基于校园网络的虚拟实验室的设计与研究

第２０卷　２０１０年第５期　现代教育技术　Ｍｏｄｅｍ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖ＿０ｌＩ　２０　ＮＯ．５　２０１０　基于校园网络的虚拟实验室的设计与研究　屈泳　（南昌大学数学系，江西南昌３３００３１）　【摘要】随着虚拟现实技术和校园网络的发展，在基于校园网络的基础上，建立一个虚拟的实验教学环境，通过虚拟现实　技术、计算机网络技术和数学建模技术等来实现实验教学环虚拟境。并通过校园网络实现实验教学等各项工作。　【关键词】虚拟实验室、Ｂ／Ｓ体系、ＷＥＢ发布　【中图分类号】Ｇ４２０　【文献标识码】Ｂ　【论文编号】１００９￣８０９７（２０１０）０５—０１３３—０３　一概述　实验教学作为高校教学工作的重要组成部分，对培养学　生的动手能力、分析解决问题的能力、正确的思维方法及严　谨的工作作风等起着不可替代的作用。然而，随着高校学生　人数的不断增加，传统的实验教学手段由于受到教师资源、　场地、仪器和设备的限制已经不能完全满足教学需要或者影　响到了实验教学的质量。近年来国内外许多高等院校及科研　机构纷纷提出了虚拟实验室的概念。虚拟实验就是利用鼠标　的点击、拖动，将计算机上虚拟的各种仪器和设备，按照实　验要求、过程组装成一个完整的实验系统，同时在这个系统　上完成整个实验，包括实验条件的改变、数据采集以及实验　结果的模拟、分析。它突出了“软件即仪器”的新概念［１】。虚　拟实验室就是虚拟实验运行的载体，使用虚拟实验的运行环　境，将虚拟实验室推向网络应用，建立基于网络虚拟实验室　可以大幅度降低实验室的建设和改造费用，并且可以提高教　学质量和教学水平。目前随着虚拟仪器技术、计算机网络技　术等信息技术的不断发展，以及校园网络化、信息化建设不　断深入。建立基于校园网络的虚拟实验室是完全可行的，是　测试技术教学实验的发展方向和国内外虚拟仪器领域研究的　热点之一【２Ｊ。越来越多的人意识到虚拟实验室在教育领域的重　要性，它除了可以辅助高校的科研工作，在实验教学方面也　有显著的作用。　二网络虚拟实验室的功能和特点　基于校园网络虚拟实验室是指在软、硬件结合的前提下，　用户通过校园网络访问虚拟系统，在各种虚拟实验环境下，　运用各种虚拟实验仪器、仪表等设备，对建立起来的实验室　模型进行实时仿真，构成十分逼真的虚拟教学环境【　。基于校　园网的虚拟实验室具有以下特点：（１）系统具有全交互特性，　对用户的任何操作都能立即给出反馈。（２）系统具有资源共　享特性，连接￣ｌｎｔｅｍｅｔ的每台机器，只要获得访问权限，都　可以使用虚拟实验室提供的各种资源，进行实验操作，用户　将不再受实际实验中的时空限制，可根据个人情况选择具体　实验类型。（３）系统具有安全性，安全性是开放的、透明的、　资源共享的虚拟实验环境所必需的保障条件。这个安全性不　仅指保证访问虚拟实验室的用户机器、数据的安全，也指虚　拟实验室能够禁止非法用户的访问。（４）用户自主性：用户　可以制定自己使用的虚拟仪器的方式，允许用户采取必要的　措施保护自己的数据、资料，用户具有充分的自主性。（５）　扩展性：在当今的信息时代里，技术更新速度十分迅速，新　型的、性能更优的仪器设备和技术更新周期越来越短。因此，　虚拟实验室的硬件必须随时更新，软件也要随时升级，服务　功能也要随时增加，基于校园网的虚拟实验室必须具备性能　升级服务功能增加的特性。　三基于校园网的虚拟实验室的设计　基于校园网的虚拟实验室系统的总体目标是设计实现一　个在校园网上的虚拟实验室环境，利用校园网络和设备，将　所提供的虚拟仪器、实验项目及内容放入建立的网站上。远　程用户只需通过网络浏览器，而不需要其它的特殊软件，就　可以登录到虚拟实验室的教学服务器上。事先在主页上列出　所有可提供的实验项目，在相应的项目中显示该实验的有关　内容，并同时提供具体的仪器列表和仪器设置功能。当用户　选择了某个具体实验后，首先可利用所提供的实验内容进行　实验预习并了解实验过程和此实验目的以及实验需要使用的　仪器和仪器使用说明，然后开始实验的具体操作，用户可以　根据具体实验的要求来设置仪器。从涉及的对象来看，基于　校园网的虚拟实验室系统要解决虚拟仪器实验、实验报告以　及网上实验室管理三大主要问题。学生是网络虚拟实验室的　最终用户，每个用户在系统中都有唯一的ＩＤ号，作为其出入　虚拟实验室的通行证，学生可以为自己的ＩＤ号设置密码，访　

】３３　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｃａｍｐｕｓ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ＱｕＹｏｎｇ　（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓ，Ｎａｎｃｈａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ，ｄｉａｎｇｘｉ３３００３ｊ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｒｅａｌｉｔｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆｔｈｅ　ｃａｍｐｕｓ　ｎｅｔｗｏｒｋ，ｃａｍｐｕｓ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｅｔ　ｕｐ　ａ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｌｅａｒｎｉｎｇ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｒｅａｌｉｔｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｈａｂｉｔａｔ．Ｃａｍｐｕｓ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｊｏｂ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ；Ｂ／Ｓ　Ｓｙｓｔｅｍ；ＷＥＢ　Ｒｅｌｅａｓｅ　收稿日期：２００９年９月７日　编辑：陈墨　（上接１２４页）　参考文献　［１】【８】［１３】【１７】Ｊｏｓｈ　Ｂｅｒｓｉｎ．Ｔｈｅ　Ｂｌｅｎｄｅｄ　Ｌｅａｒｎｉｎｇ　Ｂｏｏｋ：Ｂｅｓｔ　Ｐｒａｃｔｉｃｅｓ，Ｐｒｏｖｅｎ　Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｉｅｓ，ａｎｄ　Ｌｅｓｓｏｎｓ　Ｌｅａｒｎｅｄ［Ｍ］．　Ｐｆｅｉｆｅｒ，Ｓａｎ　Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ，２００４．　ｆ２】Ｋｅｖｉｎ　Ｋｒｕｓｅ．Ｔｈｅ　Ｂｅｎｅｆｉｔ　ａｎｄ　Ｄｒａｗｂａｃｋｓ　ｏｆ　ｅ．Ｌｅａｒｎｉｎｇ　［ＥＢ／ＯＬ］．＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅ—ｌｅａｍｉｎｇｇｕｍ．ｃｏｒｎ／ａｒｔｉｃｌｅｓ／ａｒｔＩ＿３．ｈｔｍ＞　［３】Ｒｏｓｓｅｔｔ　Ａ．，Ｆｒａｚｅｅ　Ｒ．Ｂｌｅｎｄｅｄ　ｌｅａｒｎｉｎｇ　ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｉｅｓ　［ＥＢ／ＯＬ］．＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｍａｎｅｔ．ｏｒｇ／ｂｌｅｎｄｅｄ／ｐｄｆ／ＷｈｉｔｅＰａｐｅｒ＿Ｂｌｅ　ｎｄＬｅａｍ．ｐｄｆ＞　［４】李克东，赵建华，混合学习的原理与应用［Ｊ］．电化教育研究，　２００４，（７）：１－６．　［５］Ｒｕｓｓｅｌｌ　Ｏｓｇｕｔｈｏｒｐｅ，Ｃｈａｒｌｅｓ　Ｒ．Ｇｒａｈａｍ．Ｂｌｅｎｄｅｄ　Ｌｅａｒｎｉｎｇ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ：Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ［Ｊ】．Ｔｈｅ　Ｑｕａｒｔｅｒｌｙ　Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｄｉｓｔａｎｃｅ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，２００３，Ｖｏｌｕｍｎｅ４（３）．　［６】Ｃｕｒｒｉｅｓ　Ｊ．Ｂｏｎｋ，Ｃｈａｒｌｅｓ　Ｒ．Ｇｒａｈａｍ，Ｊａｙ　Ｃｒｏｓｓ．ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ　ｏｆ　Ｂｌｅｎｄｅｄ　Ｌｅａｒｎｉｎｇ：Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ，Ｌｏｃａｌ　Ｄｅｓｉｇｎｓ［Ｍ］．Ｐｆｅｉｆｅｒ＆Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓａｎ　Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ．２００５．　［７］Ｍａｒｋ　Ｈａｒｒｉｓｏｎ．１３Ｗａｙｓ　ｏｆＭａｎａｇｉｎｇ　Ｉｎｆｏｒｍａｌ　Ｌｚａｒｎｉｎｇ［ＥＢ／ＯＬ］．　＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｉｎｅｏ．ｃｏｍ／ｓｈｏｐ／ｒｅｐｏｒｔｓ／ｋｉｎｅｏ　ｉｎｆｏｒｍａｌ＿ｌｅａｒｎｉｎｇ．ｐｄｆ＞　【９】Ｒｏｓｓｅｔｔ　Ａ．，Ｄｏｕｇｌｉｓ　Ｆ，Ｆｒａｚｅｅ　Ｒ．Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ　ｆｏｒ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｂｌｅｎｄｅｄ　ｌｅａｍｉｎｇ［ＥＢ／ＯＬ］．　＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ‘ｌｅａｍｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｓ’ｏｒｇ／２００３￣ｕ１２００３／Ｒｏｓｓｅｔｔ．ｈｔｍ＞　［１０】Ｋｎｏｗｌｅｓ　Ｍ．Ｔｈｅ　Ｍｏｄｅｍ　Ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｏｆＡｄｕｌｔ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ：Ｆｒｏｍ　Ｐｅｄａｇｏｇｙ　ｔｏ　Ａｎｔｈｏｌｏｇｙ［Ｍ】．Ｆｏｌｌｅｔｔ，Ｃｈｉｃａｇｏ，１９８０．　［１　１］Ｅｔｉｅｎｎｅ　Ｗｅｎｇｅｒ，Ｒｉｃｈａｒｄ　ＭｃＤｅｒｍｏｔｔ，Ｗｉｌｌｉａｍ　Ｍ．ＳｎｙｄｅＬ　边婧译．实践社团：学习型组织知识管理指南［Ｍ】．北京：　机械工业出版社．２００３．　［１２］［１５］［１６］Ｍｉｃｈａｅｌ　Ｅｒａｕｔ．Ｉｎｆｏｒｍａｌ　ｌｅａｒｎｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｐｌａｃｅ　［ＥＢ／ＯＬ］．＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．１ｅｒｅｎｖａｎｄｏｃｅｎｔｅｒＬｎＹｆｉｌｅｓ／Ｅｒａｕｔ＿２００４．ｐｄｆ＞　【１４】Ｍａｒｇｅｒｙ　Ｗｅｉｎｓｔｅｉｎ．Ａ　Ｂｅｔｔｅｒ　Ｂｌｅｎｄ［Ｊ］．Ｔｒａｉｎｉｎｇ，２００８，（９）：３２—３４．　［１８］Ｊｉ－Ｐｉｎｇ　Ｚｈａｎｇ．Ｈｙｂｒｉｄ　Ｌｅａｒｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｕｂｉｑｕｉｔｏｕｓ　Ｌｅａｒｎｉｎｇ　［Ａ］．ＩＣＨＬ’０８：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆｔｈｅ　１ｓｔ　ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ　ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　ＨｙｂｒｉｄＬｅａｒｎｉｎｇａｎｄＥｄｕｃａｔｉｏｎ［Ｃ］．ＨｏｎｇＫｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ，２００８．　Ｈｙｂｒｉｄ　Ｌｅａｒｎｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｗｏｒｋｐｌａｃｅ　ＺＨＡＮＧＬｉ　１，２　ｌｌ・Ｅａｓｔ　ＣｈｉｎａＮｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００６２，Ｃｈｉｎａ　２．Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｙｏｕｔｈ　ＭａｎａｇｅｍｅｎｔＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００８３．Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｆｏｃｕｓｅｓ　ｏｎ　ｈｙｂｒｉｄ　ｌｅａｒｎｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｐｌａｃｅ．Ｈｙｂｒｉｄ　ｌｅａｒｎｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｐｌａｃｅ　ｍｅａｎｓ　ｔｈｅ　ａｄｕｌｔｓ　ｔｏ　ｂｌｅｎｄ　ｄｉ　ｒｅｎｔ　ｌｅａｍｉｎｇ　ｗａｙｓ　ｆｏｒ　ｓｏｌｖｉｎｇ　ｗｏｒｋ。ｒｅｌａｔｅｄ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｒ　ａｄａｐｔｉｎｇ　ｔｏ　ｎｅｗ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ．Ｆｏｕｒ　ｋｅｙ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｏｆ　ｈｙｂｒｉｄ　ｌｅａｒｎｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｐｌａｃｅ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ａｆｆｅｃｔｉｎｇ　ｈｙｂｒｉｄ　ｌｅａｒｎｉｎｇ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｙｂｒｉｄ　Ｌｅａｒｎｉｎｇ；Ｗｏｒｋｐｌａｃｅ；Ｌｅａｒｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｌｅａｒｎｉｎｇ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　收稿日期：２０１　０年２月２６日　编辑：陈墨