远程教育中网络虚拟实验系统的设计
校园教育-018智慧教室中学虚拟仿真实验室建设方案(图文)
1.项目背景** 信息技术大发展信息技术是当今世界创新速度最快、通用性最广、渗透力最强的高技术之一，信息化是对人类生产生活方式影响最为深刻、对世界文明影响最为深远的大趋势之一。
新世纪以来，还没有一项技术像信息技术这样，对全人类产生如此广泛而快速的影响。
工业革命已经200多年，但世界上还有相当多地区没有实现工业化，而互联网问世只有20年，就已经迅速覆盖全球。
当前，信息技术继续朝着数字化、集成化、智能化、网络化方向发展，信息技术革命与产业变革同时并发，历史性地聚集到一起，深刻改变着人们工作生活方式和国际政治经济军事格局。
信息化带动了制造业革命，智能制造、绿色制造正在改变制造业的模式，引领着全球产业发展的新方向。
信息化催生了新的商业模式，使技术、网络、应用、服务深度融合，衍生更多类型的生产生活服务业态，形成更加旺盛的消费和投资需求。
信息化缩短了知识创新和技术转化的周期，有效促进学科交叉融合，实现全球研发、全球生产、全球配置，使知识的生产、应用、传播呈现出空前的速度和规模。
信息化改变了人类认知和社会交往方式，即时通讯、网上购物、远程医疗、视频点播丰富了人们的生活。
信息化加快了全球化进程，使全球化更加广泛、迅速、深入，人类同住地球村变成现实。
信息化正在为人类开辟新的发展空间——“虚拟空间”，现实空间与虚拟空间的互联互通，极大拓展了人类的生存视野，数字化生存、虚拟世界成为人们生活不可或缺的部分。
当前，无论是发达国家还是发展中国家，都在着手布局信息化，力图抢占未来发展的战略制高点。
信息化能力已经成为衡量一个国家或地区综合实力的重要标志。
谁在信息化潮流中落伍，谁就会被时代所淘汰。
教育信息化正是在全球信息化的大背景下产生的，信息技术的全面渗透深刻影响着教育理念、模式和走向，教育发展必须适应信息化时代的特征。
在教育大国向教育强国迈进的进程中，加快教育信息化既是事关教育全局的战略选择，也是破解教育热点难点问题的紧迫任务。
虚拟实验的设计与实现
虚拟实验的设计与实现虚拟实验是网络课程的重要组成部分，也是开发与设计的难点。
本文在分析虚拟实验的特点、使用现状及虚拟实验系统构成的基础上，提出了利用仿真软件设计开发综合性、设计性虚拟实验的方案。
采用该方案，具有灵活性、鲁棒性、动态匹配性好、共享方便等特点，便于实验的灵活变更与快速实施。
以数字电路课程为例，给出了设计中的关键技术和相关实现结果。
标签：虚拟实验；网络课程；数字电路；远程教学实验教学作为高等学校教学体系的重要组成部分，对培养学生的创新意识、动手能力、分析问题和解决问题能力有着不可替代的作用。
为满足培养具有高素质、创新能力的人才要求，实验教学在不断地进行着改革，实验教学内容向综合型、设计型转变，由此各种教学媒体被引进到实验教学中来，特别是虚拟实验，对传统实验教学产生了越来越大的影响。
在网络课程的实验中，学生可根据自己的实际情况确定实验内容、安排实验进度，学生自主学习的空间不断扩大，主体地位明显提高，从而满足了社会群体协同学习和个体独立性学习的需要。
但这种新型的实验教学模式的充分实现，必须依托质优量足的虚拟实验作为条件支撑，而目前虚拟实验的开发设计还存在着一些问题。
如何才能设计开发出内容科学、实时和交互功能强、参数变更灵活的虚拟实验，是当前虚拟实验教学中亟待解决的一个问题。
一虚拟实验的特点及设计现状虚拟实验的教学，既有与网络课程的教学特点共通之处，如时空的疏离性、资源的共享性、活动实施的机动性、学习行为的自主性等，又有其自身的特点。
虚拟实验过去一直被称作思想实验(thought experiment)，那是因为过去受客观条件所限，这样的实验只能在人的头脑中进行。
现在一般认为，虚拟实验是以科学实验为基础，以逻辑推理为根据，以计算机及网络技术为支撑，所实现的揭示客观过程或现象的本质联系和规律的一种科学认识方法[6]。
以数字电路实验为例，说明虚拟实验与传统实验的区别。
传统的数字电路实验室使用的实体实验仪器一般由3个功能模块组成:信号的采集与控制模块、信号的分析与处理模块、结果的表达与输出模块。
虚拟实验室建设方案
虚拟实验室建设方案一、引言二、建设背景随着科技的进步和教育的发展，越来越多的实验室需要进行优化和改进，虚拟实验室作为一种先进的实验手段，具有一定的应用前景。
虚拟实验室可以通过模拟真实场景、操作真实设备，使学生在无须现场实验的情况下，全面掌握实验原理和操作技术。
三、建设目标1.提供一种高效、安全的实验环境：虚拟实验室具有操作简便、高效安全的特点，可以减少实验中的人为因素对结果造成的影响。
此外，虚拟实验室还可以提供更多的训练机会，使学生能够进行多次操作和实验，提高实验技能。
2.扩大实验资源的共享范围：虚拟实验室可以通过网络进行远程访问，不受时间和空间的限制，使更多的学生能够获得实验资源，实现实验教学的公平性。
3.提高实验教学效果：通过虚拟实验室，学生可以更好的理解实验原理和操作步骤，加深对实验内容的理解和应用能力。
四、实施步骤1.确定虚拟实验室的建设范围和内容：根据实际需要，确定虚拟实验室所包含的实验项目和内容。
3.虚拟实验室设备的采购和配置：根据实验室需求，选择合适的设备，并进行相应的配置和安装。
4.系统软件的开发和测试：根据实验项目和内容，开发相应的虚拟实验软件，并进行测试和调试。
5.虚拟实验室的网络建设：搭建稳定可靠的网络环境，保证虚拟实验室的正常运行。
6.虚拟实验室的运营和管理：制定相应的规章制度、操作流程和管理模式，确保虚拟实验室的运营和管理的顺利进行。
五、预期效果1.提高实验教学效果：通过虚拟实验室的建设，学生可以更加深入的了解实验原理和操作步骤，提高实验技能，增强实验应用能力。
2.促进学生的创新能力：虚拟实验室可以为学生提供更多的实验机会和资源，激发学生的创新意识和能力。
3.实验资源的共享：虚拟实验室通过网络技术，实现实验资源的共享，使更多的学生能够获得实验教学的机会，提高实验教学的公平性。
4.提高实验操作安全性：虚拟实验室可以减少实验操作中的安全隐患，保障学生的人身安全。
六、总结虚拟实验室的建设方案可以为学生提供更好的实验学习环境，提高实验教学的效果和质量。
高校智慧实验室虚拟仿真智能管理平台建设方案
•建设背景与目标•平台架构与功能设计•关键技术实现•平台应用与管理•建设方案实施与规划目•效益评估与可持续发展•风险评估与对策建议录建设背景2. 实验资源浪费严重1. 实验室管理效率低下4. 信息化技术发展3. 实验室安全问题实验室管理缺乏有效的监控手段，存在一定的安全隐患。
1. 提高实验室管理效率建设目标2. 优化实验资源配置3. 加强实验室安全保障4. 推动实验室信息化建设平台架构服务器端负责管理虚拟仿真实验资源，包括软件资源、数据存储、计算处理等，为客户端提供支持和保障。
网络通信通过校园网或互联网，实现客户端与服务器端的数据传输和通信，保障实验过程的顺畅进行。
客户端硬件标、键盘）等，用于提供虚拟仿真实验的操作界面和交互体验。
功能设计实验操作与控制实验模拟实验资源管理实验评估与反馈实验过程监控虚拟仿真技术基于3D建模和仿真算法的虚拟实验室通过3D建模技术，建立实验设备和实验场景的数字模型，再结合仿真算法，模拟实验过程和实验现象，让学生获得直观、真实的实验体验。
虚拟实验与真实实验的交互通过虚拟仿真技术，实现虚拟实验与真实实验的交互，让学生在虚拟环境中进行实验操作，同时不影响真实实验的进行。
物联网技术设备连接与数据采集远程监控与管理利用大数据技术，对实验室产生的海量数据进行存储和处理，包括设备数据、实验数据、人员数据等。
数据挖掘与决策支持通过大数据分析技术，挖掘数据背后的规律和趋势，为实验室管理提供数据支持和决策依据。
数据存储与处理大数据分析技术VS自动化管理利用人工智能技术，实现实验室的自动化管理，包括设备自动控制、实验自动安排、安全自动监控等。
要点一要点二智能化决策通过人工智能技术，对实验室数据进行深度学习，预测实验结果、优化实验方案等，提高实验效率和准确性。
AI智能管理技术实验室设备管理设备维护与保养设备申购与报废管理设备实时监控与报警学生管理学生信息录入收集并录入学生基本信息，如学号、姓名、性别、联系方式等，方便教师进行学生管理。
网络远程教育中的网络虚拟实验室实现探讨
控制、 测试测量及过程监控和控制等领域。LabVIEW集开 发、 调试和运行于一体 ， 是当前应用最为广泛的一种虚拟 仪器开发环境 ， 可以在Windows 9X, Windows2000 IWindows XP, NT,Unix以及Macintosh 等多种操作系统下正常运行 。 LabVIEW借助于虚拟面板用户界面和方框图以其直观简
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(2)
传输通道。 接人Inter et的虚拟实验室的 n
传
输可采用基于虚拟现实传输协议VRTP的高速通信网络 ， 以 便于实现大量三维模型 构成的虚拟环境多点传送流。
(3)Web服务器。响应Web浏览器的请求， 并根 请求的
的通道。常用的实现客户端功能的技术有两种 : 一种是
ActiveX技术。 ActiveX使用了微软的组件对象技术， 使得本
面向仪器的编译程序开发平台， 主要用于数据采集 、 分析 、
实验GUI界面向Web服务器发出实验和数据请求;Web服务 器分析实时获得的实验请求， 合理地分配服务资源， 并将实
验请求转发给虚拟实验室服务器处理 ;最后 ， 处理完成的实 验反馈数据通过客户端浏览器解释后呈现出来。 所以， 我们 可以将Web虚拟实验室的结构分为硬件环境和软件环境两
Web虚拟实验室系统。
1.2虚拟 实验 室的软件环境
Байду номын сангаас
资源、 仪器设备单独完成实验研究， 还可以借助系统的实时 交互功能与其他合作伙伴协作完成实验项 目。基于网络的
Web虚拟实验突破了传统实验的约束，它不但延展了实验 的地域空间和时间范围，保证了贵重精密实验仪器的实用 性;还极大方便了数据共享和信息交流， 相当程度上实现了
虚拟仿真实验室建设方案
虚拟仿真实验室建设方案摘要本文提出了一种基于虚拟仿真技术的实验室建设方案。
通过利用虚拟仿真技术，可以提供更加灵活和便捷的实验环境，降低实验设备成本，提高实验教学效果。
本方案包括虚拟仿真平台的搭建、实验设计和开发、虚拟实验操作和教学应用等方面。
通过这些步骤，可以帮助实验室迅速建设起具有高质量实验环境的虚拟仿真实验室，以满足教学和研究的需求。
1. 引言在传统实验室的建设中，通常需要大量的仪器设备和物理空间，并且存在实验资源有限、时间限制、安全风险等问题。
而虚拟仿真技术可以通过计算机模拟和模型仿真，实现对实验的虚拟操作和观察，从而实现实验的在线化和可视化。
虚拟仿真实验室建设方案的目的就是利用虚拟仿真技术，提供更加灵活和便捷的实验环境，以满足教学和研究的需求。
2. 虚拟仿真平台的搭建2.1 硬件设备搭建虚拟仿真平台的第一步是选择和购买适用于虚拟仿真实验的硬件设备。
这些设备通常包括高性能计算机、图形处理单元（GPU）、虚拟现实设备等。
高性能计算机可以提供较强的计算能力，保证虚拟实验的流畅运行；GPU可以加速图像渲染和模拟计算，提高虚拟实验的真实感；虚拟现实设备可以提供沉浸式的视听体验，增强虚拟实验的交互性。
2.2 软件平台虚拟仿真平台的搭建还需要选择适用的软件平台。
常用的虚拟仿真软件包括Unity、Unreal Engine、Simulink等。
这些软件平台具有强大的图形渲染能力和模拟计算能力，可以方便地进行建模、场景搭建和仿真操作。
此外，还需要选择适用的操作系统和开发工具，如Windows、Linux、Visual Studio等。
2.3 网络环境搭建虚拟仿真平台还需要优化网络环境，保证实验数据的实时传输和交互操作的流畅进行。
为此，可以采用高带宽网络连接、网络优化技术和数据传输协议等手段。
另外，为了方便学生和教师进行实验操作和教学应用，还可以搭建在线虚拟实验平台，提供远程访问和在线交互的功能。
3. 实验设计和开发实验设计是虚拟仿真实验的关键步骤之一。
基于自我效能感的网络虚拟实验设计策略研究
基于自我效能感的网络虚拟实验设计策略研究摘要：网络虚拟实验是远程学习重要的组成部分，作为影响网络虚拟实验中学习者学习效果的重要因素之一，学习者的自我效能感的作用不容忽视。
对网络虚拟实验中的自我效能感及其重要性进行了阐述，在此基础上从主客两个方面分析了网络虚拟实验中影响学习者自我效能感的影响因素，从理论角度提出了在网络虚拟实验中提升学习者自我效能感的设计策略。
关键词：网络虚拟实验；自我效能感；设计策略0 引言网络虚拟实验是远程教育重要的组成部分。
但目前的研究主要集中在网络虚拟实验平台的构建、系统的设计与开发等方面，从学习者视角出发对网络虚拟实验是否有效激发了其自我效能感的研究较少。
网络虚拟实验的开发与设计是为学习者服务，学习者是网络虚拟实验的主体，所以关注学习者自我效能感的提高可以使网络虚拟实验更好地促进学习者的学习效果。
1 网络虚拟实验中的自我效能感自我效能感（Self-efficacy）概念最早由美国心理学家班杜拉（Bandura,A.）于20世纪70年代末提出。
他指出，自我效能感是“人们对自身完成某项任务或工作行为能力的信心或信念，是人对自己是否能够成功地进行某一成就行为的主观判断。
”因此，自我效能感的高低将直接影响到在活动中人们怎样思维、怎样感觉和怎样行动。
网络虚拟实验是在Web的环境下，用户通过鼠标点击、拖曳等操作，可以通过交流等合作完成的实验，它的出现为解决远程教育中的实验实践问题起到了关键的作用。
网络虚拟实验中学习者的自我效能感就是在掌握一定的信息技术知识、恰当地理解实验原理、了解实验原则的基础上，学习者能否利用网络中提供的虚拟实验资源自行选择实验难度，确立目标，完成实验过程的能力的一种主观判断。
网络虚拟实验作为远程学习重要的组成部分，学习贯穿于整个过程，学习者在网络虚拟实验过程中是否具有较高的学习自我效能感，对实验学习的效果影响甚为直接。
2 网络虚拟实验中提升学习者自我效能感的重要性学习者在网络虚拟实验中能否主动地、有效地获得知识、技能以及解决问题的策略，与其自我效能感密切相关。
网络三维虚拟实验系统的设计与实现
队 的心智模 式。建构主义理论支 持下的基于虚拟现 实的学习 环境就是一个 动态的虚拟仿真 学习环境，可 以延伸 学习者观
图 １经典ＶＦｏＴ －ｒｇ Ｍ青蛙 解剖
察事物的视角，引导他 们探 索科 学世 界的思考和行 为的方式 ，
发展学生不完整 的前概念和经历完 整的科学探究过程 ，并且 能为学 习者提供 在现实世界 中无法 实现的体验 ，如 原子 微观 世 ” 、无法随意重复的实训 （ －ｒｇＥ）等 。 Ｖ Ｆｏ １ ２ 根据相关文献研 究， 目前为止虚拟 现实教育应用主 要涉 及的是科学 、技 术和 数学教育 ，用 于概 念改变 、抽象 思维的 发展和 促进认知 发展 ［［ 考虑到经济 因素 ， 网络特征 的桌 ３ 。 ］ 有 面式虚拟现 实系统，是 目前虚拟现 实科 学教育 实验系统最 为
程 的分析，结合虚拟现 实技术 ３ 特性 ，网络三维虚拟实验系 Ｉ
统的基本构成框架如 图 ２所示 ：
虚橇 数库 拟型据
实验数据处理累统
Ｗｌ ｅ ｂ
虚拟 实验装 置组装，生成 合适 的实验场 景。 （ ） 数据 向导 ：处理 实验 过程 中涉及 的各种 数据 ；记 ４ 录学习者 的操 作过程 ，并根据 实验操作指南 ， 自动 为学习者
革 ，不 断涌现 出的新兴技 术得以推广应用 ，取 得了切实 的教
学 与学 习效果 。虚拟现实 技术支持下 的虚拟实验 系统就是近
年来其 中一个重要的新兴技术应用 实践。相关研究证 实虚拟 现实技术利 于提高学生 的学习兴趣，强化理解 能力 和开拓创 造性学习【。 Ｉ 虚拟现实源 自于信息科学技术，在信息化实践中 】 自然有其特 有的优势 ，第一是 其独 特的视角 ，显示 的是实时 的三维影像 ，包含 了更多 的连 续的、直观 的信 息，能够 以不 同的视 图操 作和 观察 ，产 生逼 真的临场感 ；第二是支 持交互 式任务 ， 自然 直观的操作强化 了用 户的参与体验 ；第三 是虚 拟化 的场景和对 象蕴含 了更加 丰富的抽象信息 ，实现 理论学 习到实践操作的转化 。计算机 ３ Ｄ图形 学、人工智能 、人机接
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１ 网络 虚拟实验系统 的设计 原则
设 计 网络 虚 拟 实 验 系 统 的 目的 是 利 用 网 络 技 术 和 虚拟 仪器 技术 来 进 行 虚 拟 实 验 ， 以满 足 开 放 教 育 条件 下 学校 有效 地 开 展 实 验 教 学 的 需 求 ． 拟 实 虚 验 系 统设 计要 把握 以下 几个 原则 Ｊ ．
１ １ 开放 性原 则 ．
基于 Ｗｅ ｂ的网络虚拟 实验 系统 的研究 与开发 已成 为远程教学研究的重要方面． 针对 目前虚拟实验系 统 交互 性 能 差 ， 验 对 象 不 直 观 的 问题 ， 文 拟 设 实 本 计 一个 网络 虚拟 实验 系 统 ， Ｗｅ 在 ｂ中构建 出一个 可
第２ ６卷
第 ６期
郑 州 轻 工 业 学 院 学 报 （自 然 科 学 版 ）
Ｊ Ｕ Ｎ ＬＯ Ｅ Ｇ Ｈ ＵＵ ＩＥ ＳＴ ＦＬＧ ＴＩＤ ＳＲ Ｎ ｔ ａＳｉ ｃ） Ｏ Ｒ Ａ Ｆ Ｈ Ｎ Ｚ Ｏ ＮＶ Ｒ ＩＹＯ Ｈ Ｕ Ｔ Ｙ［ ａ ｒ ｃ ｎｅ Ｚ Ｉ Ｎ ｕｌ ｅ
Ｖ０． ６ Ｎｏ ６ １２ ．
Ｄｅ ． ２ ｃ Ｏ１１
２１ 年 １ ０１ ２月
文章编号 ：０ ４—１７ （０ １ ０ ０ ５ ０ １０ ４ ８ ２ １ ）６— ０ ２— ３
远程教 育中 网络 虚拟实验 系统 的设 计
杨 彩 霖
（ 西安广 播 电视 大 学 理 工部 ，陕西 西 安 ７ ００ ） １０２ 摘 要 ： 对 目前远 程教 育 中实验教 学的现 状 ， 用 浏 览器／ 务 器 （ ／ ） 式设 计 了 网络 虚 拟 实验 系 针 采 服 ＢＳ模 统 ． 系统 可使 广 大师 生随 时进行 虚拟 实验 ， 此 不但 为 实验 类课 程 的教 学改 革 及远 程 教 育 提 供 了条件 和技 术 支持 ， 可 以随 时为 学生提供 更 多、 还 更新 、 更好 的仪 器． 关键 词 ： 虚拟 实验 ； 拟现 实技 术 ； 虚 实验 教 学 ； 拟仪 器 ； 览器／ 务 器 虚 浏 服
中 图分类 号 ：Ｂ ３ Ｔ ３１ 文献 标 志码 ： Ａ
Ｔｈ ｙ ｔ ｍ ｅ ｉ ｎ ｏ ｅ ｗｏ ｋ ｖ ｒｕ ｌｅ ｐ ｒｍ ｅ ｔｉ ｉｔ ｎ ｅ ｅ ｕ ａ ｉ ｎ ｅ ｓ ｓｅ ｄ ｓｇ ｆｎ ｔ ｒ ｉｔ ａ ｘ ｅ ｉ ｎ ｎ ｄ ｓａ ｃ ｄ ｃ ｔ ｏ
Ｓ ｒｅ ｅ ｒ ｖ
０ 引 言
实 验教 学 不 仅 可 以巩 固相 关 课 程 理 论 部 分 的
视化 的三维 环境 ， 中每 个 可 视 化 的三 维 物 体 代 表 其
一
种 实 验对 象 ， 使用 户 可以通 过 鼠标 的 点 击 以及拖
拽操 作 进行 虚 拟 的实验 ．
教 学 内容 ， 可 以进 一 步 培 养 学 生 的专 业 技 能 ， 还 使 学 生走 上 工 作 岗位 后 能 学 以致 用 ． 远 程 教 育 中 ， 在 教学 机 构与 学生 在 空 间 上 分 离 ， 之 目前 众 多学 校 加 存 在着 经 费投 入 不 够 、 备 老 化 等 现 状 ， 生 无 法 设 学 到 学校 指定 的 实验 室 做 具 体 的 实验 ， 已经 成 为影 这 响 远程 教 育教 学质 量 的一个 重要 因素 Ｊ ． 近年来 ， 着 虚 拟 仪 器 和 网 络 技 术 的 飞 速 发 随 展 ， 过 网络 来 构 建 虚 拟 实 验 系 统 已 经 成 为 可 能 ， 通
ＹＡＮＧ ｉ１ Ｃａ．ｉ ｎ
（ ｅｔｏ ｃ ＆ Ｔｃ． ｉ ｎＲ ｄｏａ ｔ ｅ ｖ ｉ ｎｖ，ｉ ｎ７ ０ ０ Ｃ ｉａ Ｄ ｐ． ｆＳｉ ． ｅｈ， ａ ｉ ｍ ｌ ｉｏ Ｕ ｉ Ｘ １０ ２，ｈｎ ） Ｘｏ Ｔ ｅｓ ｎ ． ｎ
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收 稿 日期 ：０ ｌ ０ ２ ２ １ 一 ３— ６