高校虚拟电子实验室建设浅谈

白青山

（通辽职业学院，内蒙古 通辽 028000）

一、传统实验室的弊端

1.实验室建设费用高

传统的实验室主要依赖费用高昂的实验设备，存在前期投入大、后期维护费用高，开展过程受时间、地点、人力、物力和财力等问题所限制，致使实验教学无法有效开展，实验教学质量难以达到预期的效果。

2.教师指导难以到位

有限的教师很难在有限的时间内细致地指导大批的学生，设计性和探究性实验更是难以开展。

3.教学目标难以实现

培养动手能力、设计能力和创新能力是实验教学的重要目标，但是目前学生主要根据实验指导书来进行验证性实验，有些实验操作训练不足，创新能力难以提升。

在传统实验室中也主要以实验箱为主。学生在实验中对于元件参数的修改和数据的测定受到很大的限制，缺少灵活性和创造性。相对于传统实验室的各种弊病，虚拟电子实验室则体现出其低廉、灵活、易于维护等优点，完全可以取代传统的基础实验室。

二、虚拟实验室的概念及组成

虚拟实验室（Virtual laboratory）的概念，于1989年由美国的William Wolf教授最早提出，用来描述一个计算机网络化的虚拟实验室环境。

虚拟实验室应由课程实验仿真平台和虚拟实验教学管理系统两部分组成，包括系统管理员、教务管理员、教师、学生四种用户角色。其完成的功能与权限如下图所示：

虚拟实验室系统结构及功能图

仿真平台采用多媒体技术在计算机上建立虚拟实验环境，提供可操作的虚拟实验仪器，使学生在互联网上通过接近真实的人机交互界面完成实验，在计算机上营造一个可辅助、部分替代传统实验各种操作环节的相关软硬件操作环境。学生在互联网上可灵活地实现选实验、观看演示实验、做实验、创新、提交实验报告、查看成绩等过程，不受时间、地点等因素的影响，大大地节约了时间、空间和资源。

教学管理主要由教师、教务人员和系统管理员来完成。包括用户管理、开课管理、教学管理、实验管理、系统维护等内容，为实验教学环境提供服务并开展应用。

教师在教学管理系统中主要负责教学管理、实验批改、实验指导和成绩的评定等工作。可以根据实验教学大纲和要求，维护系统预加的课程典型实验，进行查看、修改、删除。同时可以根据本校的个性化教学要求重新设计添加自己的实验，同时可以制定每个典型实验的标准答案、批改规则、指导规则，以便系统能够自动评判学生提交的实验结果以及智能指导学生如何做实验。可以通过智能演示系统提高学生实验的成功率，也可以通过系统可视和语音系统对正在做实验的学生进行在线监控和在线指导。这就大大地减少了教师的工作量，对实验的处理也更加灵活和方便。

系统管理员主要对系统用户账号和实验学生班级分组进行管理，对参加实验教学的角色和相应权限进行维护，同时还可以对系统角色进行添加和权限设定。查看用户的登录记录和操作日志。

教务管理人员主要是根据学校的教学计划和教学大纲进行课程计划、开课计划、开课审核的查看、增加、删除、修改、发布以及相应信息的维护，同时可查询每学期的开课情况。

学生通过登录认证进入虚拟实验室，可以通过自己的用户账号进入自己班级并可以查看本学期所开设的实验并开始实验。在实验过程中，遇到问题和困难，可选择智能演示系统或通过在线可视系统和语音系统请求实验教师进行在线指导。实验完成后可以在线提交实验数据并可查看成绩及评语。

这样就实现了教、学、管理、维护为一体的开放式的教学体系。虚拟实验室具有以下几个特点：提供一整套完善的虚拟实验系统，可以和其他教学教务系统无缝集成。大大地节约了资源，减轻了教师的工作量。采用多媒体手段，提供了丰富的实验教学资源。通过智能演示系统对学生进行一对一的实时指导，提高了教学质量。由专家设计的典型实验，将知识和实验动手能力相结合能培养学生的动手操作能力、设计和创新能力。不受时间和空间的限制，只要有网络的地方就是我们的实验室。成本低，一次投入可以进行多种学科的实验，并且便于维护和管理。

三、虚拟实验室的建设构想

虚拟实验室教学系统可以构建在校园网上，是学校网络教学资源的一部分，属于教学系统的一个子系统。若校园网挂在了INTERNET上面，则虚拟实验室就摆脱了时间和空间的限制，学生就可以随时随地访问虚拟实验室，实现开放式的教学目的。当然，管理者和学生必须评用户账号和密码才能得到相应的权限，非法用户是无法进入虚拟实验室并进行操作的。

虚拟实验室的核心可以分为两个模块：教务管理平台和教学平台。

虚拟实验室系统构建图

在整个系统构建时可采用B/S结构。B/S结构（Browser/Server，浏览器/服务器模式），是WEB兴起后的一种网络结构模式，WEB浏览器是客户端最主要的应用软件。这种模式统一了客户端，将系统功能实现的核心部分集中到服务器上，简化了系统的开发、维护和使用。客户机上只要安装一个浏览器（Browser），如Netscape Navigator或Internet Explorer，服务器安装Oracle、Sybase、Informix或SQL Server等数据库。浏览器通过Web Server同数据库进行数据交互。

B/S最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件，只要有一台能上网的电脑就能使用，客户端零维护。系统的扩展非常容易。B/S结构的使用越来越多，特别是由需求推动了AJAX技术的发展，它的程序也能在客户端电脑上进行部分处理，从而大大地减轻了服务器的负担 ；并增加了交互性，能进行局部实时刷新。

虚拟实验室可以促进学生学用结合，实验的安排更加方便灵活，不受时间和空间限制。实现真正意义上的开放实验室。虚拟实验室可减少实验设备的维护强度，缓解当前实验设备不足，实现理论教学和实践教学的有机结合。

通过建立虚拟实验室，可以解决电子、通信等学科中的实验教学问题，完善现在实验教学体系。当然，虚拟实验室也有其局限性，只适用于基础实验室，不能替代高端的实验室。

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