虚拟网络实验平台设计（精选10篇）
虚拟网络实验平台设计 篇1
1. 研究背景和意义
目前，高校很多专业都开设了《摄影技术》课程，《摄影技术》是一门技术性和艺术性相结合的课程[1]。高校的教育技术学专业、旅游专业、新闻传播专业、艺术设计学等专业都将摄影技术作为专业必修课程开设。然而，很多院校都不顾自身条件，在教学仪器设备等硬件设施还不完备的情况下纷纷开设此专业[2]。随着数码产品的普及，涌现越来越多的摄影爱好者。摄影技术的学习不仅是学校学生的任务，而且成为社会业余人士的需求。对部分高校的摄影技术课程教学情况进行调查，发现存在摄影教学资源紧缺、教学形式单调、摄影实验使用的设备过时等问题。将虚拟现实技术引入摄影技术的资源建设中，使摄影技术的学习环境具有三维沉浸感，学生可以大大提高摄影技术的学习效率。同时通过Web3D技术将资源以网络的形式发布，进行网络化学习，为更多的学生进行自主学习提供便利，同时还可以弥补网络上摄影技术相关资源的不足。
2. 实验平台的框架模块设计
《摄影技术》网络虚拟实验平台是将虚拟实验发布成网页形式并通过网站开发技术整合成的网络平台，主要由虚拟实验部分和实验教学辅助模块两大部分组成。该平台细分为七个模块，分别是虚拟实验模块、相机模型库模块、学习资源模块、作品欣赏模块、课间休息模块、讨论交流模块和使用帮助模块。平台的主要功能模块如图所示。
(1）虚拟实验模块
虚拟实验模块是本平台最重要的模块，由实验说明和实验列表组成。本模块展示了《摄影技术》课程主要的六个虚拟实验，分别是：实验一：相机成像原理———针孔成像;实验二：数码相机结构认识;实验三：摄像机结构认识;实验四：焦距调节实验;实验五：光圈快门调节实验;实验六：校园漫游拍摄。
(2）相机模型库模块
相机模型库模块是根据《摄影技术》这门课的特征，为改善实验教学条件的不足而设计的。通过创建相机模型库，将最新的相机、摄像机进行分类入库，并整合到平台中可以有效地解决实验设备不足的问题。相机模型库模块呈现三维相机模型和相机性能参数。学习者在相机模型库中可以任意选择一款自己感兴趣的相机通过鼠标操纵对相机进行全空间观摩，同时还可以查看该款相机的性能参数。
(3）学习资源模块
学习资源模块由百度搜索、参考书目、友情链接组成。参考书目部分列出摄影技术相关教材, 以及其他补充性教材。友情链接栏目链接一些摄影技术专题学习网站, 以及摄影相关网络资源。
(4）作品欣赏模块
作品欣赏模块主要分为名家作品和学生作品。让学习者在欣赏大师作品的同时，对自己的作品进行评价反思。
(5）课间休息模块
课间休息模块由摄影常识和知识问答小游戏组成。摄影小常识模块主要为学习者提供一些摄影方面的常识，包括相机选购的注意事项、相机维护小常识、摄影技巧和摄影名家生平等;知识问答小游戏模块是对学习者学习效果的一种考查。
(6）讨论交流模块
讨论交流模块由教师信箱和BBS论坛组成，教师信箱用于学习者提交实验报告或者向教师咨询问题;BBS论坛可以让所有学习者在论坛里畅所欲言，交流心得。讨论交流模块进一步增强了整个平台的交互性。
(7）使用帮助模块
使用帮助模块包括系统使用说明和系统常见问题。
3.《摄影技术》网络虚拟实验平台的构建
（1）实验场景模型的创建
实验二和实验三分别是关于数码照相机和数码摄像机的结构认识实验，分别以Panasonic DMC-L1K单反数码相机和Panasonic VX7摄像机为例进行实验。与产品效果图模型创建不同，这里创建的数码照相机和摄像机模型还需要进行交互功能的开发。在创建数码照相机和摄像机模型时，需要注意三点： (1) 照相机和摄像机的零部件需要单独创建。单独创建的部件方便对零部件进行交互功能的开发，每个零部件按真实名称命名，方便进行交互功能开发时查找。 (2) 零部件采用多边形建模的方式进行建模。多边形物体的部件模型方便材质贴图的添加，通过为多边形模型不同面指定不同ID号，为不同ID号的模型面赋予不同材质贴图的方法，可以解决一个物体模型需要赋予多个材质贴图的问题。 (3) 按模型优化的原则进行建模。面数太多的模型会影响模型加载时间和运行速度。创建模型时，尽量使用最少的面创建最为真实的模型。运用删掉看不见的面等方法可以实现模型的优化。创建的虚拟数码相机和摄像机的模型如图1和图2所示。
(2）模型的优化
虚拟现实场景模型的优化对最终平台的演示速度影响很大。导入VRP编辑器之前需要对模型进行优化，以方便后期使用。对创建的数码相机、摄像机、多媒体教室、虚拟校园等模型进行优化时，应遵循的原则有： (1) 尽量做简模，控制模型面数。在VRP中运行时的每一帧都是通过显卡和CPU计算出来的，高精度模型、面数多的模型都会导致运行速度下降，甚至没法运行，如果面数过多，则导致文件容量增大，还可能在网络发布后导致下载时间增加。尽量做简模，可以减少场景的面数，提高贴图的利用率，提高交互场景的运行效率。 (2) 模型数量不宜过多。模型数量过多，不仅会增加场景模型总面数，而且会增加烘焙时间，为后续工作带来麻烦，还会降低运行速度。 (3) 模型的三角面尽量是等边三角形。由等边三角形构成的曲面会更加光滑，面不宜是矩形，因为由矩形构成的面可能会出现锯齿、纹理模糊等现象，还不利于实时渲染。
(3）实验场景的烘焙
对场景进行烘焙是在3ds max软件中进行的，在3ds max软件中创建完实验场景模型，赋上材质贴图，添加灯光测试渲染效果满意之后，下一步的操作就是对整个场景进行烘焙。所谓烘焙，是指将3ds max里的灯光效果通过特殊的渲染操作之后，以贴图的方式导入到VRP编辑器中，从而得到一个具有真实光影效果的虚拟现实场景的一个过程。烘焙贴图大小对渲染的画质优劣有着直接的影响，设置的贴图尺寸大，烘焙渲染的纹理就更加清晰，画质就会更好。但是过大的尺寸贴图，会导致渲染速度变慢，对于复杂的场景，可能会导致内存不足的错误出现。选择合适贴图尺寸，需要依情况而定。
(4）实验项目的交互开发
VRP编辑器提供了较为强大的交互开发功能。可以对两种对象进行交互功能的开发，分别是三维模型和界面上的设计元素(按钮、面板、控件、窗口)。VRP编辑器对三维模型支持两种事件类型交互，分别是鼠标事件和距离触发事件，对各种设计元素只支持鼠标事件的交互。本课题中只采用了鼠标事件的交互类型。对六个虚拟实验涉及的交互进行归纳，主要有以下四个方面的交互：
(1) 相机控制交互
相机控制交互是本课题虚拟实验最常见的一种交互，即通过单击按钮实现场景摄像机的摇移或者不同摄像机的切换。本课题中涉及相机控制交互的地方较多，主要有以下几处：单击实验界面右下角的八个视图控制按钮，场景摄像机会进行上移、下移、左移、右移、前进、后前、左转、右转的操作;单击实验一实验面板中的“步行”按钮和“动画”按钮，场景会切换成步行相机和动画相机;单击实验二和实验三实验面板中“顶视图”、“前视图”、“后视图”三个按钮，可以将场景的摄影机切换成对应视角的摄像机，实现对相机或摄像机模型从各个不同角度进行观摩;单击实验四实验面板中的“28mm焦距”、“35mm焦距”、“50mm焦距”、“135mm焦距”四个按钮，场景摄像机会切换成对应焦距的摄像机。
(2) 单击按钮打开图片
在实验五光圈快门调节实验中，单击不同的EV值按钮会显示不同曝光程度的图片。实现这种交互需要在3ds max软件中设置不同的EV值进行曝光，将曝光的图片保存到本地文件夹，然后通过创建悬浮窗口的脚本显示不同曝光的图片。
(3) 相机LCD液晶屏实时显示
本课题的三个实验(实验四、实验五、实验六)的场景正前方有一台Canon EOS 500D单反相机，该相机的LCD液晶屏上动态实时的显示当前视角的场景，模拟了真实相机LCD液晶屏构图的功能。当学习者对实验场景进行缩放和摇移的操作时，LCD液晶屏会同步进行场景的缩放和摇移。在VRP编辑器中实现LCD液晶屏实时显示效果比较容易，是通过VRP编辑器中的“画中画”面板实现的。
(4) 单击相机快门达到拍照效果
本课题的三个实验(实验四、实验五、实验六)的场景正前方有一台Canon EOS 500D单反相机，在Canon EOS 500D单反相机的快门上单击鼠标左键时，会伴随着“咔嚓”一声，一张照片显示出来。拍照交互的实现需要首先在相机快门处创建一个透明的按钮，然后为该透明按钮添加鼠标事件脚本。在透明按钮添加的对应的鼠标事件脚本即可。
(4）相机模型库的实现
相机模型库模块是摄影实验的相机模型库，也是网上实验设备仪器室。相机模型库展示了包括索尼、佳能、松下三个厂家的各种型号相机，相机种类全，数量多。学习者可以在相机模型库里任意查看自己感兴趣的相机，单击相机下方的参数特性按钮，查看该款相机的性能参数。相机模型库模块实现的最终效果如图3所示。
(5）实验项目的整合
虚拟实验模块是指网络虚拟实验平台首页的六个虚拟实验部分，由实验说明和六个虚拟实验组成。实验说明是关于这些虚拟实验的实验目的、实验内容和实验形式的说明。每一个虚拟实验开发完成之后，将发布成网页的虚拟实验通过网站进行整合，即完成了虚拟实验模块的实现。虚拟实验模块采用左右框架结构，单击左侧实验列表的不同实验名称，右侧会加载显示对应的虚拟实验。虚拟实验通过网站进行整合后的效果如图4所示。
4. 结语
随着虚拟现实技术在教学实验中的应用越来越广泛，开发工具软件版本的更新，开发交互性更强的虚拟实验平台会更加容易。针对本课题研究的不足，今后还需要从以下几个方面进行进一步的研究：(1)摄影是一门艺术，摄影实验也要体现其艺术性，目前平台对摄影实验的艺术体现不够。如何将摄影艺术体现在实验中，将是下一步的研究内容;(2)目前学习者进入到实验环境之后，想要进行在线互动，只能通过平台的留言板进行互动。下一步我们考虑将多人在线功能引入到实验环境，学习者一边做实验，一边在实验环境下方的面板中进行文字实时聊天互动，实现真正意义上的网络虚拟实验平台。
摘要：文章借助Autodesk公司的3Ds max软件及中视典公司的VR-Platform平台, 对《摄影技术》实验进行了虚拟仿真, 目的是解决摄影设备昂贵、实验时间不足、实验场地受限制等问题。
关键词：虚拟实验平台,摄影技术,VR-Platform
参考文献
[1]王朋娇, 赵苗苗, 刘家勋.“摄影技术与艺术”网络课程的设计与开发[J].网络教育与远程教育, 2006 (3) .
[2]肖凤霞.高校艺术设计专业摄影教学探谈[D].长春:东北师范大学, 2007:1-2.
虚拟网络实验平台设计 篇2
张绍荣
(桂林航天工业学院自动化系，广西桂林541004)
摘要：随着网络化和信息化的发展，传统的实验室教学已经远远不能满足要求。本文深入分析了传统实验室管理和建设存在的问题和原因，并以此提出虚拟实验平台构建的必要性，最后对虚拟实验平台构建内容提出了几点建议。
关键词：实验室;虚拟实验;平台构建
基金项目：桂林航天工业学院教改项目(项目编号：2011JB31)
作者简介：张绍荣(1987-)，男，广西贵港人，硕士，助教，研究方向：智能仪器、自动测试理论与技术。
理论与实践相结合是理工科学生学习的最佳方式，而实验室是提高学生动手实践能力最主要的场所。传统实验室由于场地和课时量有限、仪器设备等资源紧缺、开放时间少等因素导致学生做实验的效果大打折扣，实践创新能力以及分析问题和解决问题的能力得不到提高[1]。随着网络化和信息化的发展，传统的实验室教学已经远远不能满足要求。
笔者在担任模拟电子技术实验的指导老师期间，对学生实验过程以及实验室的建设和管理方面存在的一些问题进行了概括和总结，并以此提出虚拟实验平台构建的必要性。虚拟实验平台的构建是传统实验教学的有效补充，通过“虚实结合”，可实现实验教学手段和教学模式的多元化[2]，拓宽学生的学习途径。
一、存在的问题
(一)学生缺乏电子认知
在开始第一节实验课时，学生不懂辨认基本的电子元件，比如电阻、电容、电感、二极管和三极管等。同时对于电容和二极管的正负极性不懂区分，三极管的管脚分配更加不会区别。另外，学生对一些常用仪器(比如信号源、示波器、万用表等)的使用更是摸不着头脑。很多学生大都是第一次使用，所以不会用、不敢用。这给实验的开展带来了很大的困难，因为学生的不懂，所以不敢动手操作，第一节课的大部分时间是在教学生识别电子元件和仪器的使用，有些学生还没开始实验就下课了，实验效果非常差。
(二)实验项目少且验证性实验居多
一个学期只开出了四个实验：二极管特性测试及应用电路、晶体管放大电路指标测试、模拟运算电路指标测试和放大电路频率特性测量，而且纯属验证性实验。《模拟电子技术》是所有电类专业的基础课程，对学生以后的专业学习非常重要。这四个实验远远不能满足对学生实践技能的培养要求，更谈不上知识综合运用和实践创新的培养。因此，通过实验来提高学生理论与实践相结合的能力、综合应用知识的能力以及分析问题和解决问题的能力就成了空谈。如何利用现有的实验室资源开设更多的实验(包括验证性实验和综合设计实验)，使得学生最大程度地学到更多的知识，这是有待解决的重要问题。
(三)实验室开放时间少
随着学校的扩招，学生人数增多，而教学设备和场地没有相应的增多，师资力量不足，课时的安排也比较紧，所以实验室空余的时间开放比较少，有些学校甚至除了上课时间之外就不再对外开放，这对学生的学习是极其不负责的。就如1.1节所说的，学生由于不熟悉电子元件和仪器设备，()可能会耽误很多时间，等熟悉操作的时候就来不及完成实验就下课了。学生如果课余时间不补做实验，就相当于没做过实验，自然也学不到相应的知识。没有做实验就没有实验数据，实验报告就胡编乱造，学生慢慢就养成了弄虚作假、投机取巧、态度不端正等行为。这对学生的专业造成了不好的影响，使他们在学习上得不到提高。
(四)仪器设备老旧缺损
学生不能按时完成实验任务，有一部分因为仪器设备太过老旧、紧缺和破损。学生对仪器本身就不熟悉，而仪器又老出现问题，导致实验无法进行。在上课时，一些学生从一个实验台换到另一个实验台，实验仪器也搬来换去，非常混乱。但是，老师也无法过多干预，因为一部分仪器确实功能不正常甚至完全不工作，如果不让学生调换，学生也只能干等着，实验无法进行。针对这种情况，学校直接对仪器设备进行更新即可解决问题，但这在短时间内是难以实现的，学校的资金投入要考虑很多其他的因素，况且有些学校资金本身就匮乏。
二、虚拟实验平台构建必要性
在批改实验报告的过程中发现：只要学生能顺利完成实验，实验数据一般准确可靠，同时理论的分析也比较清晰切合;不能完成实验的学生，数据存在明显的错误，或者干脆抄袭别人的实验数据，对理论和实验结果的分析也是模模糊糊、不着边际。为了让学生能顺利完成实验，加深对理论知识的理解，提高学生实践动手的能力，在第1节中提到的问题有待解决。
(一)虚拟实验平台是解决问题的新方法
对于学生缺乏电子认知的问题，很多高校开设有专门的电子认知课程，主要讲解基本的电子元件知识和一些常用仪器的使用，并且安排考试。这为后续的课程学习奠定了很好的基础，但是仍然占用有限的资源。虚拟实验平台的构建通过软件面板模拟真实的仪器面板，学生通过网络操作仪器能达到操作真实仪器一样的效果。另外，把电子认识的相关内容以图片、动画或者视频的方式挂靠在虚拟实验平台上，全校师生都可以随时随地查看学习，实现了师生最大的资源共享。
开设实验项目少且验证性实验居多，实验室开放时间少，仪器设备老旧缺损，其实都可以归结为：实验室资源匮乏，资金投入不够。要想减少资金投入同时达到良好的实验效果，就要想法设法实现资源的共享和重复利用率。虚拟实验平台的构建可以通过网络实现对仪器共享和远程控制，以此实现资源的共享。
(二)虚拟实验平台是传统实验教学的有效补充
如果把传统的实验教学说成是课内教育，传统实验教学就是课前教育和课外教育。通过虚拟实验平台，学生可以了解到更多关于本次实验的资料，做好课前预习;而通过动画或者视频的效果进行实验的演示是传统实验教学无法比拟的。对于不够时间完成实验的学生，课后依然可以通过虚拟实验平台进行实验，从而不受时间、地域的限制完成实验。
完善的虚拟实验平台可以实现实验预约和登陆管理、实验报告生成与上传、在线批改和打分等功能。可以针对学生在学习过程中的操作问题给予适时的提示，提示学习者注意操作错误的地方，这对贵重而精密的仪器操作尤为重要。
(三)虚拟实验平台构建是未来的趋势
文献[3]对国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的意义、指导思想、内容等做了全面阐述。文献[4]和[5]，则对虚拟仿真实验教学中心建设提出了自己的思考与建议。《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》(教高司函〔2013〕94号)等相关文件都对虚拟仿真实验教学提出了明确要求。因此，虚拟仿真实验教学建设是高校实验教学改革的必然发展方向。而虚拟仿真实验教学与传统实验教学虚实结合、相互补充，将切实提高教学能力，拓展实践领域，丰富教学内容。
三、虚拟实验平台构建内容
虚拟实验平台的构建，包括单纯的虚拟仿真和虚实结合的具体实验。单纯的虚拟仿真，比如电子元件的基础知识普及和一些常用仪器设备的操作。虚实结合的具体实验涉及具体的硬件实物和软件，在开展实验前，实验室老师必须把硬件电路和相关的仪器连接好，仪器通过USB总线或者其他总线与计算机(服务器)相连。在服务器开发相应的程序软件，实现仪器可程控。用户通过网络访问服务器，即可获取仪器的相关数据，而且操作服务器的`软件面板就像在本机操作一样。针对电类的基础实验课程，本文认为虚拟实验平台的构建应该包含如下内容。
(一)电子认知基本知识
以图片、动画、视频等方式帮助学生识别基本的电子元件，区分电容或二极管的正负极性、三极管的管脚分配等。介绍一些电子元件的性能参数、功能作用等各方面的知识。而一些常用的仪器操作和使用方法最好以动画或视频的方式介绍，比如信号源、示波器、万用表、交流毫伏表等仪器设备。
(二)实验材料汇总
实验的原理分析，实验的准备工作，实验过程中应该注意的问题，以及与本次实验相关的知识扩展等都可以以文件的方式提供给学生，扩展学生的知识面。
(三)实验项目
这部分是构建虚拟实验平台的主要内容，也是解决第1节中提到的问题的关键所在。实验室老师根据实验项目需要搭建硬件平台，开发相应的程序软件。除了搭建传统实验室开出的实验之外，还可以开发各种综合设计性的实验，比如波形发生器设计、滤波器的幅频特性测试等。实验平台搭建完成之后，只要系统正常工作并且网络正常，就可以安排时间对学生开放，不需要人工管理。
四、总结
本文主要分析了模拟电子技术实验教学存在的一些问题，结合目前的状况以及未来的发展趋势，论证了构建虚拟实验平台是解决问题最有效的方法。虚拟实验平台的构建是传统实验教学的有效补充，为学生的课外学习提供了极大的方便，实现了资源的共享，有利于增强学生综合设计和实践创新的能力。
参考文献：
[1]刘硕谦，田娜，刘仲华，陆英。 新形势下高校实验室的建设与管理办法初探[J].教育教学论坛，2013，(13)：10-11.
[2]杨建良。电类基础课程实验教学“虚实结合”模式的构建[J].实验室研究与探索，2014，33(7)：101-104，280.
[3]李平，毛昌杰，徐进。开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设提高高校实验教学信息化水平[J]. 实验室研究与探索，2013，32(11)：5-8.
[4]王卫国。虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议[J].实验室研究与探索，2013，32(12)：5-8.
一站式虚拟实验平台的设计与建设 篇3
摘 要：本文提出一站式虚拟实验平台设计与建设方案，利用现代信息技术搭建一个集教、学、考于一体的一站式虚拟实验平台，为开放性实验教学和优质教学资源的建设提供平台。该平台具有教学过程和教学资源的“整合性”与“共建共享性”等特点。实践证明，该实验平台能整合职业院校多种专业的实验“教”与“学”资源，为学生多样化的技能训练提供较全面的一体化实践平台，同时提高了优质信息化资源的覆盖率和利用率。
关键词：教育信息化；共建共享；虚拟实验平台
中图分类号：TP311.56 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2016）07-0074-04
一、引言
与普通教育不同，职业教育以就业为导向，具有专业性、实践性、应用性、操作性、技能性等特点[1]。其中，技能教育是职业教育的核心。而当前的职业教育中，存在以下的问题：
（1）实验实训设备昂贵，数量有限，损耗比较严重并且型号落后，更新换代难以跟上科技发展的步伐。而社会对技能型人才的需求使得职业院校不断扩招。这就造成了有限的实验资源与大规模学生的教学需求之间的矛盾。
（2）教学过程中涉及高危或极端环境的技能操作，如核电站、矿井采煤等专业操作，涉及不可及或不可逆条件下的操作，如心脏搭桥手术，煤制乙炔工艺，以及一些高成本、高消耗、大型综合操作训练，如船舶建造、飞机发动机的装配等缺乏有效的实训资源，无法经常开展实训。
（3）受课程内容影响，配套的实验实训或“片段式”的企业案例使学生只注重专项技能训练，忽略了对行业整体技能的培训。“只顾埋头拉车，不会抬头看路”导致学生缺乏行业性思维，就业灵活性和适应性大大降低。另外，目前的教学资源存在着分散和不连贯的现象和缺乏信息化和体系化的建设，导致其不能形成一个有机整体，甚至某些优秀教学资源没能传承下去和被持续地应用。
（4）现有的实验实训无法及时跟踪、反馈学生的实践结果，加上评价体系单一，缺乏让学生不断修正、提高和完善的阶段性建议和步骤。
以上原因造成学生缺乏兴趣，积极性不高，动手实践能力差等问题，与职业教育提高学生职业技能，培养学生职业素养的初衷不一致[2]。
二、一站式虚拟实验平台的设计方案
通过信息技术与教育过程、内容、方法和质量评价深度融合，提高实习实训、项目教学、案例分析、职业竞赛和技能鉴定的水平，吸引行业企业参与专业教学，从而全面提高各专业学生新时代的职业能力和信息素养。《教育部关于加快推动职业教育信息化发展的意见》（职教成[2012]5号）中明确提出了“十二五”时期职业教育信息化建设的基本思路和总体目标：“以科学发展观为指导，坚持以人为本，需求导向，创新引领，共建共享，突出特色，加快推进职业教育信息化发展。”
然而很多职业院校信息化的建设，仅仅停留在应用多媒体课件展示教学内容上，没有体现出信息技术与课程整合的实质性内涵。根据前面引言提出的职业教育存在的问题来看：解决问题（1）需要建设一个开放性的实验平台；解决问题（2）需要借助虚拟仿真技术弥补实物实训的不足；解决问题（3）必须使该实验平台具备良好的共建共享性；解决问题（4）必须使该平台具有完整性，即良好的整合性。综上几点，利用现代信息技术搭建一个集教、学、考于一体的一站式虚拟实验教学平台，实现职业教育与信息技术真正深度融合，能为解决当前职业教育面临的问题提供新途径。
一站式虚拟实验教学平台对学生而言，联通了课堂、实训基地和社会岗位，为学生创造一种能够随时随地在做中学、例中学，及时得到反馈和指导的“空中课堂”[4][5]如图1所示，有效地解决了职业教育实训难、实习难的问题。
一站式虚拟实验教学平台对于教师而言，整合了课程建设、教学资源、评价模式，形成一个一体化的教学体系如图2所示，实现信息技术与现有教学内容和知识点完整配套，便于随时更新和异地共享，为加快推进职业教育资源开发和共享，缩小校际和区域资源配置差距，提供了新的可能。
三、一站式虚拟实验平台的组成
一站式虚拟实验平台由实验管理系统、实验教学系统、自主学习系统和自动化考核系统组成，如图3所示。
1.实验管理系统
实验管理系统包含通知系统、用户管理、用户组管理、角色管理、权限管理等，负责对各种实验资源、实验资讯、用户信息等进行统筹管理，提高实验管理运作的科学化、智能化，并加快系统化建设进程。
2.实验教学系统
实验教学系统提供开放实验环境下的资源共建共享、实验教学、作业管理以及实验教学评价，为提高实验教学效率和效果提供支持。
资源共享共建模块提供可用性高、易获取、优质丰富的实验教学案例资源及题库，对课件、精品课程、微课程、企业的真实案例等进行分门别类的标注，方便检索。同时这些资源是开放和共享的，支持自主扩展，能够逐渐形成一个完整的学科资源库。
实验教学模块通过虚拟现实技术和网络技术创建高交互的实验教学环境，并进行实验过程跟踪与针对性指导。同时也包括实验任务的发布、回收与评价以及作业的收发与批改，优秀案例作业的展示与分享[6]。实验教学过程如图4所示。
3.自主学习系统
自主学习系统中有登录模块、知识呈现模块、资源集成模块、学习工具模块、在线测试与在线作业模块、实时自由讨论区和专题讨论区模块、学习过程记录、查询模块。自主学习系统提供丰富的实验案例和具有高度交互功能的虚拟实验环境供学生进行实验实训，并全程跟踪操作过程，实时诊断与评价操作技能及结果，指出错误的原因，并提出学习建议和操作示范，实现真正的一对一教学实验指导。
学生可以随时随地登录到该学习系统进行某门专业课程的学习，过程是：学生登录自主学习系统，在知识呈现模块获取学习任务后进行相关知识的学习，可以通过资源集成模块提供的专业教学实验案例、真实环境下的操作演示视频等各种资源进行例中学，遇到不懂的问题可以在讨论区进行咨询，同时使用学习工具在虚拟实验环境中进行反复的交互性操作，实现做中学，而学习过程记录模块已在学生登录自主学习系统时开始进行学习轨迹跟踪，查询模块提供学习进度、策略方面的支持。学生无论进行在线学习还是完成作业或测试，高度交互的虚拟操作系统都会实时反馈与评价，给出针对性的提示信息和操作演示，直至该学生最终掌握正确的操作技能和方法。最后系统还会对本次自主学习进行总结分析，给出进一步学习的建议，指明继续努力的方向[7]。自主学习过程如图5所示。
4.自动化考核系统
建立以技能自动化测评为中心的多元化评价体系，通过科学化评价机制，采用多样化的评价方式[8]，最终实现按照不同情况的需要，实现作业评价、实验过程的跟踪评价、认证评价和课堂总结性评价。
自动化考核系统提供真实环境下的技能训练和考核，全面地考察操作者实际操作能力和解决实际问题的能力，学生可以在该系统下进行各类认证考核的模拟练习。系统提供自定义测试卷组，学生可以由答题库随机出卷，也可以自由组合客观题与操作技能题目，考核系统都将进行操作技能的自动化评测，为学生提供一个有效的指导。
四、一站式虚拟实验平台的特点
1.整合性
集教、学、考于一体的一站式虚拟实验教学平台使学生获得“教学练评”的一体化技能训练，即学生在生动逼真的虚拟环境中体验并训练技能，并随时与实验对象、学习资源、教师、同学等进行交互反馈，得到实时评价，锻炼和培养真实的职业行为[5]。
该平台整合了校内不同专业的虚拟实验实训，一方面为学生进行本专业和跨专业技能培训和自主探究式学习提供开放的、综合性的虚拟实验环境，同时也为教师进行交叉学科实验建设和多工种技能鉴定提供平台。
2.可扩展性
为随时增加不同的专业训练项目、实验场景和其他功能模块预留可更新和扩展的数据接口、功能接口，使平台应用可持续更新[9]。
3.共建共享性
平台具备教学资源上传、试题添加、优秀作业成果展示等功能，这些资源可以逐级推荐和审核，实现优秀教学资源的共建共享。该平台可以使教师持续有效地开展优质职业教育资源体系化建设。教师一方面可以把已有的信息化教学资源和成果进行共建共享；另一方面随着实验平台不断应用产生的新经验成果及资源，教师可以进行二次整理和进一步的开发和实时更新，提高实验教学的效率和质量。
五、一站式虚拟实验平台的建设实践
为了更好地管理校内的实验实训资源，提高优质实验教学资源的利用率，促进职业教育与信息技术的深度融合，工业中心开展智能管理系统二期工程项目建设，一站式虚拟实验平台是其中一个重要组成部分。该项目获广东省2015年“创新强校工程”项目资助。该平台整合了校内原有的电子工程、自动控制、物流管理、数字传媒、机械加工五个专业类别的22个虚拟仿真实验实训项目，如中央空调远程控制、高电压控制、虚拟数控铣削加工、教育电声系统、虚拟演播、非隔离型AC-DC变换器、物流三维模拟仿真、交互式虚拟装配等，并在此基础上进行进一步的扩充和建设。
学生可以在此开放性的平台进行自主学习与技能训练，获得实时评价，提高操作能力。某些专业还可以进行认证考核模拟练习，例如“CZK数控加工仿真训练与智能化考核系统”开展面向实际生产过程的机床仿真加工训练；如“电气故障信息化考核系统”中的“制冷设备电气故障检测智能考核系统”提供了四种不同的制冷设备控制电路：（1）变频空调控制电路、（2）热泵式分体空调控制电路、（3）中央空调控制电路、（4）冷库控制电路供学生进行仿真训练。这四种电路均由信息化系统以智能化方式设置各种故障点：变频空调设置了28个故障点、热泵式空调设置了24个、中央空调设置了30个、冷库24个，以满足不同等级的技术培训与考核使用。另外，考核系统中的试题库含有两类试题：一类是针对制冷设备控制电路板设置的培训应会试题库；另一类是根据国家劳动部有关制冷设备相应职业技能等级的应知考试题库；再如“中央空调信息化智能考核系统”，学生可以远程进入中央空调的虚拟仿真界面，如图6，图7所示，进行中央空调和冷库的正确开关机顺序、延时时间长短控制、运行状态实时监控和故障排除等仿真操作和模拟考核[7]。仿真界面上显示的各种动态变化的数值来源于可编程控制器PLC上的对应变量链接，通过传感器采集空调运行的各种实时数据获得。
该平台计划提供面向广东省支柱产业：数控、电子、电工、软件、汽车、金融等专业技术考核60多个方向的项目实验实训，28个工种的职业技能鉴定，向其他职业院校开放，形成辐射作用，扩大优质信息化资源覆盖面。同时各专业的教师可对平台内的实验实训资源共同进行建设与开发，保证优质的教学资源得到持续性的更新和共享，为我校“面向职教、服务职教、引领职教、特色发展”的办学思想提供支持。
六、结束语
本文提出一站式虚拟实验平台的设计思想，在建设与应用的实践中，该平台的“整合性”与“共建共享性”为职业院校师生的教与学提供了极大的便利。该实验平台的建设与投入使用为职业院校提供了一个清晰的体系化数字教育教学资源库，便于各专业教师进行综合统筹，对相关领域各种资源进行分批逐次的信息化建设，有利于职业院校的学生充分利用校内外的实验实训资源进行技能培训，拓宽职业视野。在国家号召加快发展现代职业教育的今天，通过一站式虚拟实验平台整合职业教育已有信息化成果和师资力量进行新旧资源的共建共享，有利于扩大优质资源的覆盖面和受众，使职业教育信息化实现与时俱进，得到持续性的发展并跨上新的台阶，为培养学生新时代的职业能力和信息素养开拓新的途径。
参考文献：
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虚拟网络实验平台设计 篇4
虚拟实验室 (Virtual Laboratory) 的概念, 最早是由美国费吉尼亚大学的威廉-沃尔夫教授在1989年提出来的, 它描述的是一个计算机网络化的虚拟实验室环境。网络工程虚拟实验室是虚拟实验室家族的一个成员, 它是针对网络原理、网络工程、网络安全等进行学习、设计、管理和研究的虚拟实验系统。网络工程虚拟实验室的主旨是在网络工程实验体系架构下, 利用虚拟仿真技术、网络技术和软件技术等计算机技术, 建立虚拟的工程实验环境, 运行各种现实或虚拟的网络设备, 对建立起来的实验拓扑进行设计和管理, 构成新型的教学实验。网络工程虚拟实验室是对传统网络工程实验教学的一种扩展和延伸。它很好地满足了学习者个性化学习和自主学习的需要, 保证了学习者在任何时间、任何地点都能得到实时学习和指导, 从而更好地达到学习网络技能的目标。
2 网络工程虚拟实验室的架构设计
网络工程虚拟实验室是一种异构的问题解决方案, 学生无论身在何处都可以进行实验。它要求参与实验者共享实验环境和实验要求。Web无疑为网络工程虚拟实验室的架构提供了一种技术平台, 这就需要我们首先解决系统的结构问题。
2.1 基于C/S的两层结构
客户机/服务器 (Client/Server, 简称C/S) 结构是出现早、应用范围广的一种两层结构, C/S结构将任务合理分配到客户端和服务器端, 前后台计算分离, 从而降低了系统的通讯开销, 可以充分利用两端硬件环境的优势。早期的软件系统多以此作为首选设计标准。由于C/S结构下应用程序必须安装到每一台客户机, 数据库系统的动态库文件也必须驻留在客户端, 这给系统更新、升级和维护带来了很大的麻烦。并且C/S结构的应用系统可扩充性、可维护性及安全性都较差, 这使得C/S结构的应用领域受到很多的限制。
2.2 基于B/S的三层结构
浏览器/服务器 (Browser/Server, 简称B/S) 结构, 把C/S结构中的客户端程序简化为一个通用的浏览器软件, 它把C/S结构中的服务器端分解为一个数据库服务器和一个Web服务器, 从而构成三层的B/S体系结构。B/S结构极大简化了客户端的工作, 服务器将担负更多的工作。客户端使用浏览器, 通过HTTP协议向Web服务器提出访问数据库的要求, Web服务器接受客户端请求后, 将这个请求转化为SQL语法交给数据库服务器, 数据库服务器得到请求后, 验证其合法性并进行数据处理, 然后将处理结果返回给Web服务器, Web服务器再一次将得到的所有结果进行转化, 变成HTML文档形式转发给客户端浏览器, 以友好的Web页面形式显示出来。
通过以上对C/S和B/S两种系统结构的比较分析, 依据我们所要开发的虚拟实验室设计要求, 我们最终选择了B/S三层结构进行网络工程虚拟实验室系统的开发。本系统包括客户端、应用Web服务器、模拟器运行服务器三部分, 如图1所示。应用Web服务器负责处理客户端实验网络拓扑配置请求, 完成客户端与模拟器运行服务器之间的通信转接。模拟器运行服务器采用GNS3软件模拟实际的设备, 通过采用应用Web服务器生成拓扑所需要的参数, 管理和维护需要模拟的设备。客户端通过浏览器完成与用户的交互, 完成拓扑网络的设计和虚拟设备的配置交互等。
3 网络工程虚拟实验室的解决方案
网络工程虚拟实验室以B/S为架构设计。它是一个在线进行自我学习、自我测试和实验操作与管理的虚拟实验室系统, 其中网络课程和开放实验平台模块是亮点。该系统的功能结构如图2所示。
网络课程模块将Cisco网络技术学院的教材以Web技术为基础, 辅以诸如Flash、音频、视频等技术工具制作而成的教材内容, 学生可以在教室、宿舍、家里登录访问教材, 学生可以根据自身的情况调整学习进度、阅读电子教材、观看视频或其它可视化技术讲解, 实现个性化的学习。
另外, 开放实验平台模块中的远程实验平台是一个真实工作环境的在线调试实验平台。它通过Cisco ACS实验台来同时管理和控制8~16台真实的网络设备。不需要进行控制线的拔插, 用户利用IE浏览器访问Cisco ACS, 通过图形界面的形式对设备进行访问和配置, 简单方便。
随着计算机技术、虚拟仿真技术的迅速发展, 构建网络工程虚拟实验室已成为我国高校网络技术相关专业实验教学发展的必然趋势。这不仅可以为学生自主学习提供良好条件, 还可以对改善实验环境、优化教学过程产生深远的影响。
参考文献
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网络虚拟实验室的研究和设计 篇5
关键字:虚拟仪器网络虚拟实验室
中图分类号:TP391.9文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 09-0000-02
Network Virtual Lab Research and Design
An Junlin
(Chongqing CYIT Communication Technologies Co.,Ltd.,Chongqing400065,China)
Abstract:Virtual laboratory is the focus of teaching practice, originally described based on virtual instrument technology,the characteristics of virtual experiments,online Virtual Laboratory for the design.
Keywords:Virtual Instrument Internet Virtual Laboratory
虚拟实验室,亦称合实验室,最早由美国弗吉尼亚大学的威廉•沃尔夫教授于1989年提出的。它描述了一个计算机网络化的虚拟实验室环境,致力于构筑一个综合不同工具和技术的信息化、网络化的集成环境。在这个环境里,用户可以非常有效的利用世界上分布的各种数据、信息、仪器设备及人力等资源。用现代计算机网络技术研究虚拟实验室及其在实践教学及远程教学中的应用,已成为近几年国内外实验教学和远程教学的研究热点。
一、基于虚拟仪器技术的网络虚拟实验
在网络教学的条件下,理工科实验要使用的大量的专业实验仪器都无法被学生使用,而使用虚拟仪器技术可以在屏幕上提供给学生多种专业实验仪器来完成实验。虚拟仪器技术具有高效、易用、开放、灵活、更新快、功能强大、性价比高、用户定义等诸多优点。
网络教学条件下,我们也可以在服务器端放置大量的实验教学需要的虚拟仪器软件包。学生可以通过网络来访问服务器,下载软件包进行实验或直接在服务器提供的实验交互界面上进行实验。
二、网络虚拟实验室特点
(一)可降低科研成本和节省研究经费
并能够充分发挥现有科学仪器的作用,提高使用效率,尤其是通过联网后能实现大型科学仪器的资源共享,避免了大型仪器设备的重复添置、购买和浪费;
(二)突破了传统实践教学模式受时间、地点的限制
并且可以利用计算机网络网络提高实践教学效率,更好地培养学生独立分析问题、解决问题的能力。进一步提高学生的实践技能;
(三)强调“网络就是实验仪器”的概念
网络在实验中充当了以往由操作台和设备实现的角色。通过建立网络虚拟实验室,远程教育的学习者不必担心缺乏实验条件,也不必为实验到处奔波,他们通过网络中的基于虚拟仪器的虚拟实验环境,同样能够“身临其境”地观察实验现象和进行“实际”操作,甚至和异地的学习者合作进行实验;
(四)鉴于网络虚拟实实验的开放性和共享性
资源的可重复利用率提高,系统组建时间缩短,功能易于扩展和管理,使学生的实验操作机会得以增加,实验范围和科目得以扩大,高新技术在教育领域内的优势可以充分發挥出来。
三、网络虚拟实验室系统架构
基于网络的虚拟实验系统架构上主要有两种架构:C/S架构和B/S架构。
(一)C/S架构方式
C/S结构是一种分布式计算模式。在C/S结构的系统中,应用程序被划分为两大部分:一部分是由多个用户共享的信息与功能,这部分称为服务器;另一部分是为每个用户所专用,称为客户部分。客户部分负责执行前台功能,如管理用户接口、数据处理和报告请求等;而服务器部分执行后台服务,如管理共享外设、控制对共享数据库的操纵、接受并应答客户机的请求等。
传统的二层C/S体系结构在单一数据库且有安全性和快速性保障的局域网环境下运行,因而得到了广泛的应用。不足主要体现在:程序开发量大,系统维护困难,客户机的负担过重,成本增加以及系统的安全性难以得到保障等。
(二)B/S架构方式
在B/S结构的系统中,用户可以通过浏览器向分布在网络上的许多服务器发出请求。B/S结构极大的简化了客户机的工作。客户机上只需安装、配置少量的客户端软件即可,服务器将担负更多的工作,对数据库的访问和应用程序的执行都将在服务器上完成。
B/S结构的最大优势在于:它可以在任何时间、任何地点、以任何接入方式实现跨平台的网络实时操作;不限定用户使用人数,开发和使用成本都非常低;突出的易用性,客户端采用国际标准化的浏览器,因而客户端免维护、免安装、免开发,这不但节省了内存和存储空间,也节省了开发时间,从而降低了成本,给应用系统的安装、调试、日常维护和升级都带来了极大的便利。
四、网络虚拟实验室的设计
(一)公共模块
在该模块中,系统主要完成的功能:系统提供实验室的一些公告信息,通过实验设备实体的三维展示,使学生对实验设备实体的相关知识有一个直观的了解;学生在该模块可以完成真实实验的预约;教师可提供相应的实验安排信息,提交相应的实验报告模板。
(二)虚拟仿真实验模块
通过本模块,学生应能通过虚拟实验系统,不仅可以按实验教学的计划,完成老师规定的实验,而且能根据自己的想法,设计实验并完成,这要求虚拟实验系统设计应考虑实验的自主性问题,不能规定虚拟实验系统只能按规定的步骤去完成;在该模块还能完成实验相关数据保存,通过保存的数据,学生可通过实验报告模块产生电子的实验报告;教师可以通过仿真系统,调用学生的实验数据,去动态检查学生的实验情况。
(三)实验报告处理模块
在本模块中,学生根据教师提交的实验报告模板,填写相关的内容,实验数据从服务器获取自动添加,并能完成相关数据的处理,实验报告最终提交给服务器;教师通过该模块,下载学生的实验报告进行批阅。针对学生自主实验给出相应的模板,除提交实验数据外,学生还应提交实验设计,实验相关设计图。
构建基于虚拟仪器系统的网络虚拟实验室,使得无论是学生还是教师,都可以自由地、无顾虑地随时上网进入虚拟实验室,操作仪器,进行各种实验。随着虚拟仪器和网络技术的飞速发展,通过网络来构建虚拟实验室已经成为可能,远程教育的学习者通过网络进行远程实验教学已为时不远。
参考文献:
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作者简介:
网络虚拟化实验平台研究 篇6
关键词：网络虚拟化,PlanetLab,VINI,CABO,GENI,VegaNet
0引言
随着互联网高速发展,关于网络体系结构、网络服务的新型研究层出不穷。由于人们实际使用的网络受网络服务供应商的控制,使得人们能进行的修改十分有限,对研究成果的分析和评价一般只能在实验室环境下进行,而实验室环境与现实网络有着较大的差距,缺乏真实网络中的丰富网络事件、不能随意更改网络拓扑或配置,无法有效地验证研究成果的效能。网络虚拟化概念的提出,使得互联网具有了多样化的属性,通过在同一物理基础设施上部署多个独立的、异质的虚拟网络,提供充足的灵活性,推动多样化并保证安全和可管理性。网络虚拟化实验平台能提供一个如同真实物理网络一样的网络实验环境,能有效地对研究成果进行模拟分析和性能评价。
本文主要介绍构建于现有互联网上的几个比较成熟的网络虚拟化实验平台,对这些虚拟化平台结构和技术进行分析,各平台针对网络虚拟化中的不同的关键问题提出了自己的解决方案,并在最后给出综合比较。
1 PlanetLab
1.1 PlanetLab概述
PlanetLab是一个支持新的网络服务开发和网络研究的全球性网络虚拟化实验平台。它结合分布式系统和网络虚拟化的优势实现节点的虚拟化,用于设计、评价和部署在地域上分布式的网络服务。PlanetLab架构设计的中心思想是分片,每个服务运行在PlanetLab的一个分片中,一个分片包含一定数量的进程、内存、存储单元和跨越多个分布式独立节点的网络资源。分片不仅仅是分布式资源的简单相加,更是虚拟机的网络。分片把物理资源分配到每个虚拟机上。这样,安装在每个节点的虚拟机就只需完成分片运行所需的处理器、链路、存储空间等资源的分配、调度和使用即可实现相应的服务功能。
1.2 PlanetLab技术特点
PlanetLab是最早的网络虚拟化实验项目,主要包含以下几个特点。
分布于全球的计算机群:PlanetLab是一个分布式计算集群,其下辖的1142个结点分布于545个地区。大多数机器由研究机构托管,所有机器都连接到Internet。
统一的软件系统:所有PlanetLab机器运行相同的软件系统,包括一个基于Linux的操作系统,具有引导节点和分发软件更新的机制;具有监控节点健康、审计系统活动并控制系统参数的管理工具集;管理用户账户和分发密钥的工具集。PlanetLab软件系统的主要目标是支持分布式虚拟化,具有将PlanetLab网络范围内硬件资源分配给一个应用的能力。
2 VINI
2.1 VINI概述
VINI(Virtual Network Infrastructure)虚拟化平台是在PlanetLab基础上进一步发展的结果。与PlanetLab相比,VINI在路由层面向研究人员提供了更多的自由,VINI允许研究人员在一个广域范围内对其设计的协议和服务进行评估,允许研究人员在真实路由软件、流量负载、网络事件的基础上部署和评估其提出的新理论。为了给研究人员提供灵活的实验环境,VINI支持在共享网络基础设施上进行任意网络拓扑结构的仿真试验。
2.2 VINI技术特点
VINI具有灵活的网络拓扑、灵活的路由和转发、外围主机的连通性、并发试验的支持性等特性。目前VINI虚拟平台通过14个地区的26个节点接入Internet2和CESNET。
针对研究人员设计、实现、部署网络协议和网络结构过程中的需求,VINI为研究人员提供了两种不同的使用模式。
Control模式是指研究人员向系统中引入外在事件的能力。研究人员和协议设计人员在协议设计、实现过程中,经常需要研究协议在多种网络环境下的行为。为此,VINI专门为研究人员提供了类似于NS2的模拟装置和评估测试床以满足研究人员的需求。
Realism模式是指迫使网络协议模型和网络协议框架遵循网络环境的能力,即尽可能贴近实际情况部署。针对这一特性,VINI提出了其特有的测试原则:在现实条件下测试原型的最好方法是在实际网络环境下部署要测试的原型。
3 GENI
3.1 GENI概述
GENI(The Global Environment for Network Innovations)是一个跨国的开放式项目,它由来自世界各地的高校、跨国企业和团体参与,整体设计理念上鼓励更多的团体加入。它有着广泛的研究范围和课题,其中如何建立分布式网络等是这个项目研究的关键所在。
GENI以创建一个新的、高性能的互联网和分布式系统为目标。它的总体目标可以分为以下4个方面:第一,具备高的安全性和鲁棒性。许多专家认为安全性和鲁棒性是人们考虑重新设计互联网架构的一个重要的原因和动力。目前网络安全性较差,互联网并不能保证较好的安全机制,整体的安全架构没有一个很好的完整实现,因而不能给用户在安全机制上提供全面良好的安全保障。第二,多设备尤其是移动设备上的普适计算。如何实现手机、传感器网络等无线设备的无缝连接是十分重要的。第三,其他基本的重要设施的控制和管理。第四,简单的操作及易用性,并能对新的服务和各种应用提供良好的支持。
3.2系统模型
通过与目前互联网的体系结构分析比较,可以得出GENI的结构模型为沙漏模型(如图1所示)。其中,GMC对应沙漏的腰部,它是GENI的管理中心,对应于IP层、相关的编址路由及服务模式。GE-NI最上面是用户服务层,下面是物理层。物理层对应着相关物理网络的计算设备和网络设备的集合。GMC提供了一系列的抽象、接口和命名空间,使得用户服务层和相关的物理层能够有效连接。通过GMC可以有效地屏蔽底层实现细节,服务层只需通过相关接口访问即可。其中抽象可以对物理层的细节进行有效屏蔽,它是GMC层的关键所在。GMC层抽象主要由组件、切片和聚合三种类型组成。其中物理资源、逻辑资源和同步资源是组件的重要组成模块。GMC通过组件管理器,将资源采用一定的组件协议分配给用户。GENI通过切片(相关GENI组件的微片)来对GENI共享资源实现有效地保护。
4 CABO
4.1 CABO概述
CABO(Concurrent Architectures are Better than One)是指通过虚拟化的方法,在分属不同提供商的硬件基础上,为服务提供商同时运行多重端端服务。CABO在现有Planet Lab、GENI等虚拟化技术基础上进行了扩展。CABO采用兼职策略,主要思想是以灵活、可扩展的系统来支持多重并发的网络体系结构。
4.2 CABO体系结构
CABO将传统的网络服务提供商概念分为两个不同的独立实体:基础设施提供商和服务提供商。基础设施提供商拥有和维护构成基础网络设施的网络设备(路由器、链路等)。服务提供商则与基础设施提供商达成协议,以获得路由器和链路资源的使用权。CABO将物理节点或链路分解为虚拟节点和虚拟链路的方式来减轻物理资源共享的困难。虚拟节点控制潜在节点资源的一部分,保证了与运行在同一主机上的其它虚拟节点的隔离。虚拟链路由一条链路基础网络设施路径以及路径沿线部分资源组成。CABO使用调度对共享资源的仲裁访问可以保证带宽和延迟性能。虚拟网络则由归属于同一服务提供商的虚拟节点和虚拟链路组成。服务提供商可以在其虚拟单元中安装软件或可编程硬件。单一的服务提供商还可以根据特殊服务需求或拓扑需求来调整虚拟网络。
4.3 CABO优势
提高端端网络服务质量:在传统网络中,由于重叠网络的固有特性,单一的网络服务提供商无法控制任意的端端网络链路,因此其只能为主要客户提供较高质量的服务。而在CABO中,服务提供商可以通过增加端端路径控制的方式来增加实际价值。网络基础提供商可以通过运行更为有效和健壮的网络来赢得竞争优势。
测试和部署新的协议:目前,新的网络协议测试和评估所需的测试环境由于配置成本高、网络拓扑单一、数据流量不足等问题而无法向操作人员提供详细准确的真实反映。而在CABO中,新的协议和软件可以在真实网络基础设施之上的虚拟节点和虚拟链路中进行测试和评价,同时,CABO可以很好地满足协议转换的要求,极大地提高工作效率。
5 VegaNet
VegaNet(Virtual Gigabit Network)[5]是由清华大学设计实现的重叠网络结构的虚拟网络,可为研究人员提供真实的实验环境对网络新技术进行有效评价,也可对底层核心网络进行模拟分析。Vega Net以实际运营的网络体系作为底层架构,在网络边缘接入若干虚拟路由器,虚拟路由器之间通过虚拟链路连接,构成一个虚拟网络平台。Vega Net可以模拟真实的用户流量,支持节点及链路故障的注入,同步底层网络故障,虚拟路由器基于真正的商业路由平台实现,支持高带宽的虚拟网络流量,虚拟网络协议族独立于底层网络,虚拟网络相对底层网络透明等。
6结束语
在表1中,总结了本文所介绍的网络虚拟化实验平台的主要技术指标。
从上表中可以看出目前虚拟化技术在网络技术、协议层次和虚拟粒度上出现了3种趋势:粒度越来越细、层次越来越低以及越来越关注网络的异构环境。
从技术角度分析网络虚拟化有着大量优势:节省成本,快速部署,快速扩展。广域网能够大大受益于网络虚拟化技术。它能帮助分配广域网带宽,改善网速,简化广域网管理。当然在看到优越性的同时也不能忽视虚拟化可能带来的一系列问题,比如网络虚拟化可能弱化安全和可管理性。到目前为止,业界通过虚拟机、虚拟I/O设备、虚拟内存等利用网络虚拟化技术实现诸如服务器整合、云存储等功能,然而这都还只是停留在应用层或者端系统的网络虚拟化,真正网络虚拟化的设计理念将涉及从端设备到路由器的各个方面,从物理层到应用层的各个方面,网络虚拟化的核心理念还需要在一定规模的实验平台上继续进行探索,在实际物理基础设施上部署网络虚拟化还面临一些挑战,因此,对网络虚拟化技术的研究任重道远。
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网络虚拟现实材料实验平台的开发 篇7
1 虚拟材料实验平台的系统定位
开发虚拟现实应用系统,首先要进行必要的任务分析与系统定位,明确任务目的与性能指标。
虚拟材料实验平台的系统定位可从其用途、使用要求、使用对象等方面综合考虑。对于虚拟金相实验平台来说,它主要是对金相试样的制备、组织观察、组织分析等进行模拟。系统要求具有准确性、实时性,并具有简单的数据分析功能;其面向的对象是广大科研人员、学生、工程技术人员等。因此虚拟金相实验平台定位为基于普通PC的桌面式虚拟现实应用系统,通过传统的鼠标、键盘,结合三维拾取技术,完成平台的人机交互功能。
2 基于现实实验的系统功能需求分析
系统功能需求分析是系统定位之后,开发虚拟现实应用系统的第二个必须环节。虚拟材料实验平台的功能需求分析要以现实实验为基础,以完整实现现实实验过程的虚拟世界再现为目的,从而使用户身临其境,技术得到锻炼,技能获得提高。其它虚拟现实应用系统的开发也应遵循此要求。
现实的金相实验流程包括试样制备、组织观察、分析等[6]。因此,设计虚拟金相实验平台的功能如图1(a)所示。其中,“试样制备仿真”过程包含试样的选择、截取和制备,研磨剂、抛光布的选择与使用,浸蚀剂的选择与浸蚀试样等过程。“金相组织观察仿真”的功能需求如图1(b)所示。
3 虚拟材料实验平台的设计与开发
系统定位和功能需求分析之后是系统设计与开发环节,主要完成系统开发方案的制定及细节实现,一般包括概要设计和详细设计。
3.1 概要设计
概要设计的本质是把系统开发模块化。所谓模块化,是指根据目标任务的类型、特点等将整个开发任务分解。在设计流程允许的条件下,各开发组可并行完成自己的模块,既提高效率,也便于修改。模块化思想需贯穿系统开发的全过程。
虚拟材料实验平台的模块化开发方案为信息(素材、资料)收集、建立模型、构建场景、系统集成、调试发布等。图2为虚拟金相实验平台的概要设计,主要包括4个环节:①收集相关图片素材、空间尺寸、位置等信息;②建立虚拟世界的模型,包括几何建模(造型)、行为建模(交互动作)等;③基于虚拟现实三维引擎构建虚拟场景,然后将各个已建立模型在虚拟场景中按照空间位置信息、彼此间的行为关系进行集成;④平台的调试及Internet发布。
3.2 详细设计
详细设计是系统开发的细节实践,模块化的系统开发思想在此具有重要意义。例如,虚拟金相实验平台的模型建立又可分为几何建模与行为建模等。
3.2.1 信息收集与模型建立
信息收集环节的数据是建立模型的基础数据,进而影响场景的构建、系统的集成等,需保证信息的可靠性、准确性。以下主要讨论收集信息后模型的建立过程。
(1)几何建模
几何建模技术可分为基于图形的建模技术、基于图像的建模技术和基于图形与图像的混合建模方式[1]。基于前述的系统定位及功能分析,虚拟金相实验平台的开发使用专业软件建模,同时使用纹理映射技术(贴图),即基于图形与图像的混合建模方式。常见的建模工具有3DS Max、SolidWorks和虚拟现实建模语言(VRML)等。笔者利用3DS Max创建基本模型并导出为国际规定的三维模型标准数据格式(*.wrl),然后使用VRML完成模型自身的行为建模。选择3DS Max的目的是保证模型的高仿真性。
基于模块化概念,可以将结构复杂的模型根据结构特点分解为若干小结构(子模块)进行建模。这不仅便于协同设计、修改模型,而且能简化对象的自身行为建模和模型间的行为建模,同时也有利于与虚拟场景进行集成,克服目前已经开发的虚拟现实系统的不足。表1为虚拟金相实验平台中金相显微镜模型的模块化方案。模块化之后,多人协同建模需注意各模型的尺寸比例,这决定了后期各模块间的行为互动和虚拟场景集成的难易。图3为建好的虚拟金相实验平台场景截图。
(2)行为建模
行为建模处理物体的运动和行为描述。虚拟环境中的交互行为可分为“选择”、“平移”、“旋转”等[7,8]。选择是指如何确定交互目标,如要移动试样前,先要找到需要移动的那个试样,找到试样后才能移动它。“找试样”的动作便是要确定交互的目标。平移和旋转用来控制虚拟场景中实体的位置或方向的改变。
“金相观察”场景中各模块自身的行为及模块间的行为见表1。实际操作时,用户可用输入设备(如鼠标)选取需要操作的对象进行操作(如更换目镜等),此时虚拟环境将随用户的动作做出相应的反应。虚拟金相实验平台开发过程中,主要的交互行为由VRML的Script节点、Sensor节点及Route来完成。通常,模块自身的行为建模在此阶段完成,而模块间的行为建模在系统集成时完成。
除了几何建模、行为建模之外,还可根据需要对虚拟场景进行声音建模、物理建模等。
3.2.2 系统三维引擎的选择、场景的构建与集成
通常,由三维引擎接口将某个虚拟现实系统的数据传递给三维引擎,通过三维引擎实现三维虚拟世界的构建、交互和渲染显示等。目前在虚拟现实领域广泛应用的三维引擎有WorldToolKit、Vega、VRML等[9]。
虚拟金相实验平台以VRML作为三维引擎。基于VRML的三维引擎将虚拟金相实验平台获取的三维信息编成VRML语言标准文件,输出至服务器磁盘。远程计算机通过Internet和远程计算机上安装的VRML浏览器查看服务器中虚拟金相实验平台信息,从而进行虚拟金相实验训练。
完成三维模型的构建后,基于VRML可进行虚拟场景的集成。模块间的交互行为需在此阶段完成。如虚拟金相实验平台中调节粗、细调旋钮时目镜视野中图像的仿真变化就是在此间完成的,其行为控制流程见图4。
3.2.3 虚拟材料实验平台的网络发布
系统集成、调试结束之后,将其嵌入Web页面,存放在网络服务器上。虚拟金相实验平台基于BS_Contact浏览器的网络发布代码如下:
〈Object…width=100% height=100%〉
〈Param name=“src” value=“filename.wrl”〉
〈Param name=“quality” value=“high”〉
〈Param name=“renderer” value=“OpenGL”〉
〈/Object〉
其中,filename.wrl为待发布虚拟环境文件。
3.3 基于VRML的关键代码开发
行为建模是虚拟现实应用系统开发的主要难点之一,它是基于对现实实验的动作分析而进行的。有效而灵活地运用VRML中的Script节点是获得复杂交互行为的关键。
3.3.1 试样的自动定位
模拟放置试样于载物台的过程,可通过“智能代理”来实现。简而言之,就是当试样与载物台之间的距离小于一个给定的阈值时,试样便会自动移动到载物台之上。代码如下:
此处利用VRML中PlaneSensor感知器模拟放样过程,利用Script节点编程实现试样智能定位。
3.3.2 视野中图像切换控制
使用VRML中Billboard(Field_Billboard)节点模拟显微镜的视野,实时显示组织变化,通过Billboard节点的入事件addChildren和removeChildren,同时结合Script节点(Alter_Microstructure_Martensite和Alter_Microstructure_Pearlite)编程巧妙地实现试样切换而组织发生变化的模拟,其路由关系如图4所示。
4 结论
虚拟现实在技术上的进步及其所具有的沉浸、交互和想象特性,使其应用从过去的娱乐、模拟训练发展到教育、科研等领域。VRML基于Internet构建可共享、可互换的虚拟环境,对这一发展奠定了重要的基础。随着计算机技术、软件技术的发展,虚拟现实技术将渗透到教育、教学和科学研究的各个层次。可以预测,在科研、教育的信息可视化领域,对于那些无法定量、而定性又很难的问题,运用虚拟现实技术则可揭示其复杂的内部规律,因此具有广阔的应用前景。
本研究从软件开发角度,以虚拟金相实验平台为例,阐述了虚拟现实材料实验平台开发的一般过程,即系统定位→需求分析→概要设计→详细设计。关于虚拟金相实验平台开发的关键代码也给出了实例,实践中可巧妙利用VRML中Sensor、Script及Route功能进行行为建模。
摘要：从软件开发角度,以网络虚拟现实金相实验平台为例,阐述了开发网络虚拟现实材料实验平台的方法。指出虚拟现实实验平台的开发应遵循系统定位需求分析概要设计详细设计的原则。同时也列举了基于虚拟现实建模语言(VRML)的开发技巧,希望对类似系统的开发起到举一反三的作用。
关键词：金相实验,虚拟现实材料实验,软件开发,虚拟现实建模语言(VRML)
参考文献
[1]庄春华,王普.虚拟现实技术及其应用[M].北京:电子工业出版社,2010:27
[2]Wang Qingfeng(王青峰),Hou Tiecui(侯铁翠).Materialhardness test virtual experiment based on virtual realitymodeling language(材料硬度试验的虚拟设计与实现)[J].Heat Treat Met(金属热处理),2005,30(11):46
[3]Yao Zhengjun(姚正军),Tang Jiali(汤嘉立),Su Honghua(苏宏华),et al.Virtual experiment system for metal mate-rial and heat treatment based on VRML(基于VRML的金属材料与热处理虚拟实验系统)[J].Heat Treat Met(金属热处理),2005,30(2):54
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[6]王岚,杨平,李长荣.金相实验技术[M].第2版.北京:冶金工业出版社,2010:16
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虚拟网络实验平台设计 篇8
将理论与实际相结合, 在实践过程中激发学生对该课程的学习兴趣是改善当前教学质量的一个行之有效的方法。但由于机械控制系统体积庞大、价格昂贵、难于维护, 实验结果难以监测, 实验过程中又存在安全因素等, 所以这些控制系统难以装备于实验室供学生实践。不过随着计算机与信息技术的发展, 开发出满足实验学习的虚拟实验平台已经成为可能, 学生们再结合电子教案及多媒体教学, 在交互式学习和实验中增加学生对控制系统的感性认识和培养他们对本学科的热情。使老师不再“难教”, 学生不再“难学”成为可能。
一、搭建虚拟实验平台的步骤
虚拟实验平台基于Matlabwebserver搭建, 采用这一方案是因为Matlabwebserver采用了标准的Html文档和表单, 允许开发人员将Matlab的应用程序通过Internet进行发布。Html文档作为Matlab应用的客户端界面。一旦虚拟实验平台搭建完毕, 客户端即使不懂Matlab的使用, 也可实现Matlab的仿真, 并且还不需要客户端安装Matlab, 一切的运算都是在服务器上完成。
(一) 配置服务器
在服务器上安装Wamp Server软件, 这里采用软件的默认路径安装。以记事本方式打开C:/wamp/bin/apache/Apache2.4.4/conf下的httpd文件并在最后添加如下配置内容:
在C:/wamp/www/wsdemos下新建名为cgi-bin和icons的文件夹, 将其属性调为Everyone完全控制。复制C:/matlab7/toolbox/webserver/wsdemos文件夹下名为matweb.conf和matweb.exe的文件至新建的cgi-bin文件夹中。以记事本方式打开matweb.conf, 添加如下内容:
(二) 客户端输入html文件编写[1]
客户端输入html文件关键要在form表单中做如下定义:
摘要：控制工程基础是我校机械类专业的专业基础课, 由于该课程理论性较强, 传统教学中缺乏有效的实践环节, 学生学习效果差。为了改善教学质量, 本文详细介绍了网络虚拟实验平台搭建的方法, 学生借助仿真实践来提高学习效果。
关键词：控制工程基础,网络,虚拟实验平台,仿真实践
参考文献
[1]姚军.译HTML与CSS入门经典 (第8版) 人民邮电出版社, 2011.
网络虚拟实验平台在教学中的应用 篇9
计算机技术飞速发展，在网络组建中要用到一些价格昂贵的网络交换设备，如核心交换机、路由器等，其费用是个人很难支付的。目前Internet上存在着不少可共享的在线实验室，但其交互性、可扩展性都较差，大多只能进行固定设备的固定配置，这对用户的学习和实践是非常不利的。
●系统功能介绍
虚拟计算机网络实验平台系统实现以下功能：提供虚拟实验设备，形象展示其物理结构及功能原理。
1. 利用虚拟设备完成虚拟实验的基本操作：
(1）网络设备的“物理”连接。
(2）网络设备（如：交换机等）的配置。
(3）选择虚拟网络设备，组建各种网络（如对等网、C/S网等），对网络进行软件、硬件配置，并能展示配置效果。
2.选择虚拟网络设备，组建局域网及Internet网的各种网络服务系统（如：WWW、FTP、TELNET等），并能对网络服务系统进行配置，同时利用该系统可实现各种服务的基本操作（包括服务器端和客户端）。
3.建立虚拟设备管理模块，管理各种虚拟设备，包括设备的添加、删除及修改。
●系统基础实验及步骤
配置实例：在一个典型的快速局域网中实现VLAN。假设核心交换机名称为：COM；分支交换机分别为：PAR1、PAR2……分别通过Port1的光线模块与核心交换机相连；并且假设VLAN名称分别为COUNTER、MARKET、MANAGING……
1. 设置VTP DOMAIN (VTP DOMAIN称为管理域）
交换VTP更新信息的所有交换机必须配置为相同的管理域。如果所有的交换机都以中继线相连，那么只要在核心交换机上设置一个管理域，网络上所有的交换机都加入该域，这样管理域里所有的交换机就能够了解彼此的VLAN列表。
2. 配置中继
ISL (Inter-Switch Link）是一个在交换机之间、交换机与路由器之间及交换机与服务器之间传递多个VLAN信息及VLAN数据流的协议，通过在交换机直接相连的端口配置ISL封装。
3. 创建VLAN
一旦建立了管理域，就可以创建VLAN了。
COM (vlan) #Vlan 10 name COUNTER创建编号为10名字为COUNTER的VLAN
COM (vlan) #Vlan 11 name MARKET创建编号为11名字为MARKET的VLAN……
4. 将交换机端口划入VLAN
例如，要将PAR1、PAR2……分支交换机的端口1划入COUNTER VLAN，端口2划入MARKET VLAN……
PAR1 (config) #interface fastEthernet0/1配置端口1
PAR1 (config-if) #switchport access vlan 10归属COUNTER VLAN……
5. 配置三层交换
到这里，VLAN已经基本划分完毕。但是，VLAN间如何实现三层（网络层）交换呢？这时就要给各VLAN分配网络（IP）地址了。给VLAN分配IP地址分两种情况，其一，给VLAN所有的节点分配静态IP地址；其二，给VLAN所有的节点分配动态IP地址。
●关键技术实现
该系统在实现过程中, 将涉及数据的存储、查询等操作。其关键技术如下：
1.用户身份认证
为保证系统的完整性运行，设置用户权限，分为普通用户和高级用户。在系统的数据库中，建立用户信息表（User＿info），在选择用户名及输入口令以后，与此表进行核对。只有account, password, authority的选择与表中信息完全相符合，才可进入主界面。
2.查询设计
查询主要是用户信息、设备信息和命令信息的查询。该查询可进行各种条件的组合，是复合条件查询。在列出的复选框中根据需要有选择的对各选项作出选择，确定之后可显示所要求的满足条件的用户信息。同时，要与数据库进行核对，在用户作出选择后，通过帐号或姓名等与数据库中的用户信息表（User＿info）进行核对，若符合条件，系统将显示有关记录。
3.数据库的连接
数据库建立完成以后，就是相应的连接问题。这里所涉及的数据库由SQL server创建，数据库“vnetexp”，共包括15个子表。通过ODBC连接数据库，数据库中数据信息更新通过控件及相应的程序实现。
●结束语
优秀的虚拟网络实验平台应具有实验方案的自动发生功能、可扩展性、多层次抽象技术和可视化技术等特征。该系统还有许多不足之处，应该不断的完善。
摘要：由于在网络组建中, 网络交换设备价格都比较昂贵, 一般人尤其是学生很难支付;有些高校虽为学生提供了部分设备, 但由于数量和时间上的限制, 不能满足学生的需求。
关键词：虚拟局域网,网络实验,网络组建,设备配置,网络服务
参考文献
[1]郑人杰, 殷人昆, 陶勇雷.实用软件工程.清华大学出版社, 2001 (7)
[2]朱振元, 朱承.DELPHI面向对象程序设计及其应用.西安电子科技大学出版社, 2002 (7)
[3]微软公司.Microsoft SQLServer7.0系统管理.北京希望电子出版社, 2002年 (3)
虚拟网络实验平台设计 篇10
现阶段,随着高校招生人数不断扩大,以及用人单位对学生动手能力要求不断提高,高校毕业生就业压力空前加大,使高校的实践教学面临严峻考验。
1.1 实验基础设施建设不足
机房、实验室越建越多,越建越大,但始终跟不上日益增加的学生数量和课程实验需要,设备更新换代频率跟不上技术发展速度。尤其是现阶段,各专业都强调实践动手能力的培养,与之相对应的现有的实验室已满足不了课内实践实验及一些单独的实验课程的实验需求。
1.2 学生实验机会不足
实验室对学生开放有限,即使开放也不能满足所有学生的实验需要,大多数实验室仅限于课内教学,学生课后无法继续练习。对于一些实验需要反复练习熟练掌握或者需要多次实验测试结果的实验,学生无法很好完成。
1.3 困难实验无法开设
一些特殊的实验是在高危、极端环境下进行,操作不可逆或不可及等,无法采用真实设备进行实验教学。但如果不进行相关实验,教学只能停留在理论教学,对提高学生的实践动手能力极为不利。
1.4 实验设备维护困难
对于一些专项实验,实验室建设费用高,实验设备、器材需求特殊,损耗大,需要特殊维护,运营成本高。一些实验因为学生数量多、实验室数量少、课程密度大,使得实验过程中发生设备、器材损坏等情况,还没来得及维修,就开始了下一轮实验,造成实验效果不好,安全隐患较多等问题,给以实验为主要教学手段的课程造成了很多不便。
尤其是一些多校区共用实验室的高校,除了实验设备、器材维护等问题,还会有交通和安全隐患等问题困扰。因此,建立一个可以在云计算网络环境下的虚拟仿真实验室平台,可以大大提高实验实践教学水平,降低办学成本,同时也为培养高水平实用型人才打下坚实基础。
2 云计算与虚拟化技术
云计算(Cloud Computing)是一种新兴的商业计算模型。它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上,使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务[1]。云计算是虚拟化(Virtualization)、效用计算(Utility Computing)、基础设施即服务(Iaa S)、平台即服务(Paa S)、软件即服务(Saa S)等概念混合演进并跃升的结果[1]。
虚拟化技术是伴随着计算机技术的产生而出现的,作为云计算的核心技术,扮演着十分重要的角色,提供了全新的数据中心部署和管理方式,为数据中心管理员带来了高效和可靠的管理体验,还可以提高数据中心的资源利用率,低功耗绿色环保。通过虚拟平台进行管理、扩展、迁移、备份,种种操作都通过虚拟化层次完成。虚拟化技术实质是实现软件应用与底层硬件相隔离,把物理资源转变为逻辑可管理资源[2]。
3 网络虚拟仿真实验室平台
网络虚拟仿真实验室平台采用虚拟场景等虚拟现实技术,构筑实验硬件。针对不同课程需要构建相应实验模块。学生可以在仿真的实验环境中来使用实验器材进行实验,得出实验结果,检验实验结论等。学生也可以自主实验,尤其是一些有危险性的实验,也可以放心学生自行实验,可以有效提高学生的自主创新能力和动手操作能力,同时还降低了实验的危险性和配备专人监督的投入。
该实验平台除了在课上可以进行教学,课下学生还可以用电脑、平板、手机等设备在网络环境下登陆实验平台,进行课下练习,没有时间和次数限制,能够最大限度地提高学生的动手能力。
与此同时,该平台还能够有效让教师掌握学生的学习情况,学生登陆平台进行实验,教师可以设计考核模式或者自由练习模式,考核模式下,系统可以根据学生实验情况进行评分,教师也可以进行单项或者综合评价。自由练习模式下,教师可以给出专项练习并给学生进行实验指导,提高教学水平。
4 网络虚拟仿真实验室的优势
基于云计算的虚拟仿真实验室平台综合运用了云计算、虚拟仿真的多项技术,使用者可以通过平台进行全面、立体、高仿真的实验,同时也方便了教师的指导与管理。其主要优势在于以下几个方面。
4.1 实验不受时间空间限制
平台以服务器为网络节点核心,各终端可以随时随地登陆进行实验或者管理,而且在各个终端之上的内容一致,形式统一,无限扩大了实体实验室。在实验室没有做完的实验还能够保存,在其他终端或者其他时间还能够断点续作,大大提高了实验的连贯性和整体性。
4.2 服务器负载小
由于采用了云计算技术,大大减小了单一服务器的开销,保证了服务器的高效运转,保证了同时在线的实验效率,同时还能保证各项实验之间互不干扰,实验结果的准确性得到了保证。
4.3 大幅度节约教学成本
由于很多实验可以在其他终端进行,这样既节约了建设大量机房、实验室的场地,又节约了设备以及管理人员,大幅减少了学校在此方面的投入。对于在实验室内进行的课内实验,一个实验室可以作为多个专业多个课程的共用实验室,也可以建设有网络环境的教室,学生自带笔记本电脑等设备进行实验课程,大幅降低实验室建设成本以及实验室设备管理的难度与开销。
4.4 方便考核管理
学生在课内进行实验,教师可以设定考核标准,以往在实验室学生的考核往往无法量化考核,该平台可根据学生的实验情况进行考核,为教师提供考核数据。另外,系统还可以针对课下的实验及教师所留的作业实验进行考评,有效地为实验进行量化管理提供依据。在考核过程中可以采取分段考核的方式,可以有效调动学生积极性,也可以降低教师工作强度。
4.5 多校区联动
很多高校目前有多个校区同时运行,不同专业不同层次的学生分布在各个校区,各个校区相距较远,同样的实验室如果在每个校区都建设,费用支出较高,如果只在一个校区建设,那其他校区的学生来做实验,交通成本也是一项较大支出,同时安全问题也无法保证。网络虚拟仿真实验室的建设,使这些问题迎刃而解,同一实验各校区可同时上课,不互相挤占资源,保证了实验顺利进行,也促进了多校区教学资源的合理分配使用。
4.6 困难实验顺利开设
对于一些在高危、极端环境下的操作实验,大多是不可逆或者不可及,有些实验仪器及材料昂贵,无法反复多次进行实验。如果开设这些实验,实验室建设条件苛刻,花费昂贵且危险系数太大,还不一定能够达到实验目的;如果不开设实验,对学生的教学存在缺失,动手实践能力不足,进入工作岗位后将无法胜任工作,甚至会因操作失误等问题造成严重事故。网络虚拟实验室的建立彻底解决了这些问题,对于虚拟实验器材可随意组合,模拟各种情况实验。对于一些材料昂贵的实验,也不用担心实验材料浪费,可以反复实验。学生在课上课下都可以反复实验,教师不用担心学生的安全问题以及实验材料浪费等问题。达到了实验的目的,培养了学生的动手能力,为学生就业奠定了坚实基础。与此同时,也可以对企业人员进行岗位培训,加强安全生产教育,使学校与企业实现无缝对接。
4.7 设备维护简单
各项实验所需的设备、器材等是虚拟仿真的,无需特殊维护,仅需维护计算机相关设备硬件、软件即可,且计算机相关软硬件健壮性好、不易损耗、易维护、费用低,同时计算机具有备份功能,不会因为实验突然中断而造成实验清零,提高了实验的成功率,为断点续做提供可能性。
5 结语
随着云计算和虚拟仿真技术的不断发展,现代教育教学得到了前所未有的进步,使传统的课堂教育逐步开始了网络化探索,使教育突破了时间和空间的束缚。同时也使一些在课堂教学中无法实现的实验实践内容得以实现,提高了实践教学的质量。
建设基于云计算技术的网络虚拟仿真实验室平台,不但提高了学生的动手能力和创造力,还提高了教学质量和科学管理水平,节约了人才培养成本,带动了高校信息化进程,是科学、合理的实用性人才辅助培养解决方案。
摘要：随着高校教育信息化的不断深入,以及日益增加的实践教学的需求,原有的教学资源已不能完全满足实际教学的需要,因此,根据现阶段的教学情况,建设基于云计算技术的网络虚拟仿真实验室平台势在必行。笔者针对现行实践教学中遇到的问题,研究了基于云计算技术的网络虚拟仿真实验室平台的需求,分析云计算技术和虚拟仿真技术,提出搭建基于云计算技术的网络虚拟仿真实验室平台系统,以有效解决一些由于成本高、消耗大而无法采用真实设备完成的实践教学,可以在网络环境下,无限次进行实验,既降低了人才培养成本,又弥补了实验机会少的问题,大大提高了人才培养质量,是一种切实有效的人才培养的辅助手段。
关键词：云计算,网络,虚拟仿真实验室
参考文献
[1]刘鹏.云计算[M].北京:电子工业出版社,2010.