硬件虚拟化软件,用其虚拟出一台电脑,再安装系统,做到系统里运行系统,并可虚拟出多台电脑,安装多个相同或不同的系统。

为虚拟机分配的硬件资源要占用实际硬件的资源,对性能损耗也较大。因为是在系统里安装虚拟化软件,再在虚拟的电脑上装系统,所以就有原系统和虚拟化软件两层消耗,为了提高性能,出现了另外一种硬件虚拟化形式:直接在裸机上安装虚拟化软件,然后安装多个系统,并同时运行。跳过原系统这一环节,性能大大提高。这种虚拟化又叫做准虚拟化,主要应用于服务器领域。如VMware ESXi、Hyper-V等。

2.3 操作系统虚拟化

操作系统虚拟化就是以一个系统为母体,克隆出多个系统。它比硬件虚拟化要灵活方便,因为只需在系统里装一个虚拟化软件,就能以原系统为样本,很快克隆出系统,克隆出的系统与原系统除去一些ID标识外,其余都一样。其代表产品为SWSoft公司的Virtuozzo。

操作系统虚拟化是对原系统的复制,虚拟的多个系统有较强的联系,体现在:第一,可以多个虚拟系统同时进行配置,更改了原系统,就改了所有;第二,如果原系统损坏,会殃及所有虚拟系统。硬件虚拟化虚拟的多个系统,是相互独立,与原系统也无联系。原系统的损坏不会殃及虚拟的系统。

2.4 应用软件虚拟化

前两种虚拟化的目的是虚拟完整的真实的操作系统,应用虚拟化的目的也是虚拟操作系统,应用级的虚拟化只是为保证应用程序的正常运行而虚拟系统的某些关键部分,如注册表、C盘环境等,所以较为轻量、小巧。可以让软件免去重装烦恼,不怕系统重装。很有绿色软件的优点,但又在应用范围和体验上超越绿色软件。应用虚拟化领域最典型的产品是sandboxIE(俗称沙盘),它主要用于软件测试和安全使用领域。因为它像个软件的囚笼,你可以把软件安装在沙盘里,并运行在其中,软件所有行为都不会影响到系统。如果软件带毒或被感染病毒,可以一下扫光,就像把一个真实的沙盘里的各种沙造物体全部打碎重来。

使用方法大体为:先安装虚拟化软件,此时已经搭建了一个虚拟化环境,然后接收来自网络的应用软件或安装应用软件到虚拟化环境里,最后使用应用软件。

3 将虚拟技术应用到机房建设中

3.1 硬件虚拟化技术的应用

将硬件虚拟化技术引入机房建设中,可以在一台电脑上将硬盘和内存的一部分拿出来虚拟出若干台机器,每台机器可以运行单独的操作系统而互不干扰,这些“新”机器各自拥有自己独立的CMOS、硬盘和操作系统。

3.1.1 操作系统实验

计算机维护实验,如磁盘分区、格式化、安装操作系统、Ghost备份与恢复等会破坏硬盘数据的完整性,因此,这类实验在学校的机房一般是不允许的。而在虚拟机环境下,学生可以任意进行格式化、分区、设置CMOS等计算机维护操作,即使操作出现了问题,也可以非常方便地恢复所用的操作系统。由于虚拟机对应的仅是真实主机上的一个文件,在虚拟机中进行的任何操作都不会破坏现有的硬盘分区和数据。这不但保证了原系统的安全,而且在完成操作后,通过映像功能可以轻松将系统恢复到原样。如果不想在操作之后通过映像功能恢复系统,还可以针对目标虚拟机创建克隆。克隆出来的虚拟机可以随意操作,不用担心给被克隆的虚拟机带来什么影响,完成操作之后直接删除克隆的虚拟机即可。

另外,利用Windows系统下的虚拟机软件来使用Unix、Linux等操作系统,可以方便地进行各个操作系统的切换,同时虚拟机又可以完全实现Unix、Linux操作系统的功能。这一点给学生的学习带来了极大的方便,避免了一下进入一个完全陌生的环境,给学习带来不便。

3.1.2 计算机网络实验

使用硬件虚拟技术,一台高性能的计算机可以虚拟成多台互相之间能够进行通信的小型网络 ,可以让学生人手一台单机完成大多数网络实训任务,大大提高了设备的利用率,并保证了学生实训的时间和机会。

3.1.3 网络安全实验

黑客工具的使用、网络操作系统的安全配置、网络服务器的安全配置、数据加密系统的应用等实验往往给实验机带来极大的破坏,很多学校为了减轻机房管理的负担,都尽量避免开设这样的实验,只是课堂上做理论讲解。引入硬件虚拟技术后,可以在计算机上安装专门针对网络安全实验的虚拟操作系统,学生可以“不计后果”地对实验环境进行肆意的“破坏”,实验完成后,管理员只需要重新恢复一下虚拟环境就行了。

3.2 操作系统虚拟化技术的应用

目前,学校的机房作为公共设施往往都有着多种不同的用途。承担着不同院系、不同班级的教学、上机试验等任务,有的机房还要作为计算机考试和相关培训的上机场所。管理员在学期初进行机房软件环境规划时,总是根据该学期教学情况预先安装多个操作系统,每个操作系统上都尽可能的安装多的软件,以适应不同的院系班级上机、实验、等级考试、培训等教学任务,但是在实际应用中总是存在软件相冲突、硬盘空间不够用等多种问题。

而虚拟操作系统技术,允许在受保护的真实操作系统上创建多个虚拟操作系统,而且不需要占用独立的硬盘空间。虚拟系统里的数据变化可以被永久保留,但是不会影响到真实系统的还原和保护。

正是由于虚拟系统的这种特点,可以实现在不影响机房统一管理和维护的前提下,授权学生利用虚拟系统自由创建个性化的软件学习环境。通过对虚拟系统设置密码,该虚拟系统只有管理员和创建者可以进入或删除。这样一来,得到授权的学生在机房就像拥有了一台只属于他自己的电脑,可以自由的使用它,比如:安装软件、保存各种学习资料、课程设计、毕业设计等等。

4 小结

虚拟化技术的出现,给计算机实践教学提供了一种有效的辅助工具,它充分挖掘了现有设备的潜力,提高了现有系统的利用率,保证了计算机系统自身的安全,同时也大大提高了机房管理人员的工作效率,减轻了工作负担。因此,虚拟化技术将计算机实验机房建设中发挥越来越重要的作用。

参考文献:

[1] 汤跃明.虚拟现实技术在教育中的应用[M].北京:科学出版社,2007:16-45.

[2] 孔勇奇.虚拟技术在PLC实验教学中的应用[J].福建电脑,2010(1):19-20.

[3] 何珍祥,任文.用虚拟机构建Linux实验环境[J].电脑知识与技术,2010(2):290-291,297.

[4] 苏瑞萍. 电子技术教学改革的新思路[J].科教文汇,2010(1):63,70.

[5] 鲁松.计算机虚拟技术及应用[M].北京:机械工业出版社.2007:28-32.

[6] 王淑江.虚拟技术应用实践[M].电子工业出版社,2009:128-153.

虚拟实验设计论文范文第5篇

 

1.引言

 

通信原理课程是通信工程专业一门重要的专业课程，由于课程内容理论要求高，知识背景广，同时又具有很强的工程背景，需要大量的实验环节对其知识体系进行补充。良好的实验设置不仅仅需要帮助学生巩固课堂上的理论知识，培养学生的实际动手能力，同时还需要引入工程的思想引导学生解决实际通信电路的设计、分析、调试等种种问题。

 

本文提出了一种新的实验思路，利用xilinx公司提供的system generator工具，可以在simulink的库中搭建开发好的模块，组成通信模型，进行仿真并可以使用虚拟器进行观测。同时，可以生成HDL文件，编译后下载到FPGA中执行，运行在实际的硬件电路上。

 

2.虚拟实验仿真

 

实验的第一步是在虚拟的环境中进行，其设计是在simulink的环境下完成的，实现的方式完全和在simulink中一样，通过拖拽模块和连线，就能完成系统的搭建。学生可以自己构建多种通信系统，完成系统的设计和调试工作，通过虚拟仪器分析信号的波形和频谱，理解通信原理中的理论知识。图 1是在simulink环境下搭建的一个基本的QPSK调制系统，调用了xilinx公司的DDS、乘法器、加法器模块，整个设计过程和通用的虚拟环境基本一致，通过simulink中提供的示波器，频谱仪等模块，可以观测到整个调制的过程。

 

可以看出使用system generator工具所搭建的通信系统完全可以基于虚拟环境使用，丰富的虚拟设备可以让学生清晰而直观地观察信号，不受硬件设备的限制，不需担心设备损坏的问题，降低学生对实验的畏难情绪，激发学生的学习热情。

 

3.硬件平台设计

 

在学生通过自己动手完成虚拟系统的搭建，掌握了基本系统原理，观测了相关信号的波形，调试成功后，就可以直接在simulink环境中生成 NGC或HDL文件，生成可下载文件，在硬件中运行。硬件平台的设计需要考虑以下几个因素：(1)必须要满足通信原理课程的要求，巩固学生的理论知识。(2)能够进行综合性及设计性实验，满足二次开发的要求。(3)便于故障排除和维护，减轻日常实验室工作强度。

 

基于以上的考虑，系统的硬件采用了模块化的设计方法，使用了母板+子板的设计方案。母板上使用了一片Xilinx公司的spartan 6系列FPGA，子板设计了AD、DA、音频、放大器等常用的模块。两者通过digilent公司的PMOD接口连接。母板可以通过板子周边的PMOD接口连接DA子板，将调制好的信号转为模拟信号，由子板接口输出，通过示波器进行观测。

 

结论

 

采用虚实结合的实验方式可以结合虚拟实验和实际硬件实验的优势，虚拟实验的方式实验形式灵活，虚拟模块和设备齐全，实验成本低，效率高，便于学生理解通信系统的基本原理。而实际硬件上的实验能让学生切实地感受真实的电路、元件、测量仪器，真正地提高学生的实际动手能力。因此，让学生首先在虚拟环境中自己动手搭建系统，掌握了基本的原理之后，在通过system generator提供的工具直接生成可下载文件在硬件电路中运行，在真实的电路板上调试，使用真实的仪器进行观测，给予学生直观的认识。通过这样既加强了学生对基本原理的理解，有培养了学生的实际动手能力，使之成为既具有扎实的理论基础，又有很强动手能力的创新型人才。