網路虛擬實驗室體系結構研究論文
網路虛擬實驗室是使用BSDA結構，由客戶端、Web伺服器、應用伺服器以及實驗裝置四個模組組成，具備開發週期短，成本低的特點，同時又具有很強的相容性和擴充套件性，能大大提高儀器的使用效率。 它是一個無牆的中心，通過計算機網路系統，研?a href='//' target='_blank'>咳嗽被蜓???皇蓯笨盞南拗疲?媸彼嫻賾臚?行?鰨?蠶硪瞧魃璞福?蠶硎?鶯圖撲闋試矗?⒌玫澆淌Φ腦凍討傅家約壩臚?邢嗷パ刑幀Ｒ韻率茄?襖殘”嘟裉煳?蠹揖?淖急傅模和?縲檳饈笛槭姨逑到峁寡芯肯喙?a href='//' target='_blank'>論文。內容僅供參考，歡迎閱讀!
網路虛擬實驗室體系結構研究全文如下：
摘 要 ：隨著計算機、網路技術的不斷髮展，網路虛擬實驗室得到越來越多的應用。介紹了虛擬實驗室的基本特點及其體系結構，實現虛擬實驗室的四種關鍵技術： Java、ActiveX、VRML、ASP，最後探討了虛擬實驗室開發過程當中應注意的幾個問題。
關鍵詞 ：虛擬實驗室 遠端教育 現代教育技術
迅速崛起的現代教育技術把虛擬實驗引入到了實驗教學中。虛擬實驗的應用改變了傳統的教育模式，使得教與學方式發生了革命性的變化。目前，用於實驗教學的計算機虛擬實驗軟體非常豐富，加上高校計算機及網路資源，為虛擬實驗的開設提供了必要的基礎條件。通過網路虛擬實驗室，能夠通過計算機在網路中模擬一些實驗現象，它不僅僅能夠提高實驗教學效果，更加重要的是對一些缺乏實驗條件的學生，通過網路同樣能夠身臨其境地觀察實驗現象，甚至和異地的學生合作進行實驗。
1 網路虛擬實驗室的發展及其特點
網路虛擬實驗就是在WEB中創建出一個視覺化的環境，其中每一個視覺化的物體代表一種實驗物件。通過滑鼠的點選以及拖曳操作，使用者可以進行虛擬的實驗。網路虛擬實驗實現的基礎是多媒體計算機技術與網路技術的結合。無論是學生還是教師，都可以自由地、無顧慮地隨時進入虛擬實驗室操作儀器，進行各種實驗。為實驗類課程的教學改革及遠端教育提供了條件和技術支援。許多國內外從事實驗室工作的研究者們在實踐中還提出這樣一些概念：Digital Lab、MBL***Micro-computer Based Lab***，儘管這些名詞不統一，但他們的實踐從不同的層面實現了虛擬實驗室。
1.1 印地安那州立大學的MBL化學實驗室
該實驗室在給新生開化學實驗課時用計算機來輔助做這樣一些事，用計算機採集與分析實驗資料，用計算機展示實驗，在網上釋出相關的實驗指導材料。
1.2 芝加哥伊利諾伊大學數字化有機化學實驗室
該實驗室充分利用網路資源，在網上提供了一系列的實驗教學指導：線上實驗教材;實驗教學時間表;實驗測評方法、形式、時間;虛擬實驗;相關教學資源的連結等。他們還用計算機進行實驗教學的教務管理。
1.3 卡羅萊納州立大學的LAAP***Learn Anytime Anywhere Physics***
他們利用Java技術建立了基於Web的探索式虛擬物理實驗室，主要有以下幾個模組：基於Java Applet的虛擬實驗裝置和實驗設施;相關的實驗課程模組;實驗學習結果評價模組;協作學習模組。
虛擬實驗室最大的優點是成本低，效率高。因為“軟體即為儀器”，這樣就可解決因實驗經費不足或高檔次、高價位裝置缺乏所不能開出的實物實驗，同時也不會造成因使用不當，管理不善等因素造成的儀器損壞、元器件丟失等現象。同時虛擬實驗還可以模擬實驗室中沒有的裝置，而且還可以不受時空的限制方便地進行實驗 。另外，虛擬實驗室還應具備一些基本特徵：與現實的一致性***或現實的延伸***、高度互動性、實時的資訊反饋。
2 網路虛擬實驗室體系結構
網路虛擬實驗室應是一個集虛擬實驗教學管理系統、實驗課教學指導系統，網路實驗模擬等為一體的功能強大的網上執行系統。各部分之間相互聯絡相互補充，僅具有相對獨立性。開發虛擬環境，實現實驗模擬應是虛擬實驗室建設的核心部分。圖1是虛擬實驗室體系結構圖。
3 構建網路虛擬實驗室的關鍵技術
目前國內的虛擬實驗室研究還處於萌芽階段，國外已經有很多大學進行了這方面的研究。總結他們所使用的技術，可以看出大多可以劃分下面幾類：
3.1 Java技術
Java是一個廣泛使用的網路程式語言，它是一種新的計算概念。首先，作為一種程式設計語言，它簡單、不依賴於機器的結構、具有可移植性、安全性、並且提供了併發的機制、具有很高的效能。其次，它最大限度地利用了網路，Java的小應用程式***applet***可在網路上執行而不受CPU和環境的限制。另外，Java還提供了豐富的類庫，使程式設計者可以很方便地建立自己的系統，這一點對於構建網上虛擬實驗室系統來說也是非常關鍵的。
3.2 ActiveX控制元件
ActiveX技術允許不同軟體開發的元件在網路上可以互相進行操作。Ac?鄄tiveX使用了微軟的元件物件技術使得本地的元件可以和網路上的元件進行通訊，使用ActiveX開發的另一個好處在於它的程式碼複用性，也就是說在虛擬實驗室的開發過程中，一個實驗儀器可以在多個實驗環境中重複使用，這一點對於持續開發過程尤為重要。這種技術使得一個大的工程專案可以劃分成小塊的元件，也就相當於把複雜工程簡單為一個個組成部分，完成了每個組成部分之後整合起來就可以得到最終的專案。可以開發ActiveX元件的環境有很多，其中開發效率最高和最易上手的是Visual Ba?鄄sic。
3.3 VRML技術
VRML是虛擬實境描述模型語言 ***Virtual Reality Modeling Language*** 的簡稱。它是描述虛擬環境中場景的一種標準，也是在網上實現虛擬現實的關鍵性技術。VRML的基本特徵包括分散式、互動式、平臺無關、三維、多媒體整合、逼真自然等，被成為“第二代WEB”，已經被越來越多的人們所重視。國際標準化組織1998年1月正式將其批准為國際標準。VRML是一種建模語言，其基本目標是建立Internet上的互動式三維多媒體，也就是說，它是用來描述三維物體及其行為的，可以構建虛擬境界。用VRML實現與Internet虛擬現實互動有下面幾個好處：豐富了媒體表現形式、協同工作角色的視覺化管理、改善了協同環境的使用者介面、增強了協同環境的互動性。可見，將VRML融合到網上虛擬實驗室的開發過程中，既可以增強表現力和使用者的接受力，又可以實現較好的協同工作虛擬化環境。
3.4 ASP技術
ASP***Active Server Pages，動態伺服器端網頁***，內含在Internet Information Server 3.0及其以上版本中，提供一個伺服器端的指令碼環境，用於產生和執行動態、高效率的網路伺服器應用程式。ASP不只是動態的網頁，它更是當今眾多的Web應用程式實作方式之一，它負責整個Web應用程式的控制部分。ASP提供五個內建的物件供使用者呼叫，即Re?鄄quest物件***取得使用者資訊***、Response物件***傳送資訊給使用者***、Server物件***提供訪問伺服器的方法、屬性***、Application物件***用於多個使用者在多個網頁間共享資訊***和Session物件***用於單個使用者在多個網頁間共享資訊***。
4 網路虛擬實驗室開發過程當中應注意的幾個問題
計算機軟體技術發展到今天，為虛擬實驗室開發提供了極大的方便。目前開發所需的系統軟體或工具均支援面向物件的程式設計。它們都有事件驅動的支援，訊息迴圈的程式設計方法及多媒體操作技術。在開發過程當中要注意以下幾個問題：
事件觸發時機的選擇，實際操作當中某個按鈕按下後並不立即反映，需要延時迴應，外部介面的輸入訊號或其它資訊往往是定時觸發或隨機觸發的事件，若為隨機觸發的事件則可用一定時限內的隨機數來取代固定時間。
事件聯鎖關係或動態順序關係可以存放在一張資料庫表中描述，修改方便。給定相應的條件、控制範圍，自動形成資料表，使資料和程式獨立。
模擬聲音，要使實驗達到逼真，除了模擬控制檯實物景象，還要模擬它們實驗環境中的各種聲音，如汽笛聲、按鈕按動聲、內部機械動作聲等。這樣，才能使學生在實驗室有身臨其境的感覺，全身心地投入學習。
模擬檯面各種動作的結果，檯面上每個控制元件的動作都會觸發一定的事件。這些事件在實物裝置中是靠機械、電子電路等去完成，而現在將這些機械及電子邏輯關係使用計算機軟體實現。
故障發生器，在實際工作中除了裝置正常情況下的操作，還有各種意外情況，如某些裝置故障的情況。此時，要求在虛擬系統中也能模擬手柄失靈、儀表訊號不顯示及自然災害發生的情況等，即給實驗增加一些難度，強化學生實際操作能力。
5 結束語
虛擬實驗技術在實驗教學中具有廣闊的應用、發展前景，隨著虛擬實驗的普及，其優越性會被越來越多的人認識。但要使虛擬實驗技術真正得到推廣應用，關鍵還是觀念的改變，首先是教師觀念的改變，除了具有創新精神和能力外，還應有一個科學的投資理念，在實驗室建設和發展中，充分考慮投資效益，建設現代化的實驗室。其次要培養一支高素質的實驗隊伍，不斷地進行知識更新，加強學習，重視資訊的收集、加工、應用，瞭解掌握最新技術，促進實驗教學發展。虛擬實驗的應用和發展，加快了實驗室發展和實驗教學改革，促進了教育觀念的改變。是培養創新人才的新的實驗手段。
虛擬實驗在21世紀實驗教學中必將佔有重要地位，無疑會起到很大的作用。
參考文獻：
1 崔光佐.基於多媒體和Internet的輔助教學模式[J].中國CAI快訊，1999
2 王河，顧君忠.Internet上協同環境的虛擬現實互動技術[J].計算機應用