多媒体虚拟实验

多媒体虚拟实验（精选7篇）

多媒体虚拟实验 篇1

本系统是以交互型CAI系统的开发方法为基础,利用导航技术,多媒体技术、虚拟实验技术及网络技术相结合,用软件来模拟硬件工作的过程指导学生完成相关的实验。系统在制作中主要使用Auth orware7进行系统开发,同时利用V C++开发了完成硬件实验中有关二进运算的DL L,实现了对Auth orware7功能扩展。实验CAI系统采用模块化设计,各部分操作相对独立,但整体内容上又相互贯通。

1 虚拟实验系统的构成

本虚拟实验系统分为教学部分和学生操作部分,教学部分是学生在进行实验前所要学习和掌握的知识,这部分采用CAI课件的导航制作方法,帮助学生快速、完整的对实验内容进行学习。学生操作部分将各实验按照先后顺序进行排列[1],学生要按规定完成指定的实验后才能进行下一步的操作。操作部分与教学部分使用超级链接方式进行跳转。

2 虚拟实验开发方法

2.1 8255虚拟实验总设计

本实验的主要目的是帮助学生认识七段发光二极管,熟悉8255在不同的工作方式下与其他芯片的引脚连接方式和相应控制代码的编写。实验前先通过多媒体将有关实验器材以图片的形式介绍,使学生的抽象思维变为形象思维;其次将有关实验的编程提示,流程图予以介绍,使学生能够独立完成编程;再次是实验步骤和连线,学生亲自连接,利用动画的形式实现模拟连线;最后介绍实验操作及其结果。实验各部件图片以真实实验器材为主,多媒体素材包括图像,声音,影像,动画等,将其整合在整个的CAI系统中,当学生实验成功后会显示出真实实验所得到的运行结果的录像。

8255虚拟实验流程:实验界面呈现->实验连线操作->编写汇编程序->观察七段发光二极管显示实验结果。由于学生已经做过七段发光二极管的实验,学生对于与8255并行接口实验中有关七段发光二极管的内容已经掌握,在设计这部分实验时主要考虑的是芯片摆放、硬件连线和汇编语言执行等[2]。实验的具体内容是6个L E D采用共阳极连接、DAT A分别存放6位显示器的显示数据(0～9)。

此部分在制作时实验各步骤各自建立一个群组图标,完成相应的功能。在各个群组图标中每一个显示内容各自使用一个显示图标。在设计实验时,使用移动过目标区交互,热区交互,输入交互等多种交互类型,只有当实验结果正确才可继续进行下一步的实验内容。实验的完成主要是利用响应鼠标事件的交互。为了使虚拟实验具有较强的交互性,可以灵活使用Auth orware7的交互功能。先在主流程线上使用显示图标导入的是8255实验平台的硬件电路图,本实验中各个芯片的引脚也可以以图片的形式导入到流程线上,但每一个部件都要使用单独的显示图标进行显示,然后使用热区交互作为系统的传感器节点。

2.2 芯片摆放操作

进入实验后,首先呈现的是实验界面。在进行实验前,学生已经对所做实验中有关芯片的摆放进行了预习,清楚芯片摆放的位置。这时学生首先应把实验中各实验器件按照它们指定的位置放置好。

由于这部分内容是要求学生掌握各部件排放的逻辑关系,因此,在屏幕中给出了各部件所应放置的提示信息,学生在对各部件了解以后,可以在屏幕的下方直接将部件放置到正确的位置上,否则,系统给出摆放不正确的提示,要求学生重新摆放。

在芯片放置群组图标中加入一个交互图标,并根据需要对放置的每一个芯片建立一个移动到目标区的交互。当芯片放置正确后,给出相应的提示,并将此芯片设置为不可移动。程序代码如下:

M ovable@”74ls373A”:=F alse

如果学生无法完成芯片的正确放置,也可点击屏幕上的自动摆放,进入自动摆放群组,使用移动图标将各个部件放置到正确的位置,之后退出此交互进入下一个环节。

2.3 连线策略

实验芯片摆放完毕后,就要进行实验各部件的连接了。关于连线策略,并行接口芯片8255虚拟实验主要是对连线策略进行识别和执行,根据图中的提示信息,由学生完成实验过程。如果出现错误,则用语音给出错误提示。

在进入连线群组图标中加入一个分支图标,建立所要连线的分支数目,并设置对于分支路径的选择为随机,这样每次连线的起始端点的产生就是随机的了。在分支图标的每一个分支群组的流程线上加入一个显示图标,此图标的作用是用红色方框给出所要进行连线的引脚起如位置。然后再加入一个交互图标,在交互图标中定义交互类型为热区交互。对所要进行连线的另外几个端点进行定义。此过程是由用户点击虚拟部件引脚时被触发的。当需要连线的另外一个端点被选中,且鼠标触发正确,是合法的连接,可以对这两点进行连线操作。

本实验系统中主要响应单击事件,当实验者的鼠标点击到装有传感器的虚拟对象时,传感器可以感应到鼠标,此时,交互式的虚拟现实就产生了。当所有连线都连接正确以后,屏幕右下角出现一个继续按钮,提示学生进入下一个环节。

2.4 汇编语言输入

在实验连线通过后,用户便进入了汇编程序录入页面,此部分的实验功能是在用户前面基础知识的学习和对实验内容的掌握下,根据提示来编写实验程序,并对输入的试验程序进行检察。在进行汇编语言输入设计时,考虑到学生对此实验的内容已经学习,不需要学生在对汇编语言进行重新输入。在屏幕上给出了本实验的汇编语言源程序,学生只要读懂,并将程序中所空缺的语句添加进去即可。这里在设计时使用了文本输入的交互方式。如果学生输入错误,系统将会给出提示,学生也可调出在本实验系统中各寄存器相关的信息。

通过前面几步的执行,到此将本次实验的结果显示出来。在本实验示例中,使用了目标区交互、热区交互等多种交互类型。通过本次实验不仅能够体现出虚拟实验中程序与用户的交互性,还涉及在实验过程中操作出错的处理过程与程序的自动执行过程。学生在操作本实验时,既可以主动进行实验操作,也可由程序自动完成实验的执行。

2.5 网络发布

本部分程序经过编译后,利用Auth orware7的一键发布功能,生成相关的流媒体文件,使用文本编辑器增加已被打包的到一个W eb页面代码如下:

然后与系统的主文件进行链接,一同发布到互联网上,就可以供学生使用了。

3 系统测试与应用

本系统在测试中发现,在W IN 2000/N T/X P平台上运行,会弹出一个错误窗口,只要将Auth orw are7目录下的V CT 32161.DL L文件拷贝到系统程序所在的目录下[3,4],就可以解决所出现的问题。经过几次测试,本系统的几个功能模块最后都能进行正常调用。

参考文献

[1]张森,宗绪锋.多媒体CAI课件基本原理与制作技术[M].北京:北京航空航天大学出版社.2000

[2]薛胜军.计算机组成原理[M].武汉:华中理工大学出版社.2000

[3]陈元莉.用Authorware7创作多媒体课件的研究与实践[J].西南民族学院学报.2002,28(1):94

[4]蔡洪涛,王延红.利用Authorware7实现网上虚拟实验系统[J].中国医学教育技术.2008.22(3):251

多媒体虚拟实验 篇2

1 平台建设目标、思路

1.1 平台建设目标

强化虚拟仿真实验教学资源的开发, 运用云计算、大数据、移动互联网等媒体信息技术, 建设安全可靠、内容共享、覆盖广泛、技术先进的教学平台, 实现平台在技术、内容、业务、形态、功能等方面的转型升级, 为师生提供教学、互动、社交、生活、娱乐、影音、自媒体等多种业务, 形成媒体信息一次生产实践、多形态展示、多渠道传播的实践教学格局, 建立一个全媒体、跨平台的视听媒体虚拟仿真实验教学平台[2]。

1.2 平台建设思路

以混合云为基础, 遵循云计算三层架构, 按照“平台+内容+渠道+教学+服务”基本构架, 整合教学资源, 将实验教学平台直接构建在云计算基础设施上。

(1) 基础设施作为服务 (Iaa S)

通过虚拟化软件、云操作系统等技术将服务器、存储、网络设备等基础设施资源进行集中统一管理, 以服务的方式提供给上层应用, 实现按需使用、按量付费。

(2) 平台作为服务 (Paa S)

平台层提供面向媒体业务的标准化开放支撑平台, 为新业务提供大量的工具和服务。平台层实现对基础设施进行统一管理、提供服务的管理和集成机制以及各种基础的业务能力 (如视音频转码、用户管理等) 等方面的功能。

(3) 软件作为服务 (Saa S)

面向用户的各种应用软件, 这些应用使用来自Paa S层的各种资源、工具和服务, 自身也是以服务的方式提供给用户使用, 以满足日新月异的媒体融合业务需求。

2 实验平台组成

实验教学平台按照通用“IT+媒体资源”服务架构的要求, 在基础架构服务平台上部署多种应用服务和软件工具服务, 从而组建多业务实验教学平台, 示意图如图1所示。

2.1 基础架构服务平台

针对传媒业务进行整体优化, 构建面向各院系的统一基础架构服务平台 (Iaa S) , 满足通用业务与媒体资源统一管理和服务的要求, 实现各类资源的统一管理、按需使用、用完回收, 提高资源利用率, 缩短各业务系统部署时间, 降低运营成本。

2.2 指控控制中心

指控控制中心是平台统一业务管理与业务运营中心, 形成统一完整的生产、发布、展示环境, 实时监控从硬件、软件、教学到运营业务状态, 实现对系统资源申请、弹性调度、系统自动化部署、运营维护等环节的统一管理[3]。

2.3 课程发布与学习平台

提供面向各院系在线课程发布与学习服务, 实现课程内容在网站、APP、微信等多平台在线点播、直播、发布、互动等服务, 提供配套云端编辑工具、课程管理、与教务、学工系统互通等功能, 支持在线学习、远程指导、交互学习、资源交流等业务。

2.4 融合媒体运营与实践平台

该平台分为实验教学平台和校园融合媒体业务平台等两个子业务平台。实验教学平台提供多套小型化的视听媒体节目生产和发布服务, 能够模拟社会化媒体实现多个小型媒体机构的实体媒体生产、发布与运营实践。校园融合媒体业务平台是校内媒体生产、发布、运营平台, 能够实现多平台多渠道发布校内外信息。

2.5 融合媒体综合业务平台

按照业务功能分为内容生产、内容发布与互动、任务指挥管理、业务流程管理等子业务平台, 各个平台既可独立运作, 又能统一运营, 通过导入标杆企业业务流程模板实现针对性实践教学, 如浙江广电、上海文广等媒体机构的全业务全流程实践教学。

2.6 通用业务服务平台

提供面向全校的通用业务服务平台, 学校的日常管理和其他软件系统也能利用实验平台的统一基础架构服务进行快速安装部署, 实现其他业务系统规模的弹性调整。

3 虚拟仿真实验教学资源

虚拟仿真实践教学资源从生产发布流程划分为内容汇聚、节目生产、发布组织、内容发布四方面, 每个方面由若干个虚拟仿真实验资源组成 (如图2所示) 。

3.1 内容汇聚虚拟系统

由虚拟布景仿真、特殊环境虚拟训练以及虚拟存储管理等3个子平台教学资源组成, 提供内容汇聚方面的各种应用工具, 实现不同渠道和格式的素材汇聚到内容汇聚平台, 完成媒体文件的收录/上载、内容索引接入、UGC/PGC、线索接入、IP流接入、虚拟布景及环境体验、特殊环境虚拟训练等业务技能的实验教学。

3.2 节目生产虚拟系统

由虚拟音频制作、虚拟节目制作、虚拟图形图像渲染、虚拟新闻采编实以及云审片5个子平台教学资源组成, 提供节目生产应用的各种工具, 完成转换、迁移、渲染、校验、编辑、配音、审片、包装等业务技能的实验教学。

3.3 发布组织虚拟系统

由串联单编排、APP内容编排以及SNS内容编排3个子平台教学资源组成, 提供发布组织方面的应用工具, 完成节目发布组织方面的业务技能实验教学。

3.4 内容生产发布虚拟系统

由电视业务仿真、网络电视仿真以及大家一起编3个子平台教学资源组成, 提供节目生产、管理、内容发布等方面的应用工具, 模拟标杆媒体机构的生产流程, 实现媒体各业务技能实验教学。

4 实验平台主要教学功能

4.1 模拟行业标杆企业生产发布系统

实验平台能够模拟行业标杆媒体机构系统和流程进行实践教学, 以小型化业务系统进行虚拟业务运营, 运行示意图如图3所示。

通过虚拟运营和模拟标杆媒体机构生产流程, 在校培养企业招之即用的人才, 缩短或无须企业进行额外培训, 实现了校企协同育人。

4.2 课程发布与互动

通过网络、App等入口对实验平台进行操作, 提供碎片化、可视化的教学内容和具有各专业特点的网络化作业传输、提交、预览、打分、点评、经验分享、校园知识库和校园百科等功能 (如图4所示) 。

平台实现了基于视频管理系统、内容管理系统的多平台课程发布, 提供节目单编排、播放器个性化设置、多格式码率转换、网站与移动App应用等功能, 支持多终端内容生产发布、移动App应用。

4.3 云端实验室

各类终端设备通过媒体云桌面, 快速搭建多种类型的云端实验室, 访问所需的软件和云端虚拟资源, 分配各类软件所需资源, 实现任意地点、任意时间、任意终端的实践教学 (如图5所示) 。

基于媒体云桌面, 获得与本地访问高度一致的操作体验, 还可以为学校各个学院创建其独有的课程、教学和资讯发布频道, 由其师生自主管理和运营。

4.4 基础架构服务

实现按需租赁虚拟数据中心、存储、高性能计算、海量数据处理等功能, 实现针对不同师生的精准式教学营销, 各类教学业务的统一共融于一个平台。

5 虚拟仿真实验教学平台特色

视听媒体虚拟仿真实验教学平台通过系统设计、加大投入、循序渐进, 在实验教学平台、实践教学模式、开放共享机制等方面形成鲜明特色。

5.1 混合云实验教学平台

基于混合云的实验教学平台, 涵盖视听媒体各个业务环节, 通过存储、计算、工具等虚拟化, 低成本弹性部署教学业务, 实现了实验教学随时随地随终端进行, 形成良性循环, 达到媒体人才培养与媒体行业需求的高度接轨。

5.2 基于OTO的实践教学模式

实验教学平台让更多的实体实验室承担影视作品创作、学科竞赛、社会服务等实践活动, 在此基础上, 改革传统的视听媒体实践教学模式, 构建基于OTO的视听媒体教学平台、实体实验平台、创新实验平台三类实验平台“三位一体、协同发展、互相辅助”的视听媒体实践教学模式。

5.3 开放共享机制

基于混合云的实验教学平台构建是中心与媒体机构合作开发的结晶, 通过建设“私有云”加快实践教学平台化, 定制“专属云”加强实践教学实战化, 利用“公有云”创新实践教学IP化, 形成高校、媒体机构、系统厂商、云平台等要素的云化开放共享机制, 为对外交流合作奠定了平台环境。

6 结束语

中心将进一步完善校企协同合作机制, 加快视听媒体虚拟仿真实验教学系统、资源的开发, 加强基于混合云“平台+内容+渠道+教学+服务”的实验教学平台构建, 形成虚拟仿真实验教学与校内实体实验系统的虚实结合、协同发展的态势, 全面提升视听媒体人才培养的竞争力。

摘要：提出平台的建设目标、思路、组成, 系统阐述虚拟仿真实验教学资源的建设成果, 分析了实验平台主要教学功能、特色, 探索了融合媒体背景下融合媒体实验教学平台建设的新途径。

关键词：虚拟仿真,教学平台,视听媒体,混合云

参考文献

[1]浙江省政府厅办公室.浙江省教育厅办公室关于公布第二批“十二五”省级实验教学示范中心重点建设项目的通知[Z].浙教办高教〔2015〕101号, 2015.

[2]顾建国, 何宁.构建创新平台推动媒体融合[J].现代电视技术, 2015 (08) :42-48.

基于虚拟实验平台的远程交互实验 篇3

●理论基础

1. 行为科学理论

行为科学是研究人类行为一般规律的学问, 目的在于激发动机、推动行为、改造行为, 提高人的积极性和创造性。这对网络学习中的交互行为研究具有一定的指导意义:首先, 行为科学强调人的欲望、感情、动机等心理因素的作用, 因而在构建学习环境的时候强调满足人的需要和尊重人的个性, 以及采用激励和诱导的方式来调动人的主动性和创造性, 促进学生更多的交互。其次, 行为科学强调环境对行为的影响。最后, 运用行为科学的研究方法可以研究网络学习行为中的交互。网络学习行为研究的对象是学习者, 学习者的心理活动是看不见、摸不着的, 所以对内化的心理行为的研究需要采用观察、实验和调查等方法。

2.建构主义学习理论

由于多媒体计算机和网络通信技术所具有的多种特性特别适合于实现建构主义学习环境, 能有效地促进学生的认知发展, 所以随着多媒体计算机和网络教学应用的飞速发展, 建构主义学习理论越来越被广泛的应用于教学。它重新定位了教师与学生在教学中的地位, 学生不再是教学内容的被动接受者, 而是知识的主动获取与建构者。

3.交互理论

穆尔 (Moore) 在1972年提出了相互作用距离理论的基本框架。上世纪80年代末, 穆尔再次提出“三类交互作用”理论, 他在先前研究的基础上进一步明确提出“三类相互作用”, 即学生与教学内容的交互作用、学生与教师的交互作用、学生与学生之间的交互作用。这种分类对教学交互理论与远距离教学实践的发展都产生了深远的影响。

●虚拟实验平台的架构与功能

1. 虚拟实验平台的架构

虚拟实验平台指由计算机硬件系统和软件系统构建的一个具有交互功能的计算机网络虚拟实验平台。在平台中, 参与学习的个体之间可以利用文字、符号、图片、声音等多种数字媒介进行信息交互。这个平台可以让个体之间不受时间、空间的限制进行交互。虚拟实验平台架构如图1所示。

2. 虚拟实验平台各个组成部分的功能及特点

虚拟实验平台由辅助工具、素材库、同步实验、仿真工具、构建工具和交互实验组成, 各个组成部分的具体功能及特点如下。

(1) 辅助工具:主要功能是提供给用户所需的辅助工具, 如三角尺、量角器、天平、杠杆等工具, 以备在实验中辅助之用。

(2) 素材库:主要功能是提供给用户所需的各种图片、视频、动画、音频、文本等素材, 用户可以自由控制各种素材, 以备实验之用。

(3) 同步实验:主要功能是设置与课本中同步的实验操作, 全部同步实验是按照书本中的要求做的同步实验, 而且是模拟实验, 模拟操作和实际操作基本相同。目的是给予教师和学生指导的功能。

(4) 仿真工具:主要功能是根据属性设置, 按照实验规律, 自动生成实验工具, 由于是仿真工具, 因此具有和实际操作中使用的实验工具完全一样的功能。

(5) 构建工具:主要功能是用户可以根据需要设计整个实验过程, 这里有设计好的素材库, 用户只需将素材按照知识库的要求组装起来, 就可以构建一套用户需要的实验装置。整个构建过程方便快捷。

(6) 交互实验:用户可以登录该平台, 一同进行远程实验操作, 这是远程交互实验的核心技术。因为只有在网络上连接到该平台, 才能真正实现时间和空间上的交互。

以物理虚拟实验平台为例, 来说一下如何在平台上进行远程交互实验。

下页图2演示的是杠杆实验, 在该实验中, 本地的学生可以同时与异地的学生通过计算机协作进行此项实验, 如本地学生通过操作控制杠杆左端上的勾码的个数, 并且控制勾码悬挂在支架上的位置, 与此同时, 异地的学生通过控制杠杆右端勾码的个数和其在支架上的位置, 这样杠杆在两位学生的操作控制下达到平衡。

图3演示的是天平实验, 在该实验中, 本地的学生可以同时与异地的学生通过计算机协作进行此项实验, 如本地学生通过操作控制天平左盘上的物体, 与此同时, 异地的学生通过控制右盘上砝码的数量及游码的位置, 这样天平在两位学生的操作控制下达到平衡。

●基于虚拟实验平台的远程交互实验应用模式

以上面所介绍的虚拟实验平台为依据, 设计如下三种应用模式。

1.教师-教师交互模式

(1) 交互对象:是教师与教师的交互, 教师与教师可以通过远程进行教研活动, 如名校名师远程指导一般学校的教师, 通过指导学习, 达到共同提高的目的。

(2) 交互功能:教师与教师可以通过远程进行同步实验, 并进行实时交流, 对同一个问题进行讨论, 交换意见, 对有分歧的问题还可以组织一个多人讨论组。

(3) 优点:这种模式缩小了名校与普通一般学校的教学差距。

(4) 缺点:有些需要面对面交流解决的问题, 通过远程交流很难解决。

2. 教师-学生交互模式

(1) 交互对象:是教师与学生的交互, 可以是广义的学生, 也可以是狭义的学生, 如成人教育的学生是广义的学生, 在校生是狭义的学生。通过远程交互, 教师可以指导学生实验, 同时学生也可以向教师提问, 相互交流。

(2) 交互功能:教师与学生可以通过远程进行教材同步实验, 也可以是任务驱动式实验。并进行实时交流, 对同一个问题进行讨论, 交换意见。

(3) 优点:这种模式可以调动学生自主学习的积极性, 同时还解决了地域的限制, 教师还可以就学生的个人特点, 随时给予学生指导。而且在传统实验室很难实现的实验操作, 都可以在虚拟实验室实现, 学生可以反复观察实验, 真正理解实验, 掌握知识。还能做到随时有问题随时解决, 学生的学习效果会非常好。例如, 学生在家里就可以登录虚拟实验平台, 同时可以向自己喜欢的教师请教, 这样学生一定会有兴趣, 提高了学习效率

(4) 缺点:有些需要面对面交流解决的问题, 通过远程交流很难解决。

3. 学生-学生交互模式

(1) 交互对象:是学生与学生的交互。通过远程交互, 学生之间可以进行交互实验, 并进行交流, 同时也可以对一个问题进行讨论研究。

(2) 交互功能:学生与学生可以通过远程进行教材同步实验, 也可以一同进行任务驱动式实验, 并可以进行实时交流, 对同一个问题进行讨论, 相互交流, 对有分歧的问题还可以组织一个多人讨论组。

(3) 优点:这种模式可以调动学生自主学习的积极性, 同时可以形成团队精神, 增进同学之间的友谊。而且还解决了地域的限制, 学生与学生之间可以随时进行交流讨论。

(4) 缺点:有些需要面对面交流解决的问题, 通过远程交流很难解决。

以上三种模式基本囊括了远程交互实验的各种情况, 在实际操作中, 学校可以根据自身情况设计符合自己学校实情的模式, 做好实验, 提高学生的动手动脑能力, 势必提高学习效率。

虚拟实验研究 篇4

关键词：虚拟实验室,研究现状,发展趋势

0 引言

随着计算机和软件技术的发展, 虚拟实验已成为一个热门的教育教学研究内容, 作为一种新兴的实验技术手段, 对传统实验教学的教学模式、教学方法、教学手段以及教学理念产生了重要的影响。

虚拟实验[1,2]是用软件代替硬件, 通过编程模拟实验的过程。整个实验在虚拟环境中以虚拟的形式完成, 不涉及正式的实验仪器设备, 用虚拟实验代替实验室的实验。

1 虚拟实验研究现状

1.1 国外虚拟实验研究现状

目前, 虚拟实验技术不断发展, 虚拟实验在教学中的应用也越来越广泛和普遍。

美国麻省理工学院电子工程和计算机科学系是最早开始虚拟实验教学应用的院系。该系的教授Jesus A.del Almao早在1988年就已经创立了微电子在线实验室 (Microelectronics Web Lab) [3,4], 实验室于1998年开发并投入使用。该实验室提供了用于用于电路设计和微电子学课程的实验教学, 学生可以在自己的电脑上进行设计以及修改电路模型, 然后通过Web浏览器使用在远程实验室里的测试设备来获取测试数据, 验证自己的设计, 该浏览器是通过Java激活的。在2010年, 实验室还实现了通过手机远程控制来进行实验的功能。

美国俄勒冈大学物理系主办的物理实验网站VLAB设有多种虚拟实验, 包括能量与环境、天体物理、热学、力学等方面。本系统通过Java语言进行开发, 实验程序需要从服务器进行下载, 并在客户机上运行。

美国还有其他很多家大学或研究会已开始应用虚拟实验室。美国密歇根大学的化学工程系创建的VRCEL (Virtual Reality in Chemical Engineering Laboratory) 实验室主要用于研究和探索虚拟现实技术在化学工程领域的应用。美国霍华德·休斯医学研究会 (Howard Hughes Medical Institute, HHMI) 建立的虚拟实验室是一个模拟完全交互式的生物医学实验室。

德国波鸿大学开发的VCLab (Visual Communication Laboratory) 实验室是关于控制工程的一个学习系统, 它结合了Java Applet以及其他一些插件, 通过MABTAB/SIMULINK软件计算引擎生成的控制工程实验中的模拟动画以及交互动画, 该系统可以采用本地及远程这两种方式进行实验内容的发布。

此外, 国外还有其他许多国家研究虚拟实验室。譬如, 意大利帕瓦多大学开发了用于远程虚拟教育的实验室, 西班牙大学电子系研究了一种电子仪器的虚拟工作平台, 新加坡国立大学建立了远程压力容器实验以及示波器实验。

1.2 国内虚拟实验研究现状

与国外相比, 国内的虚拟实验室研究起步稍晚, 但其发展较迅速。目前大部分高校和科研机构逐渐建立了自己的网络虚拟实验系统。

北京大学计算机科技与技术系开发了一种可用于大计算量的交互式网上虚拟实验室, 该实验系统基本实现了流水线设计以及高速缓存设计这两个实验系统。

清华大学的“电力系统及大型发电设备安全控制和仿真”国家重点实验室, 通过虚拟仪器建立了用于汽车发动机的检测系统, 该系统可用来检测发动机的功率特性、符合特性等。

北京航空航天大学的虚拟现实技术与系统国家重点实验室研究开发了若干硬件设备和软件平台, 这些平台用于支撑虚拟现实理论与技术研究。例如北京航空航天大学参与构建的分布式虚拟环境网络 (Distributed Virtual Environment Network, DVENET) 是我国第一个基于广域专用计算机网络的分布式虚拟现实支撑环境, 该系统主要包括了一个专用计算机网络以及支持分布式虚拟环境研究与应用开发的各种标准、开发工具和基础数据 (如三维逼真地形) 。

中国科技大学在虚拟实验室的建设和使用方面拥有我国第一个真正意义上的虚拟实验教学软件, 包括几何光学设计实验平台、广播电视大学物理虚拟实验、物理仿真实验软件以及大学物理虚拟实验远程教学系统, 该校物理虚拟仿真实验教学中心已经成功升级为国家级虚拟实验中心, 是我国教育部批准的第一个物理类的国家级虚拟仿真实验教学中心。

国内还有许多组织机构均在开展虚拟实验的相关开发与建设, 与国外的虚拟实验室相比, 我国还存在一定的差距。

2 虚拟实验发展趋势

虽然我国虚拟实验研究还存在不足, 但也取得了一些成就, 有着广阔的发展前景。

(1) 理论指导研究

目前虚拟实验的理论研究远远少于实践应用, 而理论性的文章主要着重于虚拟实验特点、作用、必要性等方面, 缺乏深入的理论思考。因此, 加强有效深入的理论研究是有必要的。

(2) 教学应用研究[5]

目前虚拟实验的应用研究内容主要集中在系统研究与设计、虚拟实验网络教学平台的建设, 对虚拟实验系统应用于教学的模式研究与效果分析以及虚拟实验系统开发的评估等方面的研究较少, 特别是学生对于虚拟实验系统的学习体验调查及评价的研究。

(3) 系统构建方式研究

目前国内的虚拟实验系统的构建技术一般集中于Java、VRML、Flash、Lab VIEW等技术在虚拟实验系统建设中的应用, 或者以此技术在某个实验环节中的应用, 对于多种技术的混合开发以及各项技术间的交互性设计和网络虚拟实验系统的系统结构的研究不多。

3 结束语

虚拟实验是教育教学的一个重要构成部分, 研究虚拟实验技术不仅可以有效地提高教学质量, 而且可以培养学生自主实验能力, 对于教育事业有着重大的推动作用。随着计算机技术、网络技术、多媒体技术等多学科综合发展, 虚拟实验系统的建设将取得更大的进展, 远程教学也将有更广的应用前景。

参考文献

[1]魏芸.虚拟实验的分析与研究[J].科技信息, 2010 (35) :5-6.

[2]宋象军.虚拟实验室在高校实验教学中的应用前景[J].实验技术与管理, 2005, 22 (1) :35-47.

[3]陈小红.虚拟实验室的研究现状及其发展趋势[J].中国现代教育装备, 2010

[4]李凌云, 王海军.网络虚拟实验系统研究现状与发展趋势[J].现代教育技术, 2008, 18 (4) :111-114.

培养化学实验技能的虚拟实验设计 篇5

化学是一门以实验为基础的科学, 从新元素的发现, 新化合物的合成, 到化学反应规律的研究, 各种假设、理论的证实都离不开化学实验;同时, 实验亦是自然科学研究问题的最重要最基本的方法之一。然而, 在“化学以实验为基础”的教学观已普遍为大家所接受的同时, 人们对“以实验为基础”及“化学实验技能的形成”的理解还没有完全上升到理性的高度, 实验教学仍是中学化学教学中最薄弱的环节。在化学实验中引进计算机仿真技术, 设计出的虚拟化学实验室, 在增强学生感性认识、培养学生动手能力、提高实验效率、避免人身伤害和节约费用等方面有着传统手段不可比拟的优势, 对学生实验技能的培养和造就创造性人才, 有着十分重要的意义。

一、虚拟实验概述

虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境, 实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目, 所取得的实验效果等于甚至优于在真实环境中所取得的效果。[1]

虚拟现实技术具有沉浸性、交互性、想象性等特征, 在实验教学方面有以下优点:[2]

1. 吸引学生参与实验, 调动学生学习化学的积极性

在虚拟实验室里, 学生可以按自己的想法做任何化学实验, 通过自己的参与来认识化学现象, 了解物质的属性, 以获得对课本知识的感性认识, 由此, 化学不再是枯燥的只强调死记硬背的学科, 学生通过做实验在实践中学习新知识、复习旧知识, 有利于培养学生对化学的学习兴趣, 调动他们学习化学的积极性。

2. 有利于避免真实实验带来的各种危险

由于化学自身的学科特性, 相当一部分实验有一定的危险性, 在虚拟实验室中这些实验仍旧可以通过虚拟操作进行。虚拟的化学实验可以避免腐蚀性物品带来的危险, 也可以避免化学反应引发的燃烧、爆炸等现象对人身或实验室造成损失。

3. 打破现实实验所受的时空限制

传统的实验室由于受时间和空间的限制, 一部分教学内容无法以生动的形象呈现给学生。而在虚拟实验室中, 虚拟现实技术可以打破这种限制。例如:要认识化学分子的结构, 学生可以进入到化学分子的内部, 分析各种物品分子结构有何不同。有些化学反应需要较长时间才能观察出结果, 在传统实验室中这种实验结果不容易得到, 而在虚拟实验室可以在很短的时间内由学生自主发现。

4. 避免材料磨损

学生在虚拟实验室中通过操作虚拟仪器以及虚拟物品来观察、参与化学实验, 不会耗费现实实验材料。另外, 虚拟实验室不会出现任何磨损、破坏, 可反复使用。学生可多次进入虚拟实验室练习实验以训练其实验操作技能。既满足了教学需求, 又提高了教学效益, 同时减少实验损耗。

5. 可有效地提高学生的动手能力

虚拟实验允许学生按自己的设想动手, 参与或从事实验研究, 允许学生失败、允许犯错误, 允许仪器设备“损坏”或“灾难性事故”的发生并通过正、反两方面增加和培养学生的想象力和创造力。

二、传统化学实验教学模式

化学实验教学模式是在一定的教学思想指导下, 围绕着教学活动中某一主题而形成的相对稳定的、系统化的、理论化的方案, 是教学理论和教学实践活动的桥梁和中介, 也是一种化学实验教学范型。[3]图1所示为传统的化学实验教学模式。

传统实验教学的不足在于:

(1) 实验环节多是以教师为主, 学生按部就班, 处于被动学习的地位, 即“填鸭式”的教学, 往往是教师讲、学生做, 以得到数据或观察实验结果为目的。

(2) 不能调动学生学习化学的积极性和主动性, 不利于学生创造性思维能力的培养。

(3) 正是因为以得到数据或观察实验结果为目的, 忽略了对学生实验技能的培养, 不利于学生形成较强的动手能力, 也难以使学生形成科学探究的学习习惯。

三、虚拟化学实验教学模式

利用虚拟实验进行化学实验教学时, 要以培养学生实验技能为目的, 就必须注意学生的认知规律, 即认知阶段、联系形成阶段和自动化阶段。[5]一些学者提出了化学实验操作技能的培养策略:教师启发讲授、教师示范、有指导的学生实验、学生独立实验等。[6]

因此, 利用虚拟实验室进行教学包含如下过程:用虚拟实验给学生演示示范实验操作及实验过程, 待学生基本理解实验内容时, 给学生一定的交互进行适当的模仿操作, 在进入学生技能学习的联系阶段时, 让学生进入实物实验阶段, 将原来在虚拟实验环境中学习到的化学知识以及一长串分开的实验操作向现实实验操作迁移转化。随着实物实验的多次练习, 学生的实验动作由最初的呆板到协调、灵活, 并逐步将学习到的化学知识内化到自身知识结构中, 并进入到实验技能形成的自动化阶段。

根据学生实验技能的形成过程, 提出如图2所示的实验教学模式。

图2中的模式是先做虚拟实验, 虚拟实验又分为操作示范和分步操作两个阶段, 让学生在初步了解所需掌握实验技能的情况下再进行模仿操作, 并将需要掌握的实验技能尽可能地细化、分解动作, 以加深学生对技能的理解、提高学生学习技能的效率。在学生逐步了解该化学实验并对所需掌握的技能有了一定的内化认识之后再加入实物实验, 以促进学生头脑中对所要学习的技能的认识向现实中的实验技能迁移。多次进行实物操作实验直至学生掌握实验技能。

最后, 在应用计算机虚拟技术进行实验教学的过程中, 在肯定虚拟技术在实验教学方面有效性的同时还要处理好虚拟实验与传统实验的关系。明确虚拟实验是传统实验方法的辅助和深化, 并不能完全代替传统的实际实验, 要将虚拟实验与传统实验有机结合起来, 提高学生的动手能力、培养学生的实验技能并促进学生形成科学探索精神。

四、培养实验技能的虚拟实验设计模型

培养中学生实验技能的虚拟实验教学过程是基于一般的实验教学活动过程、对实验内容进行教学设计并通过虚拟现实技术来实现。因此, 可利用教学设计的一些理论和方法指导虚拟实验的设计。

图3是乌美娜于1994年归纳出的教学设计过程的一般模型。[7]

分析教学设计模型, 包含的基本要素有四个:学习者分析、教学目标、教学策略 (如何进行教学) 、教学评价。因此, 在设计培养中学生实验技能的虚拟实验时可从前期分析 (学习者分析、教学目标、教学内容分析等) , 场景设计, 总结与评价三个方面入手。而虚拟实验的实现还要有虚拟现实技术的支持。这是在设计以培养中学生实验技能为目的的虚拟实验时应该考虑的四个方面。

培养中学生实验技能的虚拟实验教学过程是基于一般的实验教学活动过程、对实验内容进行教学设计并通过虚拟现实技术实现的, 因此, 借鉴教学设计模型并根据技能形成的教学理论, 笔者提出了培养中学生实验技能的虚拟实验设计模型 (如图4所示) 。

1. 前期分析

以实验技能的培养为导向的虚拟实验是基于一般的实验教学活动过程, 设计时也应遵循虚拟实验设计的科学性原则, 首先, 需要了解要设计的化学实验的实验目标、实验内容、实验步骤等。根据实验目标才能确定该虚拟实验所要传授的是什么样的化学知识、意在培养学生的哪种实验技能 (如使用某种仪器的技能、药品取用的技能等等) 。根据教学设计理论应先了解学生已有的化学知识结构以及学生已掌握的实验中包含的技能, 尽可能避免在开发过程中浪费物力、人力。

2. 场景设计

根据化学实验技能的培养策略将场景分为自动演示、实验说明、分步操作三个部分。自动演示用于向学生演示整个化学实验的过程以及发生的实验现象;实验说明用于向学生说明该实验的步骤和化学反应方程式;这两个部分起到教师示范的作用, 对应于学生学习化学实验操作技能的认知期心理特征。分步操作部分根据化学实验的具体步骤以及该实验的实验目标再确定虚拟实验中要实现的虚拟实验操作, 并赋予合适的实验效果。

3. 技术实现

技术实现即用虚拟现实技术开发虚拟实验, 由于虚拟现实硬件设备过于昂贵, 在化学实验教学中应用的虚拟现实形式大多是桌面虚拟现实。整个开发过程主要包括实物建模、添加交互、作品发布三个步骤。实物建模主要是对虚拟实验中所涉及到的实验物品、实验环境模拟, 根据实验成本以及实验目标所占比重可选择适合的虚拟技术或建模软件, 也就是虚拟实验设计的适宜化原则。添加交互是在虚拟场景中给物品与物品之间及用户操作达到某种效果添加交互以给学生一定的反馈, 并保证反馈的科学性。作品发布包括单机发布以及发布到互联网上两种, 发布到互联网上更能突破时间、空间的束缚, 使更多的人能使用该虚拟实验。

4. 修改与评价

根据前三个阶段所做的工作或请教化学教师检验开发出的虚拟实验是否设计合理、科学, 并做出适当修改, 根据学生的基本能力 (化学概念的掌握、所授化学知识是否理解) 掌握程度, 在学生进行实际实验操作后检验其在虚拟实验中所学是否迁移到现实实验中, 以评价该虚拟实验在培养中学生实验技能方面是否有效。

从图4中我们也可看出, 这四个组成部分是缺一不可的, 前期分析是进行培养实验技能的虚拟实验设计的基础, 只有做了前期分析才能进行下面的工作, 而场景设计又是技术实现的基础, 正是基于这三个步骤才能对开发出的虚拟实验进行修改与评价, 以保证其科学性和有效性。

五、总结

虚拟实验不仅能避免真实化学实验所带来的各种危险, 还能打破时空限制实时实地地给学生提供实验条件, 同时, 还能调动学生学习的积极主动性, 有效提高学生动手能力。本文结合操作技能培养教学理论, 参考传统化学实验教学模式, 提出虚拟实验教学模式, 并提出以培养实验技能为导向的虚拟化学实验设计开发模型, 在未来研究中有待进一步实践, 并对实验效果与传统实验教学进行比较, 以验证该设计理论的科学性并加以推广。

参考文献

[1]单美贤, 李艺.虚拟实验原理与教学应用[M].北京:教育科学出版社, 2005:23-24.

[2]瞿.网上虚拟实验的研究与教学[J].开放教育研究, 2004, (4) :6264.

[3]熊言林.化学实验教学论[M].合肥:安徽大学出版社, 2004:32-34.

[4]张靖方.虚拟技术及其在实验教学中的应用[J].吉林工程师范学院学报 (工程技术版) , 2004, (6) :44-46.

[5]邵瑞珍等.学与教的心理学[M].上海:华东师范大学出版社, 1990:10.

[6]麻昌爱.中学化学实验操作技能学习策略初探[J].中学化学教学参考, 2001, (4) :32-33.

多媒体虚拟实验 篇6

如何在中医药院校实现具有中医特色的虚拟仿真实验教学是当前需要思考的问题。本文从临床实践与中医理法方法关系切入, 探讨在中医院校实现虚拟仿真实验教学的方法, 旨在为中医药人才培养提供一些参考。

1 虚拟仿真实验教学

由计算机产生一种人为虚拟的环境, 这种虚拟的环境是通过计算机构成的三维空间, 或是把其他现实环境编制到计算机中去产生逼真的“虚拟环境”, 并通过多种专用设备让用户“投入”到该环境中, 从而使得用户在视觉、听觉、触觉、味觉等多种感官上产生一种沉浸于虚拟环境的技术[1], 是学科专业与信息技术深度融合的产物。

2 虚拟仿真技术的特点和优势[2,3]

2.1 多感知性

在教学中, 教师在传授抽象概念原理、重点和难点时可以应用虚拟现实技术将抽象概念原理、难点真实的实验过程等形象生动地表现出来, 对于中医学生而言虚拟仿真实验教学可以给予学生“真实”实践学习情境, 帮助学生更好地学习和实践, 辅助教师更好地教学。

2.2 虚拟仿真实时互动

虚拟环境中操作人员能像在现实生活中一样和人、环境等进行无阻碍的信息交互。在虚拟环境中操作, 学生能够做到身临其境的实验效果。

虚拟仿真无阻碍信息交互特征能够打破学生进行实验时间和空间上的限制, 比如“中医四诊仿真模拟训练”“中医方剂学实验中典型案例、常规案例、特殊案例的辨证-治法-组方情景学习”等这些耗时较长的实验, 可以让学生发挥自主能动性提高学习效率。

2.3 虚拟仿真可重复操作

虚拟实验室能满足学生自己设置实验条件和自创模型观察不同条件下的实验现象, 通过正、反对比实验现象增加学生对实验的认识, 调动学生学习的主动性, 培养学生的创新意识和思维。

虚拟仿真实验室可为学生提供虚拟场景、贵重仪器实验耗材可反复使用从而节约费用, 真正意义上为学生提供“实践-认识-再实践-再认识”的反复训练, 使中医学生形成稳固而正确的中医临床思维习惯。

3 传统实验教学的局限

近几年来, 随着学校新入学人数大幅增加, 而传统的实验教学又受限于课堂以及实验室的安排, 实验教学场地及资源极其匮乏;从而导致学生动手机会减少。

中医学是一门实践性强的临床学科, 而中医药院校缺乏针对临床思维能力培养的实践课程, 临床课程教学中的实践课大多附属在理论课教学之中。

中医学实践教学零散并缺乏融会贯通的训练, 加之医学实践教学基地缺失和不稳定, 实验室环境与医院实际医疗环境的差异, 学生对实训课程主观重视不够等, 这些因素直接影响了实践教学效果, 导致学生中医思维锻炼的机会减小、中医思维的片面、被动和混乱, 进而限制了中医学生临床能力的提高[4]。

4 培养学生的中医思维

目前西医基础理论课程虚拟仿真实验平台模式较完善和成熟, 而中医学课程虚拟仿真实验平台尚在探索初期。

“怎样传承中医, 怎样更好地培养中医大学生临床思维能力, 教学中如何让中医大学生在牢固掌握中医学理论的同时熟诸中医学的自然观与方法论, 从而培养出具有较高中医思维能力和临床水平的优秀中医人才”是所有中医药院校建设和申报国家级虚拟仿真实验平台必须思考和面临的问题。

通过对大量关于“培养中医大学生中医思维、思辨能力和临床选方用药能力教学改革”文献调研发现, 中医药院校在建设基础医学虚拟仿真中医实验教学平台过程中可以从以下几方面来体现中医思维方法。

4.1 构建中医四诊合参虚拟

在线虚拟学习平台, 选择临床典型病例、标准化病例将每一案 (病) 例包含患者的主诉、现病史、既往史、体格检查、实验室检查等完整内容。

在病例中附有图片 (显示该患者的神态、面色、舌苔、体征) 、音频资料或视频资料 (反映病人就诊时声音、病态、就诊过程) , 综合展示直观而形象的模拟诊疗环境, 然后指导学生采用辨证-治法-组方三部曲方法[5,6,7]。

从四诊资料开始入手, 分析证候, 提炼证候信息, 分析问题的主次轻重, 得出辨证结论和治疗方案, 使学生对组方的依据有明确的认识。使学生渐渐建立中医思维模式和提高临床辨治能力。

4.2 构建中药种植产地重现

在平台专栏中构建能够反映每味中草药从种植、采收、炮制、使用方法、功能主治、配伍禁忌等“真实”情景, 尤其是道地药材的产地种植、采收、炮制的情景, 让学生认识到自己不仅仅是个中医师也是中药师。

4.3 构建中医名方配伍规律

方剂中药物的核心关系是配伍, 而配伍是以中医理论为基础, 方剂配伍的核心内容是理、法、方、药。在虚拟仿真中医学平台中可以采用方剂配伍规律挖掘系统[8], 运用Apriori算法挖掘组成中药方剂的单位药之间的关联信息, 寻找新药对或药组从而进一步揭示中药方剂配伍规律。学生可以登入系统首先进行信息抽取模块, 经查询模块 (查询信息可按名方、主治、出处分别或同时查询) , 最后经关联规则挖掘得到相同或相似功效的药组、药对或新的组方。

4.4 构建中医名医经验传承

中医院校学生专业技能的培养, 除了理论学习, 终究还是要走进中医临床, 让学生及早实践中医, 感悟中医, 强化中医独特的思维方式。

通过整理并将本校本地名老中医的经典病案挂靠在虚拟仿真实验教学平台上供学生翻阅参考, 通过对名老中医病案的学习, 强化学生坚持中医整体观念, 并采用虚拟仿真实验平台学生以人机对话形式与虚拟病人互动交流, 模拟临床诊疗过程, 培养中医学生的思辨能力、选方用药能力[9,10]。

5 结语

虚拟实验教学与传统的实验教学相比其优势在于彻底打破时空限制, 学生可以随时随地通过校园网络登录虚拟仿真实验教学实验室反复操作实验, 从而调动学生的学习积极性, 培养高质量的中医人才, 同时避免了资源浪费。

2014年4月26日, 教育部高教司有关领导表示, 今后每年约有100个国家级示范中心名额, 在2020年之前会持续推进虚拟仿真实验教学的建设工作。以“理法方药”为核心, 以“临床应用”为方向, 具有中医传承特色的基础医学虚拟仿真实验教学基地, 可能会为中医药院校建设虚拟中医实验室教学平台提供一些有益帮助。

摘要：教育部提出高校教育信息化的战略, 虚拟仿真教学正是这一战略的重要体现。中医药院校如何将中医思维融于其中是我们需要思考的问题。从虚拟仿真的技术特点入手, 将中医基础理论、中医四诊合参虚拟、中药种植产地重现、中医名方配伍规律、中医名医经验传承融于一体, 旨在构建以“理法方药”为核心, 以“临床应用”为方向的, 具有中医传承特色的基础医学虚拟仿真实验教学基地, 以期为中医药事业发展及中医人才培养提供一些有益的借鉴。

关键词：虚拟仿真实验教学,中医思维,虚拟重现

参考文献

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[4]柴群, 张世禄, 李佳.基于虚拟现实仿真的教学实验室研究[J].中国教育技术装备, 2009 (4) :62-64.

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[8]胡志帅.基于数据挖掘技术的方剂配伍规律探索研究[D].济南:山东中医药大学, 2012.

[9]莫春梅, 史伟, 荣震.加强中医经典教学, 培养中医临床思维模式[J].湖南中医杂志, 2011, 27 (5) :92-93.

多媒体虚拟实验 篇7

1. 传统基础实验室的现状。基础实验室作为众多课程的授课场所, 使用频率过高及学生专业水平有所差距导致经常对计算机的软硬件进行误操作等等, 这些因素都大大的降低了设备的使用寿命及管理人员的维护工作量。

2. 虚拟基础实验室的优势。虚拟基础实验室在构建成本及维护成本上都极大的提升了整个资源环境的最大化, 做到低投入, 高利用率。虚拟基础实验室不受时间和空间的限制, 可以使实验室的使用更加灵活及多样性, 适合开展远程教学与实验等应用, 实现信息化的教学。

二、虚拟桌面技术的概念解读

2.1 云平台虚拟桌面技术概念。虚拟化技术通过对设备兼容性和差异性的应用透明, 并将巨大的物理资源进行优化整合, 实现了底层资源与上层应用的统一, 便于访问和管理。在虚拟化技术中, 各服务与应用保留在独自的虚拟机上, 这样就形成了有效的隔离, 在应用发生崩溃时, 不会相互影响到其他服务和应用的运行。另一方面, 虚拟化技术能够随时进行数据资源的集中和调度, 防止了服务和应用因缺乏资源而性能下降的可能性, 有效利用了空间空闲状态避免了资源浪费。虚拟桌面技术是指终端系统计算机的虚拟化进行, 以求达到桌面灵活性和安全性的协调。一旦虚拟化完成, 用户就可以经由网络和设备打破个人桌面系统访问的时间和空间限制。虚拟桌面技术较依赖于虚拟服务器, 一般在服务器的数据中心进行虚拟操作, 并生成大量桌面系统传送给设备终端, 用户端只需要利用以太网登陆主机中, 便可实现计算机的一机多用户。

2.2 云平台桌面虚拟技术的应用优势。利用信息技术可以有效的推动虚拟实验室实现最大化的资源利用, 而云平台桌面虚拟技术的本质就是对资源的多元共享, 其本身有着如下的应用优势。第一, 能够有效的集中和升级硬件资源, 并能实现多个桌面同时运行的环境, 提升了资源的利用率。第二, 在网络中只会传输鼠标、键盘信号及屏幕远程图片, 不会传输机密数据。并能将所有数据存储于后台, 将资源置于安全防护墙内, 通过软件的加密保证云桌面到设备的安全通道。第三, 能够对终端的用户权限集中进行控制。第四, 安装配置和应用软件的集中化能够灵活支持操作系统和终端设备, 并能满足客户端的版本特殊要求, 从而减少了对系统支持和管理的成本。第五, 超大容量的虚拟云存储空间, 大大提升了资源容配量。第六, 管理性较强, 数据中心能够信息化管理, 便于进行终端的维护, 同时能有效的监控用户操作。第七, 随时随地都能接入Internet, 访问非常方便。

通常而言, 云平台虚拟技术在实验室中的应用, 有着四个方面的意义。首先, 解决了不同的实验室关于重复安装的需要更新的跨VLAN的问;解决了网络断开后, 本地系统的镜像无法正常使用的问题;通过对特殊软件的需求针对, 能够挂载任意系统镜像。最后对保护卡的模式进行了简化, 确保了系统更新的正常工作。

三、云平台技术构建虚拟基础实验室整体架构及创建流程

3.1 构建虚拟基础实验室整体架构。针对目前高校基础实验中心教学运行与物理设备的特点, 采取肥瘦式客户端的虚拟桌面设计方案。具体拓扑图如下:

3.2虚拟基础实验室的运行流程与整体架构

3.2.1 整体架构下的虚拟实验室。B/S结构形式能使大量用户解除地域差异的约束, 是服务器进行用户端通信的主要形式, 它的优点是简化业务开发, 简便内容更新, 范围分步较广, 同时还能为以后的部署分布提供帮助。在客户端中, 其主要涉及页面前台的设计, 用作虚拟机的操作和管理, 因此在设计时相对简单。客户端的开发建立于NET, 可以将虚拟实验室的架构分为三层。第一是应用层的虚拟化, 包括以用户端中的虚拟机与ASP网络页面的打开、创建、销毁、关闭等对象为针对, 也囊括了虚拟机网页使用的显现情况。二是具备调度系统和虚拟机池的服务器, 调度系统及虚拟机池都以C语言编制, 能有效加快虚拟机启动的速度。三是以Windows Server2008 R2 组成服务器运行集群, 因为Hyper-v软件的配置, 服务器为用户供给虚拟机, 形成了虚拟服务器。

3.2.2 虚拟机在虚拟实验室中的创建流程。在创建远程虚拟机的实际操作中, 把虚拟机的毁坏、关闭、打开的过程当作均衡负载与虚拟机池的服务器系统运行。用户在开展实验前, 先由ASP网络页面进行虚拟机的选择, 包括CPU的磁盘配置、网络设施和核心数据等细节装置统一采用自主选择的模式。在用户需求传输到服务器时, 会第一时间将需求内容运送于负载跳读的服务系统中。服务器中的虚拟机池程序, 能够提前启动服务器, 可以在虚拟机创建中正确辨别存在NET主程序的虚拟机池, 在收到“返回”的信号时, 用户的提示请求已被允许, 可以独立进行下一步操作。在调度的负载系统中, CPU、IO、宽带、磁盘容量以及内存等因素可以综合的得出虚拟机创建的服务器负载大小, 并将请求传输到IIS服务器中, 通过IIS软件的解析均衡配备到各相应服务中。

3.2.3 虚拟服务自动化操作步骤。服务器操作中打开、创建、毁坏、关闭等指令, 要以NET程序为对应。NET程序可以更好对其进行控制, 并经由WCF发布于服务器之中形成新的程序。同时, 要借助Wmi接口, 以编程方式搜寻系统中的管理信息。每个接口都对应相应的组件, Hyper-v的接口就是VMI, 能最好的实现虚拟机远程操作。Msvm_Computer System与Msvm_Virtual System Management Service是Hyper-v Wmi Provider的最上层结构, 也是虚拟服务自动化操作的重点。在术语中, Msvm Computerservice涵盖了虚拟机中的装置信息, 泛指虚拟事例, 作用在于调节虚拟机状态。通过Msvm_Virtual System Management Service可以对虚拟机的配置、修改、创建等问题进行完善。Hyper-v Wmiprovider代表虚拟机在分配时的硬板、内存等设备。通过对其过程的分类, 又可大致分为三个步骤, 配置硬件、虚拟网络以及虚拟磁盘。第一步是新建Msvm Computersystem, 得到虚拟机的事例, 第二步是关于组件Msvm_Virtual System Management Service的关联对象, 在Msvm_Virtual System Management Service中的应用。第三步是根据用户的数据来源, 对虚拟机进行有效的网络、磁盘配置和装置配置。另外一种操作过程是销毁虚拟机的过程, 主要指对虚拟机的资源设备进行禁令解除, 再利用Msvm_Computer System—Request State Change清除虚拟机有关流程并关闭程序。在针对性的采取操作措施时, 要先判断虚拟机状态, 充分考虑虚拟机的稳定因素和启动速度, 全面综合的设计虚拟机启动措施。

本文以虚拟化技术为基础, Windows Server 2008 R2 为辅助工具, 并针对云平台虚拟桌面技术在实验室建造环境中的不足和问题进行分析, 提出了合理的设计方案, 实现了与虚拟机的有机结合。通过这种方法, 可以减少实验过程中的精力消耗, 节约资源空间, 提高了系统的综合运用性能。

参考文献

[1]毋妙丽.基于云桌面技术的实验室资源共享平台建设[J].实验室研究与探索, 2014, 12:290-294.

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