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摘要 为了解决实验教学过程中遇到的实验资源紧张和远程实验教学难以开展的问题，设计开发基于B/S结构的网络虚拟实验室，该系统具有成本低、管理方便、稳定性好、扩展性强、易于升级等优点。
关键词 B/S结构；虚拟实验；网络虚拟实验室
中图分类号：TP399 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2011)09-0106-02
Based on B/S Structure Design of Network Virtual Laboratory//Li Zhenshan
Abstract In order to solve our school experiment experimental teaching resource constraints encountered and difficult to carry out experimental teaching distance problem, we designed and developed based on B/S structure of the network virtual laboratory. The system has a low cost, easy management, stability, scalability, easy to upgrade and so on.
Key words B/S structure; virtual experiment; network virtual laboratory
Author’s address Information Technology Department, Guangxi Administrative Cadre Institute of Politics and Law, Nanning, China 530023
广西政法管理干部学院属于成人高校，主要面向成人教育，但近几年来学生的主体又是高职生。因此，在学生中既有成人大学生又有高职大学生。随着职业教育的发展，学生规模急剧膨胀，学校实验室建设规模严重滞后。如果仍然采用传统的实验教学方法，就目前学校的实际状况，短期内很难添加大量仪器设备，扩大实验室的规模来满足传统实验教学的需要，因此必须改变以往的实验教学方法。
与此同时，现代的成人教育更多的是采用远程教学的方式，而远程教学的难点在于实验教学。在以往的教学实践中，实验教学往往被忽略掉，这肯定会降低人才的培养质量。因为理论教学和实践教学是相辅相成的，尤其对强调应用性的高职院校相关课程实践教学特别重要。实践教学可以促进理论知识的学习，学生只有进行充分的应用实践，才能真正体会和掌握相关知识，从而加深对课程的认识和理解，最终能有所收获。因此，如何在远程教育中开展实验教学一直是笔者思考的问题。
正是基于上述原因，近几年来学校一直致力于建立网络虚拟实验室，以软件编程代替实际实验，并提供实验项目的远程访问服务，这样既能够有效解决由于实验资源紧张带来的一系列问题，又能够满足远程教育开展实验教学的要求。
1 网络虚拟实验室的优点
网络虚拟实验室（Virtual Laboratory），亦称为协作实验室（Collaborative Laboratory），即利用计算机网络技术，通过在Web中创建出一个可视化的二维、三维环境，把一系列软件和硬件有机结合起来，从而实现对真实实验操作和实验结果的计算机模拟，为处于不同位置的学习者提供身临其境般的仪器设备、实验项目互动操作练习[1]。网络虚拟实验在教学实践中有其自身的优点。
1.1 共享性和高效性
网络虚拟实验室打破传统实验室在时间、空间上的限制。传统的实验室由于受实验室空间、实验设备数量、学校作息时间等的限制，实验只能安排在上课时间且分组进行，因而学生用于实验的时间受到很大的限制。但网络虚拟实验室是一个无限制的空间，通过虚拟技术实现“软件即仪器”“软件即元器件”，通过网络，大家可以共享这些虚拟设备，共享彼此的数据和计算资源，只要网络通畅，教师或学生将不受时间和空间的限制，在不同区域、不同时间、不同终端上与同行开展实验合作。这样就无形中扩大了实验室的空间，增加了学生实验的机会和时间。
1.2 开放性
网络虚拟实验室的开放性主要体现在两方面：1）资源开放，网络虚拟实验室储存大量的虚拟实验设备和仪器，学生可以任意地选择使用；2）结构开放，网络虚拟实验是一个开放的系统，具有很好的扩展性，学生可以在此基础上构建自己的实验环境，添加各种实验模块，从而使实验室具有良好的扩展性和灵活性。
1.3 交互性和自主性
网络虚拟实验是仿真技术、多媒体技术、虚拟现实技术等计算机技术的有机组合应用[2]，特别是多媒体计算机具有图文并茂、丰富多彩的人机交互方式。另外，学生可以根据自己的需要和兴趣自行设计实验方案、步骤和方法，对实验拥有更多的自主性。
1.4 可控性和安全性
它彻底改变以往远程教育对于实验内容只能被动看的模式，学生可以与远程服务器进行交互，对其中的设备和仪器进行操作。同时，对于一些危险的或有破坏性的实验，学生尽可大胆操作，这是多媒体演示和具体实物操作所不可比的。
1.5 经济性
传统实验需要仪器设备，它们价格昂贵且存在损耗，开展实验花费比较大。而虚拟实验中的设备不存在磨损、老化、变质和损坏现象，且可以重复使用。这样既降低实验开销，又能顺利开展教学。
2 设计方案
2.1 体系结构
远程教育系统的客户端用户主要是学生，而学生数量众多且又分属各地。B/S（Browser/Server）模式的客户端采用国际标准化的浏览器，免维护、免安装、免开发，不但节省内存和存储空间，也节省开发时间，从而降低成本。而且系统在需要升级时，只要在服务器上进行更新就行，极大地简化客户端程序的安装、维护等系统升级工作量。因此，其体系结构特别适合采用B/S模式。其硬件结构可分为远程客户端、通讯网络和本地服务器3个层次[3]，如图1所示。
2.2 功能结构
网络虚拟实验室主要由虚拟实验平台和一系列可操作的虚拟实验组成[4]。虚拟实验平台是一个集实验操作、实验管理、实验指导、实验评价等为一体的网上运行系统。教学管理部门可将所有课程的实验放在这个平台上，进行集中管理。本网络虚拟实验室教学平台可分为4个部分：系统管理子系统、用户信息子系统、实验教学子系统和实验室管理子系统。各部分的主要功能如图2所示。
2.3 各主要功能模块的分析
1）系统管理子系统。系统管理员通过本系统可以控制、管理、维护整个平台，以保证整个平台的安全和高效运行。只有系统管理员可以进入本系统，其功能包括系统配置、日志管理、实验管理和用户管理4个模块。
2）用户信息子系统。本系统用于管理、维护每个用户的个人信息，包括查看公告信息、管理个人基本信息、个人学习日程安排、收发个人邮件和浏览个人学习记录等功能。
3）实验教学子系统。实验教学子系统是整个平台的核心部分，用于构建、操作、管理、学习网上的各种虚拟实验，包括实验预约、实验报告管理、实验考核管理、实验评价、虚拟实验集成、实验工具管理、协作实验管理、教学机构管理、实验指导和网上答疑等功能模块。
4）实验室管理子系统。实验室管理员可以通过本系统管理和维护虚拟实验室，发布教学计划、规章制度、实验成绩等信息，为实验室管理员提供信息管理、机构管理、教师管理、交流园地、教学管理、角色管理[4]等功能模块。
3 结束语
本文介绍一个基于B/S结构的网络虚拟实验室系统。它的建成不仅缓解了广西政法管理干部学院实验资源匮乏的压力，改善了学校的实验条件，也促进学校的实验教学改革，完善现有的实验教学体系，提高实验教学水平和教学质量，同时促进学生学习的自主性和积极性。
参考文献
[1]刘俊,潘礼庆.基于Web的网络虚拟实验室的构建[J].喀什师范学院学报,2008(5):51-53
[2]战巧玲.基于网络的远程虚拟实验室构建[J].科技信息,2008(4):86-87
[3]黄安贻,张婧婧.网络虚拟实验室的实现方案[J].武汉船舶职业技术学院学报,2008(2):78-80
[4]何昭青,刘琳.基于建构主义的网络虚拟实验室教学平台的设计与实现[J].计算技术与自动化,2008(9):107-110
关键词 B/S结构；虚拟实验；网络虚拟实验室
中图分类号：TP399 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2011)09-0106-02
Based on B/S Structure Design of Network Virtual Laboratory//Li Zhenshan
Abstract In order to solve our school experiment experimental teaching resource constraints encountered and difficult to carry out experimental teaching distance problem, we designed and developed based on B/S structure of the network virtual laboratory. The system has a low cost, easy management, stability, scalability, easy to upgrade and so on.
Key words B/S structure; virtual experiment; network virtual laboratory
Author’s address Information Technology Department, Guangxi Administrative Cadre Institute of Politics and Law, Nanning, China 530023
广西政法管理干部学院属于成人高校，主要面向成人教育，但近几年来学生的主体又是高职生。因此，在学生中既有成人大学生又有高职大学生。随着职业教育的发展，学生规模急剧膨胀，学校实验室建设规模严重滞后。如果仍然采用传统的实验教学方法，就目前学校的实际状况，短期内很难添加大量仪器设备，扩大实验室的规模来满足传统实验教学的需要，因此必须改变以往的实验教学方法。
与此同时，现代的成人教育更多的是采用远程教学的方式，而远程教学的难点在于实验教学。在以往的教学实践中，实验教学往往被忽略掉，这肯定会降低人才的培养质量。因为理论教学和实践教学是相辅相成的，尤其对强调应用性的高职院校相关课程实践教学特别重要。实践教学可以促进理论知识的学习，学生只有进行充分的应用实践，才能真正体会和掌握相关知识，从而加深对课程的认识和理解，最终能有所收获。因此，如何在远程教育中开展实验教学一直是笔者思考的问题。
正是基于上述原因，近几年来学校一直致力于建立网络虚拟实验室，以软件编程代替实际实验，并提供实验项目的远程访问服务，这样既能够有效解决由于实验资源紧张带来的一系列问题，又能够满足远程教育开展实验教学的要求。
1 网络虚拟实验室的优点
网络虚拟实验室（Virtual Laboratory），亦称为协作实验室（Collaborative Laboratory），即利用计算机网络技术，通过在Web中创建出一个可视化的二维、三维环境，把一系列软件和硬件有机结合起来，从而实现对真实实验操作和实验结果的计算机模拟，为处于不同位置的学习者提供身临其境般的仪器设备、实验项目互动操作练习[1]。网络虚拟实验在教学实践中有其自身的优点。
1.1 共享性和高效性
网络虚拟实验室打破传统实验室在时间、空间上的限制。传统的实验室由于受实验室空间、实验设备数量、学校作息时间等的限制，实验只能安排在上课时间且分组进行，因而学生用于实验的时间受到很大的限制。但网络虚拟实验室是一个无限制的空间，通过虚拟技术实现“软件即仪器”“软件即元器件”，通过网络，大家可以共享这些虚拟设备，共享彼此的数据和计算资源，只要网络通畅，教师或学生将不受时间和空间的限制，在不同区域、不同时间、不同终端上与同行开展实验合作。这样就无形中扩大了实验室的空间，增加了学生实验的机会和时间。
1.2 开放性
网络虚拟实验室的开放性主要体现在两方面：1）资源开放，网络虚拟实验室储存大量的虚拟实验设备和仪器，学生可以任意地选择使用；2）结构开放，网络虚拟实验是一个开放的系统，具有很好的扩展性，学生可以在此基础上构建自己的实验环境，添加各种实验模块，从而使实验室具有良好的扩展性和灵活性。
1.3 交互性和自主性
网络虚拟实验是仿真技术、多媒体技术、虚拟现实技术等计算机技术的有机组合应用[2]，特别是多媒体计算机具有图文并茂、丰富多彩的人机交互方式。另外，学生可以根据自己的需要和兴趣自行设计实验方案、步骤和方法，对实验拥有更多的自主性。
1.4 可控性和安全性
它彻底改变以往远程教育对于实验内容只能被动看的模式，学生可以与远程服务器进行交互，对其中的设备和仪器进行操作。同时，对于一些危险的或有破坏性的实验，学生尽可大胆操作，这是多媒体演示和具体实物操作所不可比的。
1.5 经济性
传统实验需要仪器设备，它们价格昂贵且存在损耗，开展实验花费比较大。而虚拟实验中的设备不存在磨损、老化、变质和损坏现象，且可以重复使用。这样既降低实验开销，又能顺利开展教学。
2 设计方案
2.1 体系结构
远程教育系统的客户端用户主要是学生，而学生数量众多且又分属各地。B/S（Browser/Server）模式的客户端采用国际标准化的浏览器，免维护、免安装、免开发，不但节省内存和存储空间，也节省开发时间，从而降低成本。而且系统在需要升级时，只要在服务器上进行更新就行，极大地简化客户端程序的安装、维护等系统升级工作量。因此，其体系结构特别适合采用B/S模式。其硬件结构可分为远程客户端、通讯网络和本地服务器3个层次[3]，如图1所示。
2.2 功能结构
网络虚拟实验室主要由虚拟实验平台和一系列可操作的虚拟实验组成[4]。虚拟实验平台是一个集实验操作、实验管理、实验指导、实验评价等为一体的网上运行系统。教学管理部门可将所有课程的实验放在这个平台上，进行集中管理。本网络虚拟实验室教学平台可分为4个部分：系统管理子系统、用户信息子系统、实验教学子系统和实验室管理子系统。各部分的主要功能如图2所示。
2.3 各主要功能模块的分析
1）系统管理子系统。系统管理员通过本系统可以控制、管理、维护整个平台，以保证整个平台的安全和高效运行。只有系统管理员可以进入本系统，其功能包括系统配置、日志管理、实验管理和用户管理4个模块。
2）用户信息子系统。本系统用于管理、维护每个用户的个人信息，包括查看公告信息、管理个人基本信息、个人学习日程安排、收发个人邮件和浏览个人学习记录等功能。
3）实验教学子系统。实验教学子系统是整个平台的核心部分，用于构建、操作、管理、学习网上的各种虚拟实验，包括实验预约、实验报告管理、实验考核管理、实验评价、虚拟实验集成、实验工具管理、协作实验管理、教学机构管理、实验指导和网上答疑等功能模块。
4）实验室管理子系统。实验室管理员可以通过本系统管理和维护虚拟实验室，发布教学计划、规章制度、实验成绩等信息，为实验室管理员提供信息管理、机构管理、教师管理、交流园地、教学管理、角色管理[4]等功能模块。
3 结束语
本文介绍一个基于B/S结构的网络虚拟实验室系统。它的建成不仅缓解了广西政法管理干部学院实验资源匮乏的压力，改善了学校的实验条件，也促进学校的实验教学改革，完善现有的实验教学体系，提高实验教学水平和教学质量，同时促进学生学习的自主性和积极性。
参考文献
[1]刘俊,潘礼庆.基于Web的网络虚拟实验室的构建[J].喀什师范学院学报,2008(5):51-53
[2]战巧玲.基于网络的远程虚拟实验室构建[J].科技信息,2008(4):86-87
[3]黄安贻,张婧婧.网络虚拟实验室的实现方案[J].武汉船舶职业技术学院学报,2008(2):78-80
[4]何昭青,刘琳.基于建构主义的网络虚拟实验室教学平台的设计与实现[J].计算技术与自动化,2008(9):107-110