网络虚拟实验室的构建研究

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1、网络虚拟实验室的构建研究　　摘要：介绍了网络虚拟实验室的内涵和国内外的研究现状，在分析虚拟实验室关键技术的基础上，从实现原理和体系结构两方面提出了虚拟实验室的构建方案。　　关键词：虚拟实验室；计算机网络；体系结构；实践教学　　作者简介：马仕海（1977-），男，辽宁朝阳人，沈阳工程学院国际教育学院，工程师。（辽宁沈阳110136）　　中图分类号：G482文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）01-0164-02　　在现阶段，高校实践教学与人才培养存在着诸多问题，一方面表现为招生人数增

2、加与实验场地、设备数量之间的矛盾，另一方面表现为新技术应用与实验设备更新的矛盾。因此，依托网络构建虚拟实验系统便成为很好的解决方案。虚拟实验室的建立打破了传统实验室在时间和空间上的局限性，学生通过自主登录网络即可提前完成实验的理论设计、验证和实验结果分析，为进入真实实验环境节省了时间，提高了实验效率。　　近年出现的虚拟现实（VirtualReality）技术使得虚拟实验室的功能得以进一步延伸。目前，学术界公认的虚拟实验室的（Virtual―8Laboratory）概念有以下两种：[1]定义一：虚拟实

3、验室是以计算机网络为核心，基于网络技术实现虚拟仪器对数据的采集、分析和远程操作的系统。定义二：是基于Web技术、多媒体技术和虚拟现实技术的开放式、网络化虚拟实验教学系统，是现有实验室的数字化和虚拟化。上述两种定义虽然侧重点不同，却都指明了虚拟实验室的实质是一个无墙实验室，是通过计算机网络远程控制与交互的系统。　　一、虚拟实验室建设的现状分析　　1.国外的研究现状　　国外比较著名的有麻省理工学院（MIT）的远程实验室iLab（http：//ilab.mit.edu），主要用于微电子学课程的相关教学与实

4、验研究，虽然界面是二维的，但是功能非常强大，SMA（SingaporeMITAlliance）微电子学科的学生在新加坡就可以访问和使用iLab，通过点击“设备”菜单，选择合适的仪器设备，就能获得来自MIT实验室的实验数据。[2]德国Ruhr大学的网络控制工程虚拟实验室呈现给实验者的是三维的实验场景，它依赖各虚拟设备的仿真特性，实现了对控制工程类实验项目虚拟的交互式操作。其他比较著名的还有英国牛津大学化学系的“LiveChem”实验项目、新加坡国立大学的虚拟电子实验室、意大利帕瓦多大学的远程虚拟教育实

5、验室等。　　2.国内的研究现状　　与发达国家相比，国内在虚拟实验室的建设方面还存在一定差距，但是很多高校和科研院所也都积极的展开了相关研究，并取得了显著的成果。如清华大学利用虚拟仪器构建了汽车发动机检测系统；中科院上海有机化学研究所的虚拟化学实验室；北方交通大学的RECEL（RemoteElectronicsandCircuitsExperience8Lab）网络电工电子实验教学系统；[2]大连理工大学的基础仪器分析和化学分析实验室；中国科技大学的物理仿真实验室；同济大学的建筑景观结构仿真实验室等。

6、　　2009年，“十一五”国家科技支撑计划重点项目《虚拟实验教学环境关键技术研究与应用示范》开始实施，项目由华中科技大学联合北京航空航天大学等十家单位共同承担，将为我国在相关领域的发展提供核心技术支撑。　　二、虚拟实验室实现的关键技术　　虚拟实验包括演示型实验和操作型实验两种。前者只是完成实验现象的演示；后者则要求实验者亲自参与。演示型实验的构建策略可采取多种方法。如用摄像机拍摄真实的实验后制成avi或其他格式的视频文件，或者采用Flash、Authorware等多媒体软件制成动画进行演示，但这种实

7、验缺少交互性。操作型实验的构建相对较为复杂，需用软件来虚拟硬件设备的功能，具有很好的仿真性和交互性，其实现方式主要有以下几种：　　1.LabVIEW虚拟仪器编程语言　　LabVIEW是美国国家仪器公司NI（National8Instruments）的创新软件产品，其全称是实验室虚拟仪器工程平台，被工业界、学术界视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。它集成了满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能，还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函

8、数。LabVIEW以计算机为核心，集各种传统仪器的功能于一身，其表现形式和功能类似于实际仪器，用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。LabVIEW建立在功能齐全的图形化编程语言的基础上，为实验数据采集、仪器设备控制、数据分析与显示等应用提供了很好的解决方案。特别适用于实验室中一些需要经常改变仪器和设备的参数及功能的场合。[1]　　2.数学工具MATLAB　　MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）的简称，是由mathworks公司发布的，用于算