计算机虚拟实验室的设计与研究

2017-03-14张延梅

网络安全技术与应用 2017年2期

◆张延梅

计算机虚拟实验室的设计与研究

◆张延梅

（江苏省宿迁经贸高等职业技术学校江苏 223800）

计算机虚拟实验室对于计算机课程来说非常重要，它是一种实验教学资源。对于课程的教学改革有着重要的作用，因此研究计算机虚拟实验室有助于开放式网络实验教学的改革。就目前来看，计算机虚拟教学实验室很少，但是网络远程教学的需求量却很大，这种供求关系极不平衡。因此建立计算机虚拟市实验势在必行。本文就根据计算机课程的特点，建立虚拟数据库，采用Active控件技术来实现虚拟实验室的建设，为其提供虚拟的实验环境。

计算机；虚拟实验室；设计与研究

0 前言

近年来，随着科技的迅速发展，教学媒体也不断的更新，虚拟现实技术在教学领域也得到了发展。VR技术在国内已经在教学领域应用广泛，然而在我国还刚起步。本文就对国内外虚拟现实技术的应用现状进行分析，针对计算机虚拟实验室存在的局限性进行分析，并提出想要的解决办法。通过与国外虚拟实验室的建设技术进行分析比较，提出全新的解决办法。计算机虚拟实验系统由虚拟元件数据库、虚拟实验平台和虚拟实验仿真运行构成。我们可以借助组件技术进行封装时，保证与平台和软件无关。在其应用的操作简单，更为灵活，而安全性也得到了相应的提升。满足计算机实验教学的基本需求，对于未来的推广发展有着更为广阔的市场前景。

1 建设计算机虚拟实验室的必要性

近年来，随着高校不断的改革，而招生规模也在不断的扩展。学生人数的增多使得学校在实验教学那一方面出现了诸多问题。尤其是一些民办院校，经费本来就很严重，对于实验室的建设则更为困难，这对于学生的培养极为不利。如果依旧采用传统的教学方式，则需要大量的资金来进行设备的填充，人才的引进。然而这些经济压力是学校承担不起的，想要提高教学素质，必须要改变传统的教学方式。计算机虚拟技术的出现，给实验教学提供了新的解决办法。

虚拟实验室的出现，简化了实验操作，打破了时间和空间的限制，并且为高校节约了大量的资金。虚拟实验室与传统的实验室相比，具备诸多优点。其一、具备良好的开放性，它打破了时间和空间的限制，缩短了实验周期；其二、节约资金，不需要购置大量的实验设备，而且虚拟设备不存在损坏问题，可以重复使用；其三、可以交互，在使用这些虚拟设备时，可以根据自身需求对实验设备进行改造，用以满足自身的需求；其四、重用性强，虚拟实验室采用组件设计思想，后期易于维护，而且使用方便，可以多次使用。在后期想要构造新的模块，也非常容易；其五、安全性高。在传统的实验室中，如果操作者不小心就会造成严重危害，然而在虚拟实验室则不会，就算做错了，从新来过就是。其六、具备良好的抗干扰性。在实验过程中，如果接触不良或者仪器故障都会对实验造成影响，而虚拟实验室不会因为外界因素而影响实验。另外虚拟实验可以通过计算机网络进行资源共享，避免重复实验，从而整体提高教学水平。

2 计算机虚拟实验室教学现状

我国社会经济不断发展，网络技术也在不断发展，而根据当前的教学情况来看，仍旧不容乐观，主要存在以下问题。

2.1 媒体利用率低

虽然科技的发展，改进了教学方式，教学媒体也得到了迅速的发展。教学媒体在发展的同时，却得不到应有的应用，使得媒体教学利用率很低。教师们并不能对其进行很好的使用，所以直接弃用了。因为教师在进行教学的过程中，对于计算机的了解自然是不足，不能跟随时代的进步而不断的完善自己。更不能利用软件来解决教学中的实际问题，因此这样就导致了资源的浪费。随着教学的改革，传统的教学方式依旧没有改进，而教学媒体发挥不了应有的作用，教学质量也得不到提升。

2.2 管理与评价机制不完善

教育技术理念包含教学媒体的实施、管理与评价，但是在实践过程中，并没有实施。一般对于虚拟实验室的设计属于一个空想的阶段，并没有对其进行验证。在进行虚拟实验室的设计前期，只中期设计与开发，而并没有对其真正的作用进行评估，更多时候是全凭感觉去感受。在没有经过调查研究和可靠的调查数据作为支撑，其效果自然是不言而喻的。虚拟实验室的开发不够完善，导致使用效率降低。

2.3 不重视反馈

虽然被教师用在教学解决实际问题，但是与传统的教学方式也没有太大差距，只不过是用电子教学方式来替代传统的实物教学方式。在教学过程中操作计算机进行演示，用课件对教学内容的表达来取代传统的挂图、模型等教具。这样就算不上一种改革与创新，而是一种简单的替代。计算机虚拟实验室的教学的目的是为了让提高学生自主学习能力，提高自身的主观能动性。

2.4 没有进行良好的交互

虚拟实验室的优势，其一就是具备良好的可交互性，用户在进行使用的过程中都是组件化开发，解决传统实验室中存在的诸多问题。用户可以根据自身的情况搭建适合自己使用的实验平台，然而统一定制的系统，并没有做好组件化开发这一点，导致学生与系统进行交互的过程中，交互效果很差。另外一个就是教师与学生的交互，大多数教师对于这一块的认知都存在偏差，对于虚拟实验室的认识也不够到位，导致交互方面做得不够完善。

2.5 缺乏硬件支持

虚拟实验室使用在教学上，作为新的教学媒体，可以有效的解决交互性问题，在国外使用广泛，因此技术也比较成熟。然而，我国缺乏相应的技术和资金，并没有这些基础设备。我们知道，虚拟实验室除了软件支持之外，还需要硬件的配合。在国外采用数字手套和视觉头盔等方式来替代，真实的还原其效果。但是这些技术都比较先进，而设备也价值不菲。我国高校没有这么经济实力来承担这一设备。

3 改进计算机虚拟实验室相关措施

我国在进行计算机虚拟实验室设计时，起步较晚，虽然存在诸多问题，但是这是教育过程中比如存在的一个阶段。因此针对上述问题进行分析，并提出相应的解决办法。

3.1 提高媒体利用率

高校购置电子设备的目的是为了提高教学质量，然而教师们似乎没有很好的跟随时代的发展，而不断的提升自己，这是当前最为困难的一个问题。因此高校要对教师进行培训，提供进修机会，使得媒体设备真正能够发挥出应有的水平，提高其教学质量。

3.2 完善管理与评价机制不完善

在进行虚拟实验室设计前期，要做好评估与管理工作。重视其管理与评估机制，切实保障其有效性。虚拟实验室建设的目的是为了给学生提供生动的学习环境，调动学生的学习积极性，学生是一个参与者。因此教师也要转变其观念，以学生为主体，帮助学生进行学习，而不是一味的传输。教师在其中要组织学习活动，引导学生正确的使用和操作，指引学生自己完成任务。

3.3 提高交互，重视反馈

在虚拟实验室进行设计的前期，就要做好组件化开发，满足不同用户的各种需求，而不是一刀切，使得学生与系统可以进行良好的交互，另外要做好系统的可维护性，以便于后期对其进行功能的完善。或者有新的需求诞生，以便于添加。对于教师来说，要与学生及时的互动，了解学生的学习效果，及时对虚拟实验室存在的问题进行调整与完善。另外教师也要重视虚拟实验室的作用，不单单是将他们作为电子的挂图或者模型进行传授，而是让学生主动去探索，自己去操作，进行尝试。不仅可以提高学生的自主能动性，而且可以提高学生的学习兴趣。

3.4 加大资金投入，购置硬件设备

虚拟实验室的使用，需要硬件设备的配合。虽然我国没有能力购置这些昂贵的设备，但是我国采用键盘、鼠标、显示器这些设备来尽力还原其虚拟实验室的作用，虽然无法做到真实的身临其境。但是对于传统的教学方式已经取到了长足的进展，另外政府机构也要加大对学校的资金投入，来帮助学校做好计算机虚拟实验室的设计。

4 结束语

总而言之，计算机虚拟实验室的设计具有良好的发展前景，虽然我国对于其他先进国家来说，起步较晚，在发展过程中也存在诸多问题。但是要积极的去面对这些问题，对于发展中存在的问题进行分析，并找出其相应对策，对其改进，提高虚拟实验室的使用效率，在未来的教学过程中使用会越来越广泛。

[1]单美贤.虚拟实验系统在教学中的应用探析[J]南京师范大学学报，2002.

[2]潜立标.网络虚拟实验室的研究与开发[J]浙江工商职业技术学院学报，2005.

[3]白娟.虚拟实验教学及其设计研究[D]陕西师范大学硕士学位论文，2005.

图1 太原师范学院电子阅览室

3 电子阅览室的安全风险及管理对策

网络信息安全包括软件、硬件、数据库、系统安全运行等众多内容，要确保电子阅览室的网络安全，首先要将可能发生的风险加以了解。例如个别读者不懂得操作流程导致的计算机系统参数丢失的问题，有些读者外带硬盘将病毒带入服务系统带来不同程度的破坏的问题，黑客恶意侵入造成网络系统崩溃或者重要信息丢失的问题等，多种安全风险的客观存在始终影响着电子阅览室的正常运行，因此加强安全管控势在必行。

（1）加强环境管理，要求每天对机房进行定期管理，保衡机房的清洁卫生和温度与湿度，要求学生进入电子阅览室查阅资料时要遵守电子阅览室的规定，不得将零食等带入破坏环境，并遵守电子阅览室的各项安全卫生管理制度。

（2）树立电子阅览室的消防安全管理意识，遵照电子阅览室消防工作管控规章和制度，不得吸烟、使用劣质充电器等。定期检查插线板的运行情况，定期检查灭火器扽安全设施的设置和使用情况，定期进行消防安全培训，定期开展消防演练活动等等。

（3）加强电子阅览室的系统安全管理工作，规避网络病毒的肆意侵害，防止黑客的侵入，要求读者进入电子阅览室不能使用个人的移动存储设备，加强系统的安全管控，如安装杀毒软件等；为了防止读者的误操作造成的程序损坏，设置管理员账户，对系统进行带有权限设置功能的保护。当发现有病毒或者黑客侵害时，可以通过更换账户和密码来予以防护。

（4）加强电子阅览室的网络管理，如电子阅览室的图书馆服务、期刊数据库的服务、在线参考咨询服务等。通过网络连接数据库的过程中，安装防火墙防止恶意供给，设置数据禁止外网IP地质的计算机访问，安装计算机管理软件，实时监控计算机的运行，发现故障可以自动报警，观测电子阅览室网络断口的流量等并进行统计[3]。

（5）使用电子阅览室的应用程序的管理功能如图2所示，提高阅览室各项程序的管理功能，如安装硬盘保护软件，可以在系统感染病毒的同时重新启动计算机，恢复原始数据。备份服务器可加强服务器保护，防止系统遭到破坏后无法提供服务。同时加强电子阅览室的数据管理，保证存储和借阅功能的正常运行。可以在两台服务器上安装安全性能较高的LINUX操作系统。如果一台服务器出现故障，另一台可以随时备用启动。