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摘 要 本文从虚拟实验室含义出发，描述了面向教学方向的虚拟实验室系统结构，详细分析了虚拟实验室的应用。
关键词 虚拟实验室 建设 应用研究
中图分类号：TP391 文献标识码：A
随着网络技术的应用和不断发展，虚拟现实（virtual reality）成了当前的一个热门话题。虚拟现实是指在通过各种技术模拟的环境中，用户可以象在现实环境中一样接受和响应模拟环境的各种感官刺激，与其中的人及事物进行行为和思想的交流。虚拟的网络环境为现代医学提供了极大的方便，并对现代医学的发展产生巨大的影响。
一、虚拟实验室的概念
虚拟实验室是由以计算机仿真技术为核心的虚拟实验和用于运行虚拟实验的网络结构等构成的实验室。其核心虚拟实验是指按照实验教学的基本要求，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环境中一样运用各种虚拟实验器械和设备，对建立起来的实验模型进行实时仿真操作，完成各种预定的实验项目，所取得的学习或训练效果等值于甚至优于在真实环境中所取得的效果。虚拟实验的开展符合教学现代化的要求，有利于学生素质的提高。
二、虚拟实验室的主要特点
1、共享性和高效性。虚拟实验室拓宽了教学实验的时空观，网上虚拟实验室是建立在网络上的，本身不受场地的限制。同时，由于在虚拟实验室中将实现“软件即仪器”、“软件即元器件”，虚拟仪器和虚拟元器件在网络上将得到最大限度地共享。
2、开放性。虚拟实验的开放性表现为两个方面：一是资源开放。虚拟实验室储存了大量的实验模式、虚拟实验仪器仪表、实验器件或构件、虚拟实验环境、实时仿真软件包等，实验者可根据自己的实验需要自由地选择使用。二是虚拟实验室是一个开放的实验平台。实验者可根据实验需要，自行构建实验环境、实验模块、实验仪器，随意地增加虚拟实验室的各种“库”，使得虚拟实验室是动态的，具有可持续发展性。
3、协同性。协同虚拟实验室就是在Web中创建出一个可视化的共享虚拟实验环境， 其中每一个可视化的虚拟对象代表一种实验对象。通过鼠标的点击以及拖曳操作，用户可以进行虚拟仿真实验。
三、虚拟实验室应用系统架构
从开发要素来讲，虚拟实验室系统是由计算机、应用程序和仪器硬件组成。从教学应用上来说， 教师和设计者作为虚拟实验室系统的开发者和构建者，要充分考虑到系统的教学适用性和课程特色以及学生的个体需要，使得面向教学的虚拟实验室具备开放性、重组性、可扩展性等特色。在此基础上，构建了如下的面向教学的虚拟实验室系统，见图1。
从图1可以看出，虚拟实验室教学应用系统主要包括3个部分，连接这3个部分的核心是作为服务器端的计算机。第1部分由被测单元和数据采集卡以及一些相关硬件组成，这一部分的功能是通过信号采集卡以及其它硬件将被测单元或仪器设备的数据以需要的形式采到计算机，配合使用的硬件也可以将计算机发出的命令反馈到被测单元或仪器设备中。第2部分指的是作为服务器端的计算机包含的程序，是软件部分。实验中需要的各种仪器功能以程序包的形式出现。第3部分是通过网络和服务器端计算机相连接的客户端计算机，根据权限设置分为提供给教师和设计者使用的管理客户端和提供给学生使用的使用客户端。教师和设计者可以通过网络将服务器端计算机中的各种功能程序包组合和配置，并结合添加一些相关命令来控制计算机与被测单元和仪器设备之间的通信，实现某个教学实验项目。学生可以通过网络选择教师已经设计好的教学实验项目，完成某个实验项目的学习。另外，学生还可以利用功能程序包可重组和配置的特性，自行设计实验来验证或学习，解决学习中产生的疑问和难题。在这个系统中，采集到的是真实的实验数据，这和模拟实验软件具有本质的区别。
四、虚拟实验室的主要应用功能
1、自主学习网上虚拟实验室要适应学生自主学习的要求，应能使学生通过教学资源自主地完成课前预习、实验设计、实验模拟仿真、问题交流与探讨等学习活动。为检查学生的预习效果，必须对学生的实验方案设计和预习思考题解答进行必要的评判。
2、网络教学网上虚拟实验室应具有辅助教学、交互讨论等功能。为实现优秀教学资源共享，也可以把授课录像整理为视频流文件发布于网络上，以视频点播的方式让学生观看。
3、网上实验操作这部分内容是网络实验教学的核心，包括建立各个实验内容对应的实验模型，试剂、仪器的网络仿真模型，实验器材的模型数据库等。学生根据实验的具体内容选取必要的实验器材，按照实验设计方案进行仿真实验操作，观测实验结果，并在实验过程中记录实验现象或实验数据。
4、实验报告评阅实验报告是学生完成实验测试后的分析和总结，是学生实验素质培养的一个重要方面。学生完成实验报告后，通过网络发送给指导教师，教师批改后将批改结果通过网络发还给学生。教师可根据实际情况，在网上进行实验讲评，同时还可根据分析结果对课程教学质量、学生学习效果进行评估，以促进教学质量的提高。
五、结语
随着高等教育的大众化，创建基于网络的虚拟实验室，是少投入多产出、资源共享的一种全新的办学理念，是高校未来发展的必然选择。□
（作者单位：赣南医学院）
参考文献：
[1]赵经成，李富荣，沈德荣.网上虚拟实验室建设[J].海军院校教育，2002
[2]高兴亚，戚晓红，汪辉等.机能实验学[M ].北京.科学出版社，2001.
关键词 虚拟实验室 建设 应用研究
中图分类号：TP391 文献标识码：A
随着网络技术的应用和不断发展，虚拟现实（virtual reality）成了当前的一个热门话题。虚拟现实是指在通过各种技术模拟的环境中，用户可以象在现实环境中一样接受和响应模拟环境的各种感官刺激，与其中的人及事物进行行为和思想的交流。虚拟的网络环境为现代医学提供了极大的方便，并对现代医学的发展产生巨大的影响。
一、虚拟实验室的概念
虚拟实验室是由以计算机仿真技术为核心的虚拟实验和用于运行虚拟实验的网络结构等构成的实验室。其核心虚拟实验是指按照实验教学的基本要求，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环境中一样运用各种虚拟实验器械和设备，对建立起来的实验模型进行实时仿真操作，完成各种预定的实验项目，所取得的学习或训练效果等值于甚至优于在真实环境中所取得的效果。虚拟实验的开展符合教学现代化的要求，有利于学生素质的提高。
二、虚拟实验室的主要特点
1、共享性和高效性。虚拟实验室拓宽了教学实验的时空观，网上虚拟实验室是建立在网络上的，本身不受场地的限制。同时，由于在虚拟实验室中将实现“软件即仪器”、“软件即元器件”，虚拟仪器和虚拟元器件在网络上将得到最大限度地共享。
2、开放性。虚拟实验的开放性表现为两个方面：一是资源开放。虚拟实验室储存了大量的实验模式、虚拟实验仪器仪表、实验器件或构件、虚拟实验环境、实时仿真软件包等，实验者可根据自己的实验需要自由地选择使用。二是虚拟实验室是一个开放的实验平台。实验者可根据实验需要，自行构建实验环境、实验模块、实验仪器，随意地增加虚拟实验室的各种“库”，使得虚拟实验室是动态的，具有可持续发展性。
3、协同性。协同虚拟实验室就是在Web中创建出一个可视化的共享虚拟实验环境， 其中每一个可视化的虚拟对象代表一种实验对象。通过鼠标的点击以及拖曳操作，用户可以进行虚拟仿真实验。
三、虚拟实验室应用系统架构
从开发要素来讲，虚拟实验室系统是由计算机、应用程序和仪器硬件组成。从教学应用上来说， 教师和设计者作为虚拟实验室系统的开发者和构建者，要充分考虑到系统的教学适用性和课程特色以及学生的个体需要，使得面向教学的虚拟实验室具备开放性、重组性、可扩展性等特色。在此基础上，构建了如下的面向教学的虚拟实验室系统，见图1。
从图1可以看出，虚拟实验室教学应用系统主要包括3个部分，连接这3个部分的核心是作为服务器端的计算机。第1部分由被测单元和数据采集卡以及一些相关硬件组成，这一部分的功能是通过信号采集卡以及其它硬件将被测单元或仪器设备的数据以需要的形式采到计算机，配合使用的硬件也可以将计算机发出的命令反馈到被测单元或仪器设备中。第2部分指的是作为服务器端的计算机包含的程序，是软件部分。实验中需要的各种仪器功能以程序包的形式出现。第3部分是通过网络和服务器端计算机相连接的客户端计算机，根据权限设置分为提供给教师和设计者使用的管理客户端和提供给学生使用的使用客户端。教师和设计者可以通过网络将服务器端计算机中的各种功能程序包组合和配置，并结合添加一些相关命令来控制计算机与被测单元和仪器设备之间的通信，实现某个教学实验项目。学生可以通过网络选择教师已经设计好的教学实验项目，完成某个实验项目的学习。另外，学生还可以利用功能程序包可重组和配置的特性，自行设计实验来验证或学习，解决学习中产生的疑问和难题。在这个系统中，采集到的是真实的实验数据，这和模拟实验软件具有本质的区别。
四、虚拟实验室的主要应用功能
1、自主学习网上虚拟实验室要适应学生自主学习的要求，应能使学生通过教学资源自主地完成课前预习、实验设计、实验模拟仿真、问题交流与探讨等学习活动。为检查学生的预习效果，必须对学生的实验方案设计和预习思考题解答进行必要的评判。
2、网络教学网上虚拟实验室应具有辅助教学、交互讨论等功能。为实现优秀教学资源共享，也可以把授课录像整理为视频流文件发布于网络上，以视频点播的方式让学生观看。
3、网上实验操作这部分内容是网络实验教学的核心，包括建立各个实验内容对应的实验模型，试剂、仪器的网络仿真模型，实验器材的模型数据库等。学生根据实验的具体内容选取必要的实验器材，按照实验设计方案进行仿真实验操作，观测实验结果，并在实验过程中记录实验现象或实验数据。
4、实验报告评阅实验报告是学生完成实验测试后的分析和总结，是学生实验素质培养的一个重要方面。学生完成实验报告后，通过网络发送给指导教师，教师批改后将批改结果通过网络发还给学生。教师可根据实际情况，在网上进行实验讲评，同时还可根据分析结果对课程教学质量、学生学习效果进行评估，以促进教学质量的提高。
五、结语
随着高等教育的大众化，创建基于网络的虚拟实验室，是少投入多产出、资源共享的一种全新的办学理念，是高校未来发展的必然选择。□
（作者单位：赣南医学院）
参考文献：
[1]赵经成，李富荣，沈德荣.网上虚拟实验室建设[J].海军院校教育，2002
[2]高兴亚，戚晓红，汪辉等.机能实验学[M ].北京.科学出版社，2001.