虚拟实验室范文10篇

摘要：临床诊断学是医学生的重点课程之一，不仅是学习临床的基础，更是从医学基础理论过渡到临床医学的桥梁。文章以虚拟实验室在临床诊断学信息化教学中的优势为出发点，针对虚拟实验室在临床诊断学信息化教学中的有效应用，提出利用虚拟教学软件开展课堂教学和学生自学、虚拟化信息实验室用于丰富学生临床实践经验、结合虚拟现实技术突破医学教学重难点、医学生虚拟诊断疾病搭建学习平台等建议，以供借鉴。

关键词：高校虚拟实验室；临床诊断学；信息化教学

一些高校由于教学资源紧缺，临床教学的质量受到影响，对此，可以在临床诊断教学中应用信息化虚拟实验室。临床诊断学虚拟实验室是以信息技术为基础，借助各种教学仪器与信息数据，采用人际交互的方式进行模拟实验，并利用虚拟环境中的对象及医疗设备，让学生身临其境，在短时间内强化自身的临床诊断能力［1］。

1应用虚拟实验室开展教学的优势

1.1提高教学资源利用率，改善教学方式

在传统临床诊断学教学模式下，教学内容主要是理论教学和实践教学，教学工具以幻灯片、黑板和教科书等为主，尤其在实践教学中，还会受到时间和空间的限制。此外，高校临床诊断学所需的实验设备费用较高，医学院内一般没有充足的资金购买专业的或大型的诊断医疗设备，也就不能构建健全的临床诊断学实验室，导致实践教学效果大打折扣［2］；而虚拟仿真实验室的应用，可以让学生在虚拟环境下学习，学生可以直观学习临床知识。同时，虚拟实验室可以长期使用，仅需定期维护即可，成本大幅降低，非常有利于提升教学资源的利用率，并优化教学方式［3］。

一、虚拟实验室的研究背景

网络的出现改变了人类的生活方式，大大提高了人们通信的效率和速度，使得不同地域的人们可进行实时对话。作为教育本身来说，为了给社会培养更多的高质量技术人才，其教学模式必将随着通信手段的提高进行相应的改进，如何利用Internet进行网络教学已成为近年来各国教育界的重要研究课题。其实远程教学很早就开始了，如函授大学、电视大学等，只是由于现代的WWW技术给远程教学提供了前所未有的交互性和巨大的资源共享潜力，远程教学最近才得到如此重视。尽管目前人们对基于WWW的远程教学模式还不是完全清楚，但有一点是确定的：基于WWW的远程教学在不久的将来会成为一种重要的教育模式。作为一种教育模式，现代远程教学应该是教师、学生、教学内容、教学媒体四要素的综合体现，是在WWW环境中展开的教学活动的稳定结构形式。与现代教育一样,现代远程教育也应强调培养学生的能力、素质与创造性，要求学生能灵活地掌握知识，其教育理论和学习理论应建立在建构主义基础上，强调以学为中心的教学模式。该教学活动应重点考虑以下三方面：要在学习过程中充分发挥学生的主动性，要能体现出学生的首创精神；要让学生有多种机会在不同的情境下去应用他们所学的知识(将知识“外化”)；要让学生能根据自身行动的反馈信息来形成对客观事物的认识和解决实际问题的方案(实现自我反馈)。以上三点，即发挥首创精神、将知识外化和实现自我反馈可以说是体现以学生为中心的三个要素，是培养现代人才的必备条件。

然而，从目前的远程课件来看，其网上素材基本分为两类：静态与动态。静态素材一般是将书本、教案等以静态的形式放于网上；动态素材一般是在静态素材中出现的一些动画表现。虽然后者以动画的形式表现，但并不具备可变性，不能给学生提供真实的情景，很难达到以上的三点要求，即很难保证学生的质量。对于计算机专业来说，学生的大部分能力都是通过实验得到的，真实的情景是现代远程教学质量提高的关键。基于此,网上实验已成为远程教学研究的重要方面，而且已有很多成果出现。ICHIGAN大学为操作系统和高级语言课程建立了网上系统实验室，其实验都是基于软件环境的，不涉及硬件模拟；PURDU大学建立了一种交互式的网上学习环境：学生可在网上做一些简单的交互式硬件实验，但由于其代码是用JAVA语言编写的，其实验的复杂度受到一定的限制。然而，对于计算机专业来说，其中很多实验计算量相当复杂，例如处理器设计、复杂电路设计等，要完成真实的实验过程，这些计算量在客户端利用APPLET在执行时间上是难以接受的。

针对目前网上实验存在的问题，在实验教学过程中，结合实际情况我们研究设计了《计算机组成原理》虚拟实验室。从理论上讲，《计算机组成原理》虚拟实验室的研究是对传统实验教学模式的一种改革，为打破传统模式的局限性，提高实验教学质量，促使实验教学由实物实验教学向虚拟实验教学、远程虚拟实验教学发展，提供了最佳解决方法。《计算机组成原理》虚拟实验室将远程教育的概念引入到实验教学之中，结合强大的网络功能，使得以虚拟现实技术为基础的网络虚拟实验室资源以及虚拟实验室仪器设备等资源的共享成为可能，它允许人们通过网络访问和使用自己没有的设备资源，使得处于不同地理位置的学习者可以同时对一个实验项目进行实验操作，实现用户信息的协同共享，同时可以及时的接触到最新的仪器。

在实践意义上，《计算机组成原理》虚拟实验室通过网络设施建设和实验教育应用功能的开发、通过运用现代先进的计算机技术来改善实验教学环境，建立与现代信息技术相融合的网络实验教学系统，及时更新教学内容，高效率传播先进的科学技术，普遍提高学生实验操作能力，从实践中培养学生的创新能力。项目的研究和实施将极大缓解实验设备经费、实验教学人员不足，实验教学内容更新缓慢等问题。极大提高学生的学习兴趣和实验操作能力，从实践中培养学生的创新能力，并有助于校际之间、学校与科研院所之间、学校与企业之间及学校与社会之间实验资源的交流和共享。

二、虚拟实验室方案研究

摘要:为提高电子实验室的使用质量及效率，对电子实验室进行设计。在对电子实验室现状进行分析的基础上，详细阐述了虚拟仪器电子实验室的整体结构，以及基本硬件电路和软件程序的实现路径，硬件部分通过PCI总线同计算机相连。通过在电子实验室引入虚拟仪器技术，实现了对实验环境的有效模拟以及电子测量中电路设计和相关实验仿真，在提高学生实践能力的同时节约了教育资金。

关键词:虚拟仪器;虚拟环境;开放型虚拟电子实验室;电路设计

随着各行业及高校对学生实践能力重视程度不断提高，各高校尤其是工科类院校教学计划中的实践教学占比不断提高，意在通过实践与理论的有效结合，全面提升学生的综合能力。实践教学在提高实践创新能力方面发挥着重要作用，目前在提高实验室实验质量及效率的同时降低投入成本成为高校建设与改革实验、实训室的主要目标。快速发展完善的计算机技术及仪器仪表技术，促使传统仪器向虚拟仪器发展，通过引入虚拟仪器技术及平台完成虚拟仪器电子实验室教学系统的设计与应用，已成为高校改革和完善实验、实训教学工作的有效手段，建设虚拟仪器电子实验室的重点在于对构成虚拟仪器设备进行充分运用。

1需求分析

随着高校招生规模的不断扩大以及各专业对实验实训需求的不断提高，作为高校教学及课题研究的重要场所，实验室教学过程对相关测试仪器及设备等的质量及数量要求随之增加，而通常实验仪器设备的使用及维护管理成本较高，并且部分设备技术更新速度较快，导致部分高校实验室硬件资源紧缺问题日益突出。快速发展的虚拟现实技术为电子测量、设计、实验等领域创新发展提供了技术支撑，在数据存储、分析及显示方面虚拟仪器技术具备较大的优势，虚拟仪器技术通过计算机与仪器硬件间的有效结合，实现了计算机数据处理同现场测量、控制仪器硬件功能的有效结合，在提高仪器性能的同时降低了仪器使用成本，此种仪器模式具备优越的性价比，受到各高校实验室的青睐，在改造、建设高校实验室过程中通过虚拟仪器技术的应用可使实验室的使用及维护成本得到显著降低。基于虚拟仪器的电子实验室通过相关软件的优化与完善，可有效提高高校实验教学质量［1］。

2虚拟电子实验室的构建

摘要：高校单片机课程教学存在课堂与实验脱节、实验室维护成本高、学生学习效果不高等缺点，在教学改革中有必要引入基于Proteus和Keil技术为核心的虚拟实验室教学手段。本文简单介绍单片机虚拟实验室的构建模式，从教材的选择、仿真模型的设计、实验操作的开展、自主性与创新性实验的探索等方面作出相应的改革，提升了教学质量与效果，得到师生的充分肯定。并列举教学实例说明。

关键词：单片机；虚拟实验室；Proteus；Keil

1概述

1.1课程介绍。单片机作为一种最基础的电气智能化控制部件，被广泛应用在数码控制、汽车制造、通讯、电器电子等方面，大到飞机邮轮，小到空调遥控器。目前单片机有关课程已经是高校信息工程、电气工程、自动化工程、应用电子技术等专业的一门专业核心课程，该课程注重理论与实践的综合培养，强调学生动手能力与创新思维的培养，该课程的开展为培养工程技术人员奠定了良好的理论和实践基础[1]。1.2教学改革的必要性。在实际的学习过程中，学生反映这门课程过于抽象、晦涩难懂，理论课程中，仅通过书本与幻灯片无法理解单片机内部结构、框架流程、工作原理；实验课上，学生只会按照既定步骤，机械的去重复实验操作，对于其中原理知之甚少，也无法与理论融会贯通。溯其根源，还是因为单片机是一门硬件与软件、理论与实践高度结合的课程，需要同时进行学习与验证。只学习理论，会觉得过于抽象、无法理解；只学习实验，则变成机械模仿，无法掌握理论知识。同时由于实验室承载能力与课程学时限制，学生动手操作机会比较有限。再加上实验室设备的有形损耗（包括老化、故障、误差过大等）与无形损耗（技术的进步导致设备落后），这都增加了实验室的运行与维护成本。另外，出于对师生人身安全与设备安全的考虑，课程多为验证性的实验，无法开展自主与创新性的实验。这种情况下，课堂的创新氛围与学生的兴趣也难以提高，最终导致该课程枯燥乏味。为提升教学质量，国内外很多高校都在采用图形化、仿真模拟与虚拟现实等方法推动虚拟实验室建设[2]，操作者可以在计算机上模拟真实实验室条件下的实验操作，可以更加直观的了解内部结构、任意变更参数重复实验、降低成本、提高人身与设备安全性。这项技术已经广泛运用在机械、电子、物理、化学、医学等学科。

2核心技术

虚拟实验室在单片机领域主要包含以下两个核心技术：2.1Proteus软件。Proteus是英国LabCenterElectronics公司开发的E－DA程序（仿真软件），是目前业界技术含量最高、型号最齐全的微控系统仿真平台软件。与同类产品相比，Proteus除了具备仿真功能外，还可以实现仿真单片机以及附属外部设备[3]。该软件从框架结构设计、参数调试到单片机与外接设备协同仿真，快速转换到PCB（PrintedCircuitBoard印刷线路板）设计，可以将思路与产品完美衔接。该软件不仅支持采用PLM（计算机编程语言）、汇编与C语言进行程序开发，同时支持多窗口、多文件编辑，支持兼容市面上常见芯片模型。Proteus主要包括设计图输入系统ISIS、动态原件库、混合仿真器、以及印刷线路板编辑器ARES等。元件库包括数字与模拟、直流与交流、信号发生器、示波器等多种虚拟设备。Proteus软件不只是一个单片机的仿真环境，更是一个拥有无穷扩展范围与创新空间的实验平台。在缺乏必要的输入、输出、显示、调试等硬件设备的条件下，依然可以利用该软件，清晰形象的了解单片机的结构原理、方便快捷的展示实验过程与结果。既克服了硬件与学时上的困难，又提高了学生的掌握水平，培养了学习兴趣，扩展了创新思维。这是过去的“灌输式”课堂与“模仿式”实验所无法达到的效果的。2.2Keil软件。Keil是使用最广泛的采用C语言的单片机开发软件，由美国KeilSoftware公司出品。与汇编语言相比，C语言功能强大、结构简单、可读性强、维护方便。同时Keil拥有一整套开发程序，包括C语言编译、宏汇编、项目链接、数据运行库管理以及仿真调试模拟器等等，这些功能都被组合成一个集成开发软件。该软件安装简单、功能完善、调试准确、工作效率高、生成汇编代码紧凑、便于理解与纠错[4]。2.3协同作用。为了建设虚拟实验室，需要将二者紧密联系在一起。Proteus不仅支持MCS系列以及派生系列的单片机，同时也支持AVR和PIC核心的单片机。Proteus软件可采用模拟与数字、直流与交流等数千种元器件，以及数据库中没有的型号，也可以根据实验需求进行创建。这就需要将C语言与汇编语言进行编译，然后进行软件与硬件的仿真模拟。解决了这个框架问题后，采用Proteus建设虚拟实验室就水到渠成了。

快速发展的现代化信息技术促进了高等教育教学的改革、加速了教学模式的多元化发展。虚拟仿真实验室是一种基于Web技术、虚拟现实技术（VR）构建的开放式网络化的虚拟实验教学系统［1］，是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物。随着虚拟仿真技术的成熟，虚拟仿真实验在科学研究、实验教学中得到了越来越广泛的应用［2］。自2013年教育部开展了国家虚拟仿真实验教学项目建设工作以来，虚拟实验室建设成为高校实验教学改革的新方向，虚拟仿真实验室的开发与应用将会对医学检验技术专业的实验教学改革产生变革性的影响。

1医学检验技术专业实验教学的现状

实验教学是医学院校非常重要的实践性教学环节，在培养学生实际动手能力和创新能力方面有着不可取代的作用。医学检验技术属于实验室医学，十分强调学生的实践操作能力和仪器操控能力，尤其是随着科技的进步，检验技术及检验仪器更是发生着日新月异的变化，这对医学检验技术专业的人才培养提出了更高的要求。而本校医学检验技术专业的实验教学受仪器设备、实验内容、场地、师资等多个因素约束、限制，使得本专业的在校生无法得到像临床检验科一样真实的实践操作机会［3］。1．1检验仪器设备滞后。检验科常规使用的全自动分析仪器，由于价格昂贵，使用及维护成本高，因此本校的全自动分析仪器不仅数量少，而且规格陈旧，元器件老化，无法满足日常实验，大多数情况仅作为示教使用，使得实验教学的检验仪器设备滞后于临床，很多的新方法、新技术无法在实验中展开，实验项目多以传统经典、验证性实验为主，缺乏对学生创新性思维和能力的培养［4－5］。1．2实验内容受限。临床样本获取困难，尤其是临床基础检验学、临床血液学的形态学资源缺乏，临床病原微生物学的疑难罕见样本短缺［6］，导致实验内容单一、项目陈旧，与临床实际应用存在明显的脱节。1．3影响实验室安全。实验教学中使用的检验标本多来源于人体体液的生物样品，具有极大的感染性，实验室存在很大的污染隐患。1．4实验经费和场地限制。近年来本校医学检验技术专业的招生人数逐年增加，实验教室少，实验教师缺乏，即使实验课采用小班教学，学生也分成4人一组，无法保证每个学生都有操作的机会，学生难免生出偷懒、坐享其成的行为，难以保障教学效果。且常规实验所需耗材量大，从而造成学校对本专业实验教学的经费投入巨大。1．5实验课时不足。医学检验本科由五年制改为四年制，各课程的学时数都在减少，包括实验学时，势必造成教学内容减少、教学进度加快、实验项目压缩、学生学的不全、学得不精，教学质量难以保证。

2医学检验技术专业构建虚拟仿真实验室的意义

教育教学改革的着眼点是提升专业人才培养质量。在医学检验教育“五改四”的背景下，传统的教学方法和教学条件已明显滞后于当前的人才培养需求，不仅直接影响学校的教学质量，更影响学生未来在社会及行业领域的竞争力。虚拟仿真实验室的建设和应用，充分发挥学科专业优势，改造实验教学手段、革新实验教学内容、突破实验教学模式，是探索医学检验技术实验教学改革的有效途径。2．1改善实验教学条件。尤其是价格昂贵、结构复杂的大型、新型仪器可以在虚拟实验室中全面展现，避免仪器设备的巨额投资和重复添置［7］，降低实验室仪器设备建设、管理和运行成本，减轻保养维护的工作量［8］，保证了实验开出率及使用率。有效缓解了实验教学在经费、场地、器材等方面面临的困难和压力，解决了实验室仪器设备落后、配置不足、试剂耗材浪费、生物安全隐患等传统实验教学的不足。2．2改革实验教学模式。虚拟仿真实验室开放共享的实验环境，形象逼真的学习场景，直观生动的实验对象，灵活的学习方式，可再现的教学模式［9］，极大地调动学生学习的主动性和积极性，激发学生的学习兴趣［10］。虚拟仪器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，可用表格、图形快速准确显示结果，方便教师与学生、学生与学生之间进行互动学习，从而改变了实验教学模式，有效地提高教学效率和教学质量。2．3培养高素质创新人才。构建具有医学检验特色的虚拟仿真实验室，模拟检验科的工作环境、工作性质和工作方式，让学生犹如身临检验科，真实地体会到检验科的工作模式，能有效地培养学生将所学知识融入临床工作，促进学生临床思维能力、临床操作能力的训练［11］，实现与临床无缝对接。教师可利用虚拟仿真系统搭建综合性、设计性实验或案例，极大地促进了综合性、设计性、创新性实验的开设，活跃学生思维，增强学生动手能力，锻炼学生独立思考和设计能力，对培养学生的创新思维及开拓精神起到积极的引导作用，促进医学检验技术专业高素质、创新性人才的培养［12］。

3医学检验虚拟仿真实验室建设思路与规划

摘要随着计算机、网络技术的不断发展，网络虚拟实验室得到越来越多的应用。介绍了虚拟实验室的基本特点及其体系结构，实现虚拟实验室的四种关键技术：Java、ActiveX、VRML、ASP，最后探讨了虚拟实验室开发过程当中应注意的几个问题。

关键词虚拟实验室远程教育现代教育技术

迅速崛起的现代教育技术把虚拟实验引入到了实验教学中。虚拟实验的应用改变了传统的教育模式，使得教与学方式发生了革命性的变化。目前，用于实验教学的计算机虚拟实验软件非常丰富，加上高校计算机及网络资源，为虚拟实验的开设提供了必要的基础条件。通过网络虚拟实验室，能够通过计算机在网络中模拟一些实验现象，它不仅仅能够提高实验教学效果，更加重要的是对一些缺乏实验条件的学生，通过网络同样能够身临其境地观察实验现象，甚至和异地的学生合作进行实验。

1网络虚拟实验室的发展及其特点

网络虚拟实验就是在WEB中创建出一个可视化的环境，其中每一个可视化的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。网络虚拟实验实现的基础是多媒体计算机技术与网络技术的结合。无论是学生还是教师，都可以自由地、无顾虑地随时进入虚拟实验室操作仪器，进行各种实验。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。许多国内外从事实验室工作的研究者们在实践中还提出这样一些概念：DigitalLab、MBL（Micro-computerBasedLab），尽管这些名词不统一，但他们的实践从不同的层面实现了虚拟实验室。

1．1印地安那州立大学的MBL化学实验室

【摘要】实验教学是高校化学教学中的重要环节，近年来，随着高等教育观念的更新、手段的改进、计算机化学的兴起和化学知识的创新，使计算机模拟化学实验成为可能。借助计算机模拟手段，可以解决化学实验教学课时不足的问题，并根据具体实验操作，尽可能避免直接接触危险及有毒的化学药品，减少废弃物的排放，提高学生的环保意识，从而达到提高学习效率和教学水平的目的。

【关键词】虚拟实验室计算机模拟多媒体技术

在高等教育实现大众化的今天，由于众多主客观因素制约，国内许多高校教学质量有所下降，特别是在实践教学中，出现重视课堂理论教学，忽视成本高、难度和质量弹性都较大的实践教学。在全球竞争高度激烈的时代，市场经济对人才所具备的创新精神、实践能力的要求越来越高，如果高校所培养的学生理论基础与实践能力脱节，学生将无法立足于当前的市场经济，因此，加强高校实践教学工作是我们必须要解决的重要任务。

目前，国家已将培养适应新世纪现代化建设所需要的具有创新精神、实践能力和创业精神高素质人才列为高等教育战略工程，这种人才只有通过系列的实践教学环节才能得到有效的培养。而我校许多学科专业都属于实践性较强的应用型专业，如何将学生的创新精神和实践能力有机结合起来是我们面临的难题，下面就如何培养提高学生的实践能力谈几点自己的认识：

我校实验教学计划主要设置有无机化学、分析化学、有机化学、仪器分析以及物理化学等实验课程，实验教学分散在各门理论课程中，教学主要按照理论课讲授的内容顺序自成体系，各门实验教学课程尚未进行整合形成一个科学系统的实验教学体系，内容存在重复、脱节现象，不利于培养学生的综合能力；实验教学内容简单分散，多为一些验证性的实验，实验内容的深度和广度也不够，知识也不能及时得到更新，学生很难将化学知识和操作技能应用到工作中去解决实际问题；实验的教学手段基本上采用传统的一块黑板、一套旧式仪器设备、一本实验教材，缺乏计算机多媒体和先进仪器等现代化教学手段，教学方法主要是学生课前预习，教师重点讲解和指导，学生按实验指导书“照方抓药”，进行机械式操作，最后填写实验报告，学生缺乏独立思考和自己设计实验的能力；实验教学课时安排偏少，培养学生动手能力的实践时间不能得到充分保证。

鉴于以上事实，我们认为虚拟实验室的建设将在一定程度上解决目前存在的问题，有助于培养和巩固学生掌握实验基本理论、知识、方法、技能，培养学生发现问题和综合分析、解决问题能力以及培养学生初步的科学研究能力。其依据在于：化学虚拟实验室充分利用计算机多媒体的技术，将化学实验过程中的文、图、声像、动画各种因素有机组合在一起，把一些抽象理论、复杂结构、虚幻情景、跨越时空等因素，通过三维动画、视频图像、虚拟现实等手段形象生动地展现出来，使学生通过多种感官刺激全方位地获取丰富的信息，学生对实验过程和实验现象观察得很清楚，让学生在计算机上操作也能达到身临其境的效果，这样就可以激发学生的学习兴趣，起到良好的教学效果。

【摘要】传统教学机房存在如下问题：实验环境搭建复杂，机房管理员需要为每台机器安装相应的实验软件；实验课考核困难，给学生布置平时作业时，通常布置相同的题目，很难杜绝学生之间互相抄袭的现象；机房成本高、利用率低，部署实验室机房需要采购大量计算机和网络设备，机房设备的维护也耗费工作量。本文研究了面向计算机实验教学的虚拟化技术，在在线虚拟实验室中通过Linux的虚拟化技术，为每个学生在服务器端创建独享的实验环境，教师在服务器端安装实验软件和实验数据，只需要在服务器端配置一次实验环境，即可被所有的学生共享，从而大大地简化了实验机房的管理。

【关键词】在线实验室；虚拟化；Linux操作系统

在传统的教学机房中进行实验教学面临实验环境搭建复杂、机房利用率低等问题。本文研究面向计算机专业实验教学的在线虚拟实验室建设，解决传统机房教学的易用性问题。教师只需要在服务器端配置一次即可为所有学生提供相应的实验环境，在客户端无须安装实验软件，学生使用浏览器即可访问自己的实验环境。

1在线虚拟实验室要解决的问题

计算机类课程是实践性很强的课程，在机房进行教学，学生可以及时上机尝试操作、消化所学内容，能够取得良好的教学效果。然而，传统机房教学存在如下弊端。（1）传统实验课实验环境搭建复杂。在传统的实验教学中，机房管理员需要为每台机器安装相应的实验软件，教师需要将实验包（包括文档、实验数据）分发给学生，学生在实验前需要手动配置自己的实验环境[1]。某些实验的实验环境搭建尤其复杂，例如大数据实验，需要为每个学生分配多台机器，实验数据的大小可能超过1GB，Hadoop配置较为复杂。（2）传统实验课考核困难。在传统实验教学中，教师给学生布置平时作业时，通常布置相同的题目，很难杜绝学生之间互相抄袭的现象；在最后的课程考核中，如果采用上机考核，无论是分发考试实验环境还是收取考试题目，都很复杂。（3）传统实验机房成本高、利用率低。部署实验室机房需要采购大量计算机和网络设备，机房设备的维护也消耗很多工作量[2]。本文研究面向计算机专业实验教学的在线虚拟实验室建设，解决传统机房教学面临的诸多问题。在线虚拟实验室通过Linux的虚拟化技术，为每个学生在服务器端创建独享的实验环境，教师在服务器端安装实验软件和实验数据，只需要在服务器端配置一次实验环境，即可被所有的学生共享，从而大大简化了机房管理工作。学生的实验数据全部保存在服务器端，可以随时随地登录系统继续实验，不需要每次实验前再进行一次环境配置。使用在线虚拟实验室，教师在服务器端可以为每个学生布置不同的实验题目，在一定程度上避免了互相抄袭。在最后的上机考核中，教师不再需要分发考试实验环境，还可以直接在服务器端收取考试结果，简化了实验考核的工作量。使用在线虚拟实验室无须采购大量硬件，资源的利用率更高，一台服务器可以服务约100台虚拟机，满足相应数量学生实验需要；虚拟实验室运维工作可在网页上通过点击鼠标完成，快捷方便。传统教学机房与在线虚拟实验室的优劣势总结如表1所示。

2国内外现状对比

1虚拟实验室简介

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。

计算机教学除了课堂理论教学,还有大量的实验教学,实验教学是教学活动的重要环节,实验教学和课堂理论教学相辅相成。实验室主要对课程的理论作出科学验证或展开演绎,让学生加深对理论的认识,同时通过实验培养学生的创新意识和科学严谨的作风。但从目前情况来看,很多学校安排了较多的验证性实验、演示性实验,而让学生唱主角、自己动手的实验开设很少。因此,在不同程度上影响到学生动手能力的培养,尤其是在硬件动手能力方面。为了提高实验的教学效果,提高学生的专业实践能力,鉴于目前学校建有校园网并接入互联网的情况,行之有效的方法是建立专业的网络虚拟实验室系统。

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,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