高職計算機網絡虛擬實驗系統的探索與實踐

胡巖松

摘要：高職院校實用型人才培養需要高職院校具備完善的實驗室，以此為學生提供技能鍛煉的機會，幫助學生提高實踐技能，但是由于受到資金等因素限制，高職院校很難進行全面的實訓實驗建設，因此如何利用現代網絡技術構建計算機網絡虛擬實驗系統是解決高職院校因為缺少足夠資金而導致實訓建設不足問題的有效途徑。

關鍵詞：高職院校 計算機虛擬實驗 探索

0 引言

實驗教學是計算機網絡教學中重要的課程，也是計算機課程改革的重要組成部分，但是由于受到各種條件的限制，高職院校不可能為學生提供全面的實驗鍛煉的機會，因此構建依托互聯網技術、利用計算機在互聯網中創建一個三維模式，構建虛擬的實驗系統，這樣學生可以不再受到時間、地點以及設備缺失等因素的限制，可以隨時進行實踐技術的鍛煉。虛擬實驗系統就是依托網絡技術平臺，應用虛擬技術，充分結合虛擬環境的優點，通過在虛擬的網絡環境中構建真實的學習場景，讓學生參與到虛擬的實驗系統中，讓他們感到虛擬實驗系統與真實實驗效果的一致性，最終促進學生的學習興趣。

1 計算機網絡虛擬實驗系統的規劃與組成部分

1.1 虛擬實驗系統規劃 根據高職教育的特點以及目的，虛擬實驗系統總體規劃上遵循以注重實踐為主的原則進行規劃，首先明確虛擬實驗系統構建的目的，高職院校的學生并不是以學術研究為主的，而是以掌握基本的實踐技能，因此虛擬實驗系統應該包含計算機最基本的實踐性實驗知識；其次虛擬實驗系統的使用對象是高職院校的學生，因此系統規劃要本著便于學生使用的原則，保證學生容易使用該系統進行相關技能的實驗鍛煉；最后虛擬實驗系統的設計要顧及大多數學生的知識結構能力，分析不同學生所掌握的知識，因此在規劃時要考慮實驗系統的差異性，保證實驗系統難度的層次性遞增，逐漸提高計算機知識的深度。

1.2 網絡虛擬實驗系統的組成部分 ①表現層。其主

要也是展示試驗場景部分，用戶通過實驗場景進行注冊登錄，然后進入相應的實驗環境進行虛擬實驗。②業務邏輯層。服務器是整個虛擬試驗系統的核心部分，它的主要作用就是控制實驗儀器、采集和處理相關的實驗數據，并且相互控制實驗請求，根據請求作出相應的反應等。③數據訪問層。其主要是對原始數據進行相應的操作，原始數據主要包括：用戶信息庫、知識庫、教學資源數據庫等。

2 虛擬試驗系統設計

本文所研究的虛擬實驗系統主要就是在WEB中構建一個可視化的三維模式，學生通過該系統可以進行虛擬實驗操作，并且通過該系統可以在網絡中得到教師的指導。本系統主要采取B/S架構，虛擬平臺用Java 3D作為底層繪制技術，并且制作成插件嵌入在瀏覽頁面中，依托Windows的瀏覽器可以應用。

虛擬試驗系統主要由采用數據、視圖以及控制器構成，它們之間分工不同，數據主要是用來記錄數據和實現一些功能函數，并且處理控制器所不能處理的信息；視圖主要是負責圖形的繪制，提供繪制的接口功能以此用來表示器材在外觀產生的效果；控制器主要是負責計算機實際操作系統器件，比如控制鍵盤和鼠標進行的信息輸入，以及調取相關數據或者修改相關信息數據等。

本文所研究的網絡虛擬實驗系統時采取Java3D技術作為繪制底層接口，利用雙緩沖機制，將繪制好的信息在后臺準備，并且由前臺展示。利用紋理技術實現繪制速度的提升。

3 虛擬實驗系統在教學中的應用

3.1 虛擬實驗系統在教學中應用的優點 ①學生可以有選擇的進行實驗。學生可以利用虛擬試驗系統可以不受課堂模式的約束，根據自己的興趣愛好或者自己的知識結構掌握情況有選擇的進行實驗，而且實驗的內容不會受到任何因素的影響。②自主進行實驗。虛擬實驗系統最大的優點就是給學生提供了多種實驗方案，學生可以根據自己的思維發展模式任意選擇一種實驗方案，并且實驗的過程學生可以隨意選擇實驗的操作步驟。

3.2 虛擬實驗系統在教學應用中的缺點 ①虛擬實驗系統的通用性還不夠成熟。關于虛擬實驗系統在教學中多數是被賦予了一門課程，并且關于課程技術的的理論知識已經非常的成熟，但是對于如何根據虛擬實驗系統開發出具有通用性的實驗模型，并且轉化為遠程教學產品，是目前虛擬實驗系統技術開發的不足之處。②虛擬實驗系統的應用在一定程度上降低了學生對實踐性實驗技能。首先學生由于在虛擬的實驗中學習其無形之中就會降低了對真實實驗環境的適應能力；其次就是學生的認知能力和解決實際問題的能力也會降低。

4 網絡虛擬實驗系統發展趨勢

4.1 基于3D的純軟件方式開發的網絡虛擬實驗系統將成為主流基于3D的網絡虛擬實驗系統能夠解決學習媒體的情景化及自然交互性的要求，豐富了媒體表現形式，其以現實感強等優勢成為國內外研究的熱點，在教育領域內有著極其巨大的應用前景。

4.2 實現技術上必將形成多種技術相融合，優勢互補的局面一個優秀的網絡虛擬實驗系統不可能只通過單一的技術來實現。將多個技術相融合開發，優勢互補，對構建一個好的網絡虛擬實驗系統顯得十分重要。

綜上所述，采用虛擬實驗教學，利弊共存。應揚長避短，一方面要利用虛擬實驗的優點為計算機網絡實驗服務，另一方面也要盡量避免它的缺點給教學帶來不良的后果，要認識到虛擬實驗教學只能是教師教學活動中的輔助手段，它不應該也不可能代替真正實驗教學全過程。在實際教學中采取的方法是保留原有的傳統實驗設備。采取實物實驗和虛擬實驗并用的方法。這樣就能做到揚長避短，完成實驗課的教學目標。

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