虚拟实验设计论文例1

1.虚拟现实技术

虚拟现实VR(VirtualReality)是近几年来信息技术迅速发展的产物,毕业论文是一门在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术和传感技术的基础上发展起来的交叉学科。其基本方法和目标是集成并利用高性能的计算机软硬件及各类传感器创建一个使参与者处于身临其境的、具有完善的交互能力、能帮助和启发构思的信息环境,即让用户在人工合成的环境里获得角色的体验。

虚拟现实具有三个基本特征。沉浸性,是指观察者对虚拟世界的情感反映,这种感觉能使用户全方位地投入这个虚拟世界,这是虚拟现实的首要特征。交互性,是指虚拟现实是一个开放的环境,能对用户的输入作出响应,并能通过监控装置来影响用户和被用户影响。想象性,是指虚拟现实不仅是一个媒体、一个高级用户界面,还是一个应用系统,它以生动形象的形式反映设计者的思想。虚拟现实的三个基本特征强调了人在这个系统中的主导作用。虚拟现实系统按其功能不同,可以分为三种类型:沉浸式虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统和分布式虚拟现实系统。其中,桌面式虚拟现实系统是运用软件编程方法在显示器上显示三维场景,用户通过键盘、鼠标等设备与虚拟场景交互,它的特点是结构简单、成本较低,易于推广。

2.网络虚拟实验室

所谓网络虚拟实验室,是指利用区域网或互联网,由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统,包括相应的实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象及实验信息资源等。虚拟实验室可以是某一现实实验室的真实实现,也可以是虚拟构想的实验室,虚拟实验通过虚拟实验室进行。在虚拟实验中,实验者有逼真的感觉,有身临其境的感受,好像是真正在现实实验室里近距离进行现场操作。在虚拟实验中,没有一个有形的实验室,也没有以实物形态存在的实验工具与实验对象,实验过程主要是对虚拟物的操作。

3.计算机专业虚拟实验室的创建

构建专业虚拟实验室,其实就是搭建一个网络平台系统,包括硬件、软件及管理三个方面。在硬件上,

目前各校都建立了校园网络并接入了互联网,这些基础设施基本可以满足需求,不需要太多的投入。在软件方面,一个是实验室平台软件系统的开发,它与网站建设相联系;另一个是网站的内容(实验内容)建设,这是实验室建设的关键。虚拟实验室应有可以做的实验来支撑,不然软件平台就是一个空架子,形同虚设。同时,该平台上还应有实验管理的支持,对实验仪器、实验报告、实验指导、实验成绩及网上答疑等进行有效管理,并对虚拟实验室进行监控,计算机网络虚拟实验室系统各模块的主要功能如下。

(1)实验管理模块,由学生管理、教师管理、仪器管理和学生成绩管理等组成。硕士论文在学生管理方面,学生通过浏览器进行注册登录,登陆成功后可浏览实验项目,查看实验的详细资料,预约实验项目及做实验的时间,在线发送和接受消息,进行问题讨论,进行实验登记,实验完成后可通过网络写实验报告并提交报告。教师管理方面,可对实验内容添加、修改、整理、删除,对学生提交的实验报告列表,批改实验报告,填写评语和成绩,提交批改结果,与学生进行讨论。仪器管理方面,对新设计开发的虚拟仪器上传并进行分类整理,以便实验使用。成绩管理方面对学生的实验情况(实验次数、实验报告及完成情况)给出成绩,并进行统计分析及提供查询等。

(2)仪器展示模块,对虚拟实验室可用虚拟元器件、虚拟仪器设备分门别类地进行管理,以图形的方式直观呈现出来,供学生在实验时进行选择。

(3)实验指导模块,包括实验介绍、实验方法、实验项目的重点及难点、实验目的、实验原理、实验准备、实验任务、实验过程、实验报告的要求及实验应注意的事项等。

(4)实验报告模块,主要对学生完成实验后,提供相关的实验报告模板,供学生下载,由学生填写相关内容以及实验的结果,完成后上传电子版实验报告,由教师进行批阅,并进行记载。

(5)实验答疑模块,由专业教师对学生实验中出现的疑难问题进行及时解答,帮助学生顺利通过实验。同时了解学生对实验的掌握程度,并及时反馈、调整教学。

(6)论坛交流模块,教师和学生可以通过论坛进行充分的交流,学生可以将实验中的收获、经验和体会及问题到论坛上,教师可以将一些典型的问题提出来,供大家探讨。学生在这样宽松的环境下发表自己的见解,教师从中可以得到及时的实验教学反馈信息,以便整改7)虚拟实验模块,是虚拟实验室建设的重要部分。学生通过该模块进行虚拟实验,医学论文以达到巩固强化知识的目的。该模块内容根据专业学习的具体情况及实验建设条件,可不断增加。计算机专业网络虚拟实验室系统的建设,可以引入其他学校的虚拟实验室中。这种方式比较简单,容易实现,见效较快。但需要投入较多的软件购置费用,同时也需要结合本校的实际情况进行一些调整,有一个磨合期。另一种是因地制宜,自主开发。根据本校的实际教学和实验情况,结合学生的实际水平,由任课教师或聘请部分专家组成开发小组,进行一系列的虚拟实验项目的开发研究,并将研究的成果连接到虚拟实验室中,逐渐扩充直至完善。这种方式比较灵活,能充分发挥教师的积极性,能有针对性地进行设计开发,适合学生的实际情况,学生容易接受,并且经费投入较少。缺点是开发周期较长,系统性不够,水平有限。也可以将上述两种方式结合起来,一是引入、购置部分自己不宜开发的实验项目,二是结合自身的优势和长处开发一些实验项目,如非交互性的、演示性的虚拟实验项目等。

二、加强网络虚拟实验室的管理

1.加强用户管理,为每个学生分配账号。对学生进入虚拟实验室,使用实验室做虚拟实验等进行登记保存。鼓励学生经常访问虚拟实验室,在上面提出问题、发表见解,做好实验,努力提高虚拟实验室的人气。

2.全天候开放虚拟实验室。学生可以随时进入虚拟实验实自己动手组织实验,自己设计实验方案,动手完成实验,整理和总结实验数据,职称论文提交实验报告,培养学生的分析能力和创新能力,逐步向以“学生为中心”的自主个性发展模式转变。

3.组织专业教师网上指导与答疑,参与论坛讨论交流,及时批改实验报告,为学生顺利完成实验提供服务。在虚拟实验室中,教师应对学生提出的疑问尽快给出帮助和解答,并进行必要的指导。在实验室论坛上发表观点,提出问题让学生思考,使师生在虚拟实验室中有较强的互动性,教师应充当好学生实验的合作者和知识的建构者的角色。

4.对学生在虚拟实验室的表现及实验效果进行

评价。针对学生每一门课程的虚拟实验完成情况、实验报告、网上提问、论坛发帖的情况,给学生一个成绩和评价,反馈给学生,英语论文并与该课程的正常实物实验一起记入实验总分。教师也要在对学生评价的同时,征求学生对虚拟实验室的意见,对学生反馈的信息进行整改。

计算机网络虚拟实验室的建立,可以很好地解决目前硬件设备跟不上实验的要求、学生实验时间不够用等问题,对于提高学生的动手能力、分析问题和解决实际问题的能力具有非常重要的意义。但在具体应用中还要注意处理好“虚拟实验”和“实物实验”的关系,不能一味地强调虚拟实验,要“虚实”结合,既相互补充,又各有侧重,这样才能取得很好的实验教学效果。同时,在虚拟实验中要注意培养学生严谨的、一丝不苟的科学实验作风。

参考文献

[1]王嗣源.虚拟实验室建设的初步探讨.西安邮电学院学报,2005(4).

虚拟实验设计论文例2

【中图分类号】G434 【文献标识码】A【论文编号】1009―8097(2009)12―0115―04

随着计算机多媒体技术和网络通信技术的迅速发展,信息时代的学习、生活方式都发生了重大变革。作为培养和提高学生动手实践能力、观察能力、分析问题和解决问题能力等方面有着先天优势的实验教学是高校教育改革的关键问题之一。目前,我国传统实验教学环节不足、实验资源不均衡,学生创新能力不足,虚拟实验教学环境研究与建设有利于解决当前实验教学中存在的问题。

为了从整体上把握虚拟实验教学环境发展脉络,拟重点从研究内容入手,探悉虚拟实验教学环境研究现状及发展趋势。虚拟实验教学环境是指开展虚拟实验教学所需要的环境,包括硬件和软件环境两部分。硬件环境包括计算机终端、计算机网络、服务器等,软件环境包括基础软件、虚拟实验教学系统软件、实验教学资源及理论指导等。本文所研究的虚拟实验教学环境是指为开展虚拟实验所搭建的教与学环境,主要指软件方面的环境建设及其应用研究。

一 研究设计与思路

1 研究资料

研究材料来源于“中国知识资源总库”,以“虚拟实验”为关键字进行检索,时间从2005年至2009年1月公开发表的主题中含有“虚拟实验”的期刊论文、会议论文以及学位论文,共437篇,以下从发表时间、研究内容两个维度分别进行统计分析。

2 研究方法与工具

研究材料采用内容分析方法进行研究。内容分析法是对明显的传播内容作客观而又系统的量化,并对量化结果加以描述的一种研究方法。[1]它是教育技术学研究方法的一种,通常是先抽取有代表性的资料样本,然后将资料内容分解为一系列的分析单元,并按预先制定好的分析类别和纬度系统进行评判记录,最终对结果进行统计分析。内容分析法实施步骤包括提出研究问题或假设、抽取样本、选择分析单位、建立分析类目、进行评判记录、定量处理与计算以及解释与检验等几部分。本研究资料采用数据统计工具进行数据管理、统计分析、统计绘图和统计报表。

二 研究结果(即研究现状)分析

1 从时间上看虚拟实验教学环境研究受到的关注程度及其原因

以“虚拟实验”为关键词,时间段分别从1979年到1999年、2000年到2004年、2005年到2009年1月进行检索,题名中包含“虚拟实验”的期刊论文和硕、博学位论文数量如表1所示。从三个时间段检索的论文数量来看,近几年虚拟实验教学环境的研究已经得到了众多学者的广泛关注。可见,对于虚拟实验教学环境的研究已经成为当前教育研究一个新热点,分析其原因是主要信息技术的蓬勃发展已经使部分虚拟实验环境的设计与开发成为现实,并在一定的理论指导下应用于实践,使各类虚拟实验室建设成为可能。而且,虚拟实验环境的研究与实现极大地降低了实验室建设成本,缓解了由于财政压力给实验实训教学环节带来的不利影响,有利于学生实践操作能力的培养,因此,虚拟实验教学环境的研究也就具有了极大的经济效益和社会效益,从而引起了更多学者、专家的关注。

表1 三个时间段检索的论文数量

2 从内容上看虚拟实验教学环境研究的现状及其分析

通过对2005年以来检索的437篇期刊论文、会议论文以及学位论文进行研究内容分析可以发现,虚拟实验教学环境的研究主要集中在以下几个方面:虚拟实验平台与系统的设计与开发、虚拟实验的设计、虚拟实验的教学研究及虚拟实验相关开发技术研究等,在检索的论文中各个方面的研究内容所占比例情况如图1所示。

(1)虚拟实验平台与系统的研究

从图1可以看出,虚拟实验平台与系统设计与开发的研究论文较多,其数量达175篇。可见,计算机技术与网络技术的发展为实验平台和系统的搭建提供了技术支持,虚拟实验的实践研究首先引起了广泛关注。这方面的论文主要是探讨某门课程的虚拟实验平台、系统设计或开发过程,如顾九春等[2]在论文中论述了基于matlab提供的函数和控制系统分析工具箱开发了自动控制原理课程的虚拟实验平台系统,对课程控制系统的设计与开发比较简单,论文中没有进行应用效果的分析。关于虚拟实验平台设计或设计与开发方面的研究论文有66篇。周冬婉[3]在论文中论述了实验系统平台的设计,并实现了简单开发,论文中无应用方面的论述。关于虚拟实验系统的研究论文有109篇。虚拟实验平台、系统研究的论文中进行设计并实现的比较多,在实验中应用的不多,对应用效果分析的就更少了。设计与开发具有开放性、自主性、协作性、交互性以及可扩展性的虚拟实验平台和系统有利于虚拟实验的开展和实施,有利于虚拟实验的共建共享。通过分析以上175篇关于虚拟实验平台和系统研究论文发现,目前虚拟实验平台和系统的开发各自为政,没有统一的规范和标准,很难实现平台和资源的共享。虚拟实验平台和系统的设计与开发研究大都是基于某一门课程实现,开发的技术种类繁多。

图1 虚拟实验研究内容情况

(2)虚拟实验教学研究

虚拟实验教学方面的研究有利于指导虚拟实验教学实践,这方面的研究论文有93篇。教学研究方面的研究内容情况如图2所示,主要包括以下几个方面:虚拟实验理论层次的应用研究,如黄凯旋[4]论述了如何更好地发展实验教学,提出了建立开放式实验与虚拟实验结合的完全开放式实验室,田静[5]在论文中浅谈了虚拟实验在理科实验教学中的应用等;教学模式与方法研究,如朱乾[6]通过“大学物理”虚拟实验系统在实验教学中的应用,对利用虚拟实验教学的教学模式进行了初步的探究,吴伟雄[7]探讨了在电工学教学中采用虚拟实验手段的意义和课堂教学方法等;教学效果分析,如于洪涛等[8]探讨了桌面虚拟实验对言语信息、智慧技能、动作技能学习的作用,最后通过调查问卷法和实验法来验证桌面虚拟实验对言语信息和智慧技能学习的作用,陈柳君[9]探讨了虚拟实验的理论意义,没有具体讨论虚拟实验的应用效果等;其他方面的研究包括虚拟实验的作用、虚实结合的理论探讨与教学改革研究等。关于虚拟实验教学方面的研究,从理论层面探讨的较多,对实际应用效果的研究比较少,这对虚拟实验教学实践而言显然是不够的。

图2 虚拟实验教学研究情况

(3)虚拟实验设计与开发研究

虚拟实验设计的开发是虚拟实验教学开展和实施的前提,这方面的研究论文有74篇。虚拟实验指所有实验过程均在虚拟环境中以虚拟的形式完成,不涉及真实的实验仪器设备的实验,目前虚拟实验的主要形式有实验演示、仿真实验、虚拟仪器三种。[10]其中实验演示主要演示实验的详细操作步骤和实验结果,供学生用于观察实验的实际执行过程,主要是基于某一种或几种技术或工具开发某一门课程或课程一部分虚拟实验,如刘英杰等[11]基于3ds Max和Virtools技术对大学物理实验功能进行了简易设计并对开发流程进行了阐述。仿真实验是利用计算机软件仿真实验环境。学生可以按实验要求组装实验系统,通过改变实验模型的参数进行各种模拟实验,观察其实验显示结果,孙俊峰等[12]在论文中以心理学实验为例,提出了虚拟实验展开的方式,将虚拟实验分为实验准备、交互实验和结果反馈三个阶段。虚拟仪器是在计算机上配置高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用,如张子刚[13]的硕士论文《基于LabVIEW的虚拟实验仪器设计研究》,该论文以PC-DAQ/PCI插卡式结构的硬件平台,采用数据采集板,实现AD7202在Labview中的数据采集。论文重点讲述了虚拟数字存储示波器各个功能模块的软件设计。在虚拟实验设计与实现方面的研究中,虚拟实验被教师上课演示的多,被学生实际操作的少;虚拟实验中验证性实验多,设计性和创新性实验少;虚拟实验以作业方式应用的多,单独开设实验课程的很少。[14]

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(4)虚拟实验设计与开发应用的相关技术研究

计算机技术以及计算机软件技术的发展为虚拟实验研究提供了技术支持和工具,各种技术的发展也促进了虚拟实验的开发。关于虚拟实验设计与开发应用的相关技术研究,主要是把互联网技术、动画技术以及虚拟现实等相关技术(如Java、VRML、Flash、3D等)引入到虚拟实验设计中,从技术的角度深入探讨虚拟实验建设的可行性,主要集中在3D、VRML、Flash等技术在虚拟实验系统构建中的应用,或者此技术在某个实验环节中的应用,或者侧重于网络虚拟实验系统的教学支持系统的设计开发,论文数量有38篇,各种技术使用与研究情况如图3所示。

图3 开发技术研究情况

(5)虚拟实验环境相关标准、规范、管理与评价方面的研究

虚拟实验环境相关标准、规范、管理与评价的研究可以为建立统一的虚拟实验教学环境提供依据和保障。然而,在检索的论文中只有2篇论文对标准化问题进行了简单的阐述。范新伟等[15]的《虚拟实验标准化的研究和解决方案》,在论文中提出了一个虚拟实验标准化信息模型,并提出了信息模型的xml绑定和用Web Service实现的解决方案,作者对虚拟实验的标准化提出了一些见解,并对实践结果进行了初步的阐述,进一步的工作还有待于大量的实践来进行验证和不断的修改完善。李小燕[16]的《虚拟实验中仪器通信的标准化研究》,该论文针对虚拟实验重复开发,复用性差以及互操作困难等问题,提出了一个虚拟仪器间通信的标准化解决方案,建立了仪器间通信的信息模型。在当前的研究中只有2篇此方面的相关论文对虚拟实验的研究是不够的,而且虚拟实验环境的评价和虚拟实验管理方面的研究也是空白。

随着虚拟实验教学研究的发展,各种技术被引入进来,这些技术、协议或标准之间的兼容性,以及虚拟教学平台、系统和已有平台、系统的互操作都需要深入研究。此外,虚拟实验平台和系统的开发也需要一个规范,因此对虚拟实验环境相关标准与管理的研究极为迫切。

3 其他需要阐明的现象

随着多媒体、网络技术的迅速发展,虚拟实验研究得到了众多学者的极大关注,逐渐成为计算机领域与教育技术界研究的方向与热点,特别是虚拟实验教学环境的建构及应用更应引起教育技术领域的关注。但是,就国内目前的研究来看,教育技术领域还没有给予较多的关注,从2005年以来的研究论文结果看,在虚拟实验方面的研究《中国电化教育》有3篇文章、《电化教育研究》上有2篇文章、《现代教育技术》有8篇文章、《中国远程教育》有3篇文章,这对于教育技术的研究方向和热点而言是不够的。再者,虚拟实验教学环境的研究主要集中在计算机领域的杂志或学位论文中,其的期刊方面,一般期刊的论文较多,核心期刊论文不多,在学位论文中硕士论文较多,博士论文不多,这说明对虚拟实验教学环境的研究还不够深入。

三 研究趋势分析

虚拟实验教学环境的研究时间很短,研究中还存在很多不足,但是虚拟实验作为当前教育领域中的重要组成部分,在解决我国教育面临的规模与质量之间的矛盾,克服实验资源不均衡、创新能力不足等问题,有着广阔的发展前景。通过以上分析,虚拟实验教学环境的研究应注重以下几个方面:

1 开展评价、测试、管理等标准和规范的研究

制定虚拟实验平台和系统的评价、测试、管理等标准和规范,为建立统一的虚拟实验教学环境提供依据和保障。针对我国虚拟实验教学的发展现状,研究制定基于统一支撑平台的虚拟实验开发标准,制定虚拟实验的评价、指导、管理和基础软件跨平台规范,实现平台和资源的高度共享,通过多种标准与规范的有机结合,解决分布式的实验教学与现有的教学系统协同工作的问题,从而实现协同工作,提高其共享性和复用性。

2 虚拟实验平台的统一开发

按照统一的标准和规范,开发集实物演示、实物仿真、创新设计、智能指导和管理于一体,具有良好交互性和可扩展性的虚拟实验教学平台是当前和未来虚拟实验教学环境研究的重要内容之一,从而突破目前的各自为政、没有统一标准、没有协同性平台开发的局面。

3 虚拟实验的多方面设计与开发

在统一标准与规范的指导下的适合教学需要的更多的虚拟实验设计与开发是当前虚拟实验教学研究的内容之一,这有利于为教育提供丰富的虚拟实验资源,从而为广大学习者提供优质的虚拟实验服务,也能够产生很好的经济和社会效益。

4 加强虚拟实验的指导与管理研究

虚拟实验缺乏有效的教学管理、过程指导和效果评价,导致虚拟实验的优越性在实践教学中难以发挥。因此,应开展虚拟实验过程的智能指导和实验结果自动批改技术等方面的研究;开发虚拟实验指导与管理系统,包括实验知识辅助学习、实验智能指导、实验结果自动批改、实验答疑、实验教学效果评估等功能;开发跨平台的虚拟实验管理系统,为虚拟实验教学环境提供服务并开展应用,并展开视角对使用虚拟实验进行实验学习进行评价的研究。

5 开展虚拟实验应用研究

虚拟实验只有在不断的完善、经过实践检验后,能够取得良好效果才能应用于实验教学和推广,因此,虚拟实验的应用研究对此研究课题具有重要价值。然而,目前虚拟实验教学环境的研究内容主要集中在理论探讨、系统设计与开发、虚拟实验教学平台的开发,未来应加大虚拟实验系统应用于教学的模式与效果分析、虚拟实验系统开发评价等方面的研究,尤其从学生视角对使用虚拟实验平台和系统进行实验学习的评价研究需加强。

四 结语

虚拟实验是信息时代的产物,它在教育、科研等方面有着广阔的发展前景,是当前教育的重要组成部分,是教育教学的重要资源。在构建现代教育创新体系、培养创新型人才的大教育背景下,融合现代教育理念的虚拟实验教学环境的研究必将促进教育教学的蓬勃发展。

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参考文献

[1] 李克东.教育技术学研究方法[M].北京:北京师范大学出版社,2003:228.

[2] 顾九春,王品,宋进桂 等.《自动控制原理》课程虚拟实验平台的设计[J].高校实验室工作研究,2008,(3):50-53.

[3] 周冬婉.电路理论虚拟实验系统的设计与实现[J].中国集体经济,2008,(1):160-161.

[4] 黄凯旋.开放与虚拟的实验教学改革探讨[J].实验室研究与探索,2006,(9):1119-1121.

[5] 田静.浅谈虚拟实验在理科实验教学中的应用[J].教学仪器与实验,2006,(9):11.

[6] 朱乾.基于虚拟实验系统的教学模式[J].实验室研究与探索,2008,(6):84-86.

[7] 吴伟雄,褚莲娣.基于虚拟实验的教学方法研究[J].嘉兴学院学报,2005,(6):105-107.

[8] 于洪涛,杨雪,孙艳丽.桌面虚拟实验的教学效应研究[J].现代教育技术,2008,(1):115-118.

[9][10]陈柳君.实验教学中虚拟实验的有效性探究[J].中国科技信息,2007,(12):203-205.

[11] 刘英杰,杨雪,阚宝朋.基于3dsMax和Virtools的大学物理虚拟实验的设计与开发[J].现代教育技术,2008,(6):88-92.

[12] 孙俊峰,游运华,卢洁 等.基于VRML的心理学虚拟实验设计与实现[J].计算机仿真,2006,(4):283-286.

[13] 张子刚.基于LabVIEW的虚拟实验仪器设计研究[D].长春:长春理工大学,2007.

[14] 李凌云,王海军.网络虚拟实验系统研究现状与发展趋势[J].现代教育技术,2008,(4):111-114.

[15] 范新伟,申瑞民,申丽萍.虚拟实验标准化的研究和解决方案[J].计算机仿真,2005,(1):175-179.

[16] 李小燕.虚拟实验中仪器通信的标准化研究[J].计算机仿真,2006,(6):205-208.

虚拟实验设计论文例3

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）23-0353-01

[Abstract]along with the development of computer technology and network technology， the virtual teaching and the teaching mode is not what new things， but the realization of the virtual laboratory has been the focus and difficulty of the virtual teaching research， based on the current development of the virtual teaching， this paper carries on a specific research on the application of virtual computer network design the platform and virtual reality technology.

[Key words]computer network; Virtual Laboratory

前言：在我国教学改革不断深化的今天，我国当下很多高校陷入了实验教学的困境，这一困境主要源于实验室建设资金的缺乏等问题，为了能够尽可能在短时间内解决这一问题，保证实验教学效果，虚拟实验室开始在我国高校中受到广泛重视，而本文所研究的虚拟计算机网络组网平台的设计及虚拟现实技术应用的目的，就是为了能够实现虚拟实验室的较好应用。

1.虚拟计算机网络组网平台的设计

在本文就虚拟计算机网络组网平台的设计及虚拟现实技术的应用研究中，笔者研究的目标正是虚拟实验室这一虚拟计算机网络组网平台的设计与应用，而在这一设计的研究中，笔者将从这一组平台的设计目标、系统设计、系统详细设计等三个方面对其进行详细论述。

1.1 设计目标

在本文所设计的虚拟计算机网络实验组网平台中，其是为了改革传统的实验教学方式，更好的帮助用户实现学习目的的平台形式，总的来说这一平台的设计目标为，在参照计算机网络课程教学大纲要求的前提下，满足不同层次学生学习需求、教师能够应用组网平台实现再现问题解答与作业批改等教学需求、使学生在实验前理解整体的组网概念和虚拟实验过程、具备判定学生是否具备了做实验的基本条件等四方面内容[1]。

1.2 计算机网络虚拟组网平台系统设计

在本文进行的虚拟计算机网络组网平台系统设计中，笔者采用了模型一视图一控制器（MVC）三层架构设计模式，这里的视图指的是用户看到并与之交互的界面、模型是指数据和规则、而控制器辅助接受用户的输入并调用模型和视图去完成用户的需求。结合这一设计模式，图1为笔者总结的整个计算机网络虚拟组网平台系统框架结构图。结合这一计算机网络虚拟组网平台系统框架结构图，我们能够看出这一系统具备着简便的设备选取方式、灵活的组网方式、直观的错误检测方式、真实的配置界面等四方面的特性，而由于这一系统设计采用了Windows图形界面，这就使得其本身具备着上手性强、易于操作的特点[2]。

而在这一虚拟计算机网络组网平台系统的功能设计中，拓扑图绘制功能和设备管理功能、网络设备的配置功能、实验环境及设备配置信息的保存和读取序列化功能、智能纠错功能、网络设备的三维展示功能、实验指导功能等都属于这一系统所具备的功能。

1.3 系统详细设计与实现

由于这一虚拟计算机网络组网平台系统设计的实现篇幅较长，本文主要对这一系统虚拟现实功能详细设计与实现进行论述。在这一虚拟计算机网络组网平台系统的虚拟现实功能实现中，笔者采用了VRML与3DMax的模式来完成虚拟现实的功能，这一设计的实现需要依次进行场景建模总体设计、实验场景建模、三维建模优化等三个阶段。具体来说，在场景建模总体设计阶段中，笔者首先设计了场景的树状层次结构，这一结构把所有对象用双亲、孩子和兄弟划分成最有效的树结构，属于一种简便自然分割复杂物体的方法。在完成树状层次结构的设计后，笔者采用三维建模软件手工绘制了三维模型，并在参照了商业数据库中现有的三维模型后对其进行了改进，这样就较好的实现了采用三维建模软件手工绘制三维模型;而在实验场景建模阶段，笔者选择了尽量少的面来达到虚拟现实效果的方法，这样就在保证整个系统应用效果的同时减少了不必要的工作量。在这一建模中，笔者主要使用3DMax提供的模型进行地面、实验桌、设备架、墙壁等场景实体的建模;而在三维建模优化这一阶段中，为了解决3DMax建模转换VRML文件后存在的大量垃圾代码，我们就必须对其进行代码优化，这一优化主要通过减少多边形的数目、光源的使用、充分利用纹理等方面的微调予以实现[3]。

2.虚拟现实技术在计算机网络组网平台的应用

结合笔者在上文中大致论述的虚拟计算机网络组网平台的设计内容，我们就可以初步了解本文研究能够实现虚拟实验室平台的创建，而这一虚拟实验室平台在高校中的应用，就能够实现网络设备的三维展示、网络拓扑的设计、硬件设备的检测、设备的智能纠错、网络设备的配置、配置信息的保存等多方面的功能。其中网络设备的三维展示就能够将现实的网络设备形象逼真地放入模拟环境中构造3D模式、而网络拓扑的设计则能够实现为用户提供一个虚拟的组网平台来

进行设计网络拓扑，这对于我国当下很多高校中学生缺乏的实践操作经验的问题能够予以较好的解决，真正推动我国教育事业的发展，由此可见虚拟现实技术在计算机网络组网平台中应用的实用性。

3.结论

在本文就虚拟计算机网络组网平台的设计及虚拟现实技术的应用进行的研究中，笔者详细论述了虚拟实验室这一计算机网络虚拟组网平台系统的设计方式，并对这一设计完成的计算机网络虚拟组网平台系统的应用进行了详细论述，希望能够以此实现我国虚拟现实技术应用的不断完善，并推动我国教育事业的进一步发展。

参考文献

虚拟实验设计论文例4

1.虚拟现实技术

虚拟现实VR( Virtual Reality) 是近几年来信息技术迅速发展的产物， 毕业论文是一门在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术和传感技术的基础上发展起来的交叉学科。其基本方法和目标是集成并利用高性能的计算机软硬件及各类传感器创建一个使参与者处于身临其境的、具有完善的交互能力、能帮助和启发构思的信息环境， 即让用户在人工合成的环境里获得角色的体验。

虚拟现实具有三个基本特征。沉浸性， 是指观察者对虚拟世界的情感反映， 这种感觉能使用户全方位地投入这个虚拟世界， 这是虚拟现实的首要特征。交互性， 是指虚拟现实是一个开放的环境， 能对用户的输入作出响应， 并能通过监控装置来影响用户和被用户影响。想象性， 是指虚拟现实不仅是一个媒体、一个高级用户界面， 还是一个应用系统， 它以生动形象的形式反映设计者的思想。虚拟现实的三个基本特征强调了人在这个系统中的主导作用。虚拟现实系统按其功能不同， 可以分为三种类型: 沉浸式虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统和分布式虚拟现实系统。其中，桌面式虚拟现实系统是运用软件编程方法在显示器上显示三维场景， 用户通过键盘、鼠标等设备与虚拟场景交互， 它的特点是结构简单、成本较低， 易于推广。

2.网络虚拟实验室

所谓网络虚拟实验室， 是指利用区域网或互联网， 由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统， 包括相应的实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象及实验信息资源等。虚拟实验室可以是某一现实实验室的真实实现， 也可以是虚拟构想的实验室， 虚拟实验通过虚拟实验室进行。在虚拟实验中， 实验者有逼真的感觉， 有身临其境的感受， 好像是真正在现实实验室里近距离进行现场操作。在虚拟实验中， 没有一个有形的实验室， 也没有以实物形态存在的实验工具与实验对象， 实验过程主要是对虚拟物的操作。

3.计算机专业虚拟实验室的创建

构建专业虚拟实验室， 其实就是搭建一个网络平台系统， 包括硬件、软件及管理三个方面。在硬件上，

目前各校都建立了校园网络并接入了互联网， 这些基础设施基本可以满足需求， 不需要太多的投入。在软件方面， 一个是实验室平台软件系统的开发， 它与网站建设相联系; 另一个是网站的内容( 实验内容) 建设， 这是实验室建设的关键。虚拟实验室应有可以做的实验来支撑， 不然软件平台就是一个空架子， 形同虚设。同时， 该平台上还应有实验管理的支持， 对实验仪器、实验报告、实验指导、实验成绩及网上答疑等进行有效管理， 并对虚拟实验室进行监控， 计算机网络虚拟实验室系统各模块的主要功能如下。

( 1) 实验管理模块， 由学生管理、教师管理、仪器管理和学生成绩管理等组成。硕士论文在学生管理方面， 学生通过浏览器进行注册登录， 登陆成功后可浏览实验项目， 查看实验的详细资料， 预约实验项目及做实验的时间， 在线发送和接受消息， 进行问题讨论， 进行实验登记， 实验完成后可通过网络写实验报告并提交报告。教师管理方面， 可对实验内容添加、修改、整理、删除， 对学生提交的实验报告列表， 批改实验报告， 填写评语和成绩， 提交批改结果， 与学生进行讨论。仪器管理方面， 对新设计开发的虚拟仪器上传并进行分类整理， 以便实验使用。成绩管理方面对学生的实验情况( 实验次数、实验报告及完成情况) 给出成绩， 并进行统计分析及提供查询等。

( 2) 仪器展示模块， 对虚拟实验室可用虚拟元器件、虚拟仪器设备分门别类地进行管理， 以图形的方式直观呈现出来， 供学生在实验时进行选择。

( 3) 实验指导模块， 包括实验介绍、实验方法、实验项目的重点及难点、实验目的、实验原理、实验准备、实验任务、实验过程、实验报告的要求及实验应注意的事项等。

( 4) 实验报告模块， 主要对学生完成实验后， 提供相关的实验报告模板， 供学生下载， 由学生填写相关内容以及实验的结果， 完成后上传电子版实验报告， 由教师进行批阅， 并进行记载。

( 5) 实验答疑模块， 由专业教师对学生实验中出现的疑难问题进行及时解答， 帮助学生顺利通过实验。同时了解学生对实验的掌握程度， 并及时反馈、调整教学。

( 6) 论坛交流模块， 教师和学生可以通过论坛进行充分的交流， 学生可以将实验中的收获、经验和体会及问题到论坛上， 教师可以将一些典型的问题提出来， 供大家探讨。学生在这样宽松的环境下发表自己的见解， 教师从中可以得到及时的实验教学反馈信息， 以便整改。

( 7) 虚拟实验模块， 是虚拟实验室建设的重要部分。学生通过该模块进行虚拟实验， 医学论文以达到巩固强化知识的目的。该模块内容根据专业学习的具体情况及实验建设条件， 可不断增加。计算机专业网络虚拟实验室系统的建设， 可以引入其他学校的虚拟实验室中。这种方式比较简单， 容易实现， 见效较快。但需要投入较多的软件购置费用，同时也需要结合本校的实际情况进行一些调整， 有一个磨合期。另一种是因地制宜， 自主开发。根据本校的实际教学和实验情况， 结合学生的实际水平， 由任课教师或聘请部分专家组成开发小组， 进行一系列的虚拟实验项目的开发研究， 并将研究的成果连接到虚拟实验室中， 逐渐扩充直至完善。这种方式比较灵活， 能充分发挥教师的积极性， 能有针对性地进行设计开发， 适合学生的实际情况， 学生容易接受， 并且经费投入较少。缺点是开发周期较长， 系统性不够， 水平有限。也可以将上述两种方式结合起来， 一是引入、购置部分自己不宜开发的实验项目， 二是结合自身的优势和长处开发一些实验项目， 如非交互性的、演示性的虚拟实验项目等。

二、加强网络虚拟实验室的管理

1.加强用户管理， 为每个学生分配账号。对学生进入虚拟实验室， 使用实验室做虚拟实验等进行登记保存。鼓励学生经常访问虚拟实验室， 在上面提出问题、发表见解， 做好实验， 努力提高虚拟实验室的人气。

2.全天候开放虚拟实验室。学生可以随时进入虚拟实验实自己动手组织实验， 自己设计实验方案， 动手完成实验， 整理和总结实验数据， 职称论文提交实验报告， 培养学生的分析能力和创新能力， 逐步向以“学生为中心”的自主个性发展模式转变。

3.组织专业教师网上指导与答疑， 参与论坛讨论交流， 及时批改实验报告， 为学生顺利完成实验提供服务。在虚拟实验室中， 教师应对学生提出的疑问尽快给出帮助和解答， 并进行必要的指导。在实验室论坛上发表观点， 提出问题让学生思考， 使师生在虚拟实验室中有较强的互动性， 教师应充当好学生实验的合作者和知识的建构者的角色。

4. 对学生在虚拟实验室的表现及实验效果进行

评价。针对学生每一门课程的虚拟实验完成情况、实验报告、网上提问、论坛发帖的情况， 给学生一个成绩和评价， 反馈给学生， 英语论文并与该课程的正常实物实验一起记入实验总分。教师也要在对学生评价的同时， 征求学生对虚拟实验室的意见， 对学生反馈的信息进行整改。

计算机网络虚拟实验室的建立， 可以很好地解决目前硬件设备跟不上实验的要求、学生实验时间不够用等问题， 对于提高学生的动手能力、分析问题和解决实际问题的能力具有非常重要的意义。但在具体应用中还要注意处理好“虚拟实验”和“实物实验”的关系， 不能一味地强调虚拟实验， 要“虚实”结合， 既相互补充， 又各有侧重， 这样才能取得很好的实验教学效果。同时， 在虚拟实验中要注意培养学生严谨的、一丝不苟的科学实验作风。 参考文献

[ 1] 王嗣源.虚拟实验室建设的初步探讨.西安邮电学院学报， 2005( 4) .

[ 2] 蒋光明.基于互联网的开放式虚拟实验模型研究.西南师范大学学报( 自然科学版) ， 2002( 3) .

虚拟实验设计论文例5

1.虚拟现实技术

虚拟现实VR(VirtualReality)是近几年来信息技术迅速发展的产物,毕业论文是一门在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术和传感技术的基础上发展起来的交叉学科。其基本方法和目标是集成并利用高性能的计算机软硬件及各类传感器创建一个使参与者处于身临其境的、具有完善的交互能力、能帮助和启发构思的信息环境,即让用户在人工合成的环境里获得角色的体验。

虚拟现实具有三个基本特征。沉浸性,是指观察者对虚拟世界的情感反映,这种感觉能使用户全方位地投入这个虚拟世界,这是虚拟现实的首要特征。交互性,是指虚拟现实是一个开放的环境,能对用户的输入作出响应,并能通过监控装置来影响用户和被用户影响。想象性,是指虚拟现实不仅是一个媒体、一个高级用户界面,还是一个应用系统,它以生动形象的形式反映设计者的思想。虚拟现实的三个基本特征强调了人在这个系统中的主导作用。虚拟现实系统按其功能不同,可以分为三种类型:沉浸式虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统和分布式虚拟现实系统。其中,桌面式虚拟现实系统是运用软件编程方法在显示器上显示三维场景,用户通过键盘、鼠标等设备与虚拟场景交互,它的特点是结构简单、成本较低,易于推广。

2.网络虚拟实验室

所谓网络虚拟实验室,是指利用区域网或互联网,由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统,包括相应的实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象及实验信息资源等。虚拟实验室可以是某一现实实验室的真实实现,也可以是虚拟构想的实验室,虚拟实验通过虚拟实验室进行。在虚拟实验中,实验者有逼真的感觉,有身临其境的感受,好像是真正在现实实验室里近距离进行现场操作。在虚拟实验中,没有一个有形的实验室,也没有以实物形态存在的实验工具与实验对象,实验过程主要是对虚拟物的操作。

3.计算机专业虚拟实验室的创建

构建专业虚拟实验室,其实就是搭建一个网络平台系统,包括硬件、软件及管理三个方面。在硬件上,

目前各校都建立了校园网络并接入了互联网,这些基础设施基本可以满足需求,不需要太多的投入。在软件方面,一个是实验室平台软件系统的开发,它与网站建设相联系;另一个是网站的内容(实验内容)建设,这是实验室建设的关键。虚拟实验室应有可以做的实验来支撑,不然软件平台就是一个空架子,形同虚设。同时,该平台上还应有实验管理的支持,对实验仪器、实验报告、实验指导、实验成绩及网上答疑等进行有效管理,并对虚拟实验室进行监控,计算机网络虚拟实验室系统各模块的主要功能如下。

(1)实验管理模块,由学生管理、教师管理、仪器管理和学生成绩管理等组成。硕士论文在学生管理方面,学生通过浏览器进行注册登录,登陆成功后可浏览实验项目,查看实验的详细资料,预约实验项目及做实验的时间,在线发送和接受消息,进行问题讨论,进行实验登记,实验完成后可通过网络写实验报告并提交报告。教师管理方面,可对实验内容添加、修改、整理、删除,对学生提交的实验报告列表,批改实验报告,填写评语和成绩,提交批改结果,与学生进行讨论。仪器管理方面,对新设计开发的虚拟仪器上传并进行分类整理,以便实验使用。成绩管理方面对学生的实验情况(实验次数、实验报告及完成情况)给出成绩,并进行统计分析及提供查询等。

(2)仪器展示模块,对虚拟实验室可用虚拟元器件、虚拟仪器设备分门别类地进行管理,以图形的方式直观呈现出来,供学生在实验时进行选择。

(3)实验指导模块,包括实验介绍、实验方法、实验项目的重点及难点、实验目的、实验原理、实验准备、实验任务、实验过程、实验报告的要求及实验应注意的事项等。

(4)实验报告模块,主要对学生完成实验后,提供相关的实验报告模板,供学生下载,由学生填写相关内容以及实验的结果,完成后上传电子版实验报告,由教师进行批阅,并进行记载。

(5)实验答疑模块,由专业教师对学生实验中出现的疑难问题进行及时解答,帮助学生顺利通过实验。同时了解学生对实验的掌握程度,并及时反馈、调整教学。

(6)论坛交流模块,教师和学生可以通过论坛进行充分的交流,学生可以将实验中的收获、经验和体会及问题到论坛上,教师可以将一些典型的问题提出来,供大家探讨。学生在这样宽松的环境下发表自己的见解,教师从中可以得到及时的实验教学反馈信息,以便整改。

(7)虚拟实验模块,是虚拟实验室建设的重要部分。学生通过该模块进行虚拟实验,医学论文以达到巩固强化知识的目的。该模块内容根据专业学习的具体情况及实验建设条件,可不断增加。计算机专业网络虚拟实验室系统的建设,可以引入其他学校的虚拟实验室中。这种方式比较简单,容易实现,见效较快。但需要投入较多的软件购置费用,同时也需要结合本校的实际情况进行一些调整,有一个磨合期。另一种是因地制宜,自主开发。根据本校的实际教学和实验情况,结合学生的实际水平,由任课教师或聘请部分专家组成开发小组,进行一系列的虚拟实验项目的开发研究,并将研究的成果连接到虚拟实验室中,逐渐扩充直至完善。这种方式比较灵活,能充分发挥教师的积极性,能有针对性地进行设计开发,适合学生的实际情况,学生容易接受,并且经费投入较少。缺点是开发周期较长,系统性不够,水平有限。也可以将上述两种方式结合起来,一是引入、购置部分自己不宜开发的实验项目,二是结合自身的优势和长处开发一些实验项目,如非交互性的、演示性的虚拟实验项目等。

二、加强网络虚拟实验室的管理

1.加强用户管理,为每个学生分配账号。对学生进入虚拟实验室,使用实验室做虚拟实验等进行登记保存。鼓励学生经常访问虚拟实验室,在上面提出问题、发表见解,做好实验,努力提高虚拟实验室的人气。

2.全天候开放虚拟实验室。学生可以随时进入虚拟实验实自己动手组织实验,自己设计实验方案,动手完成实验,整理和总结实验数据,职称论文提交实验报告,培养学生的分析能力和创新能力,逐步向以“学生为中心”的自主个性发展模式转变。

3.组织专业教师网上指导与答疑,参与论坛讨论交流,及时批改实验报告,为学生顺利完成实验提供服务。在虚拟实验室中,教师应对学生提出的疑问尽快给出帮助和解答,并进行必要的指导。在实验室论坛上发表观点,提出问题让学生思考,使师生在虚拟实验室中有较强的互动性,教师应充当好学生实验的合作者和知识的建构者的角色。

4.对学生在虚拟实验室的表现及实验效果进行

评价。针对学生每一门课程的虚拟实验完成情况、实验报告、网上提问、论坛发帖的情况,给学生一个成绩和评价,反馈给学生,英语论文并与该课程的正常实物实验一起记入实验总分。教师也要在对学生评价的同时,征求学生对虚拟实验室的意见,对学生反馈的信息进行整改。

计算机网络虚拟实验室的建立,可以很好地解决目前硬件设备跟不上实验的要求、学生实验时间不够用等问题,对于提高学生的动手能力、分析问题和解决实际问题的能力具有非常重要的意义。但在具体应用中还要注意处理好“虚拟实验”和“实物实验”的关系,不能一味地强调虚拟实验,要“虚实”结合,既相互补充,又各有侧重,这样才能取得很好的实验教学效果。同时,在虚拟实验中要注意培养学生严谨的、一丝不苟的科学实验作风。

参考文献

[1]王嗣源.虚拟实验室建设的初步探讨.西安邮电学院学报,2005(4).

虚拟实验设计论文例6

关键词：传统实验；虚拟现实技术；虚拟实验系统

0引言

实验是与教学活动密切相关的环节，它有助于学生理解知识的产生和发展过程， 容易理解和巩固相关的理论知识，提高依靠实验方法探索科学知识的能力。随着教育的高速发展，传统实验面临的如实验材料成本高、实验仪器昂贵、实验仪器损坏维修成本高、设备更新频率高等诸多问题，都严重束缚了教学质量的提高 [1]。为了改善这种现状，最大程度的实现减少硬件资源和节约空间，同时增强实践教学效果，可以使用虚拟实验系统辅助实验教学的开展。

1虚拟现实技术简介

虚拟现实技术，就是借助于计算机硬件设备和相关支撑技术，创建一种可以通过视、听、触、嗅等手段所体验到的虚拟世界的技术[2]。虚拟现实技术作为一种先进的科学技术，将计算机仿真技术、计算机图形技术、传感技术、3D技术等最新的发展成果进行了综合，并依赖计算机设备构造三维数字模型，构建以视觉感受为主，包括听觉、触觉等可感知的环境。虚拟现实技术的基本特征主要包括：

1.1 交互性[3]。虚拟现实系统中的人机交互可通过键盘、鼠标、头盔、数据手套等设备操作虚拟环境中的对象，是一种近乎自然的交互。

1.2 沉浸性。虚拟现实技术依赖计算机技术构造三维立体图像，通过特殊显示设备和感知交互设备，把自己放在一个虚拟环境并有一种身临其境的感觉。

1.3 多感知性。虚拟现实系统配备观察、倾听、触摸、动觉传感和反应装置，用户可以在虚拟环境中得到各种各样的感知，并采取相应的实际反应和交互操作。

2虚拟实验系统

2.1 虚拟实验系统的特点

2.1.1 共享程度高。传统的实验有地域与时间限制，而虚拟实验系统可以接受有访问权限的本地和异地用户在任何时间的使用，使信息与实验资源的共享程度得到了极大地提高。

2.1.2强大的交互能力。虚拟实验系统能给用户提供一个逼真的实验环境，虚拟实验对象和用户依赖鼠标拖放操作进行交互，用户也可以实时观测实验现象和实验结果。

2.1.3支持协作。用户间的信息沟通是由虚拟实验系统提供的多种方式进行的。

2．2 虚拟实验教学的优势从实验教学的现状和虚拟实验系统的特点出发，虚拟实验教学的优势主要有以下几个方面：

2.2.1 组织形式开放[4]虚拟实验不受实验内容、时间和地点的约束，保证了用户充分选择的自由。随着实验教学的发展，跨地域、跨学科、同时开展多项实验的要求日益增多，虚拟实验将为实验教学的发展开拓空间。

2.2.2 对象开放在实验教学中，学习者可以分为实验课程学习者、参与者、爱好者等身份；依据虚拟试验系统操作的权限分为实验者、教师和技术人员、系统管理员等三个层次，不同对象依据自己的身份和权限在虚拟实验平台下进行学习和交流。

2.2.3 资源开放虚拟实验的教学资源为实验对象完全开放。实验设计方案的形成与开发可以依靠系统软件程序模块和实验项目设计模板的帮助；实验数据的分析与处理可以利用数据分析与处理工具包进行；学生在实验课程总结和复习中取长补短、巩固知识。

3虚拟现实技术在教学中的应用

虚拟现实在教育领域的具体应用，主要体现在虚拟学习环境、虚拟实验室、虚拟实训基地、虚拟仿真校园、虚拟远程教育等方面。

3.1 虚拟现实技术在计算机实验中的应用虚拟实验系统包括实验设备、实验对象、教学信息资源和实验室环境，虚拟实验室既可以是虚拟构想的实验室，也可以是真实实验室的再现。例如，要加深广域网、城域网的概念理解，不必真正把网络构建起来就可以亲身体验，犹如进行现场的操作。再如，在计算机组装和维护课程中，使用虚拟机软件vmware创建与真实计算机相同的运行环境，也有处理器、存储器、显示设备、输入输出设备等，不仅可以安装各种操作系统，而且也可以尝试安装各种应用软件，安装的过程与在真实的计算机中的感受完全一样，但对计算机中原有的系统和数据不会产生任何影响。

虚拟现实技术还可以对实验者构想的模型进行实验，所产生的实验结果和效果将对实验构想进行可行性和合理性的验证。例如，在组网联通实验中，可以通过虚拟的路由器、交换机、服务器和终端进行网络的设计和设置，减少了购买设备的费用和损坏维修成本高所带来的风险。

3.2 虚拟现实技术在经济管理课程实验系统中的应用高等职业教育文科教学存在理论偏多、实践较少，理论和实践有脱节现象。应该把计算机技术与教学手段和方法的改革充分结合起来，构建与经济管理类课程相关的虚拟试验系统，包括市场营销、电子商务、人力资源开发、股票交易、财务、旅游场景等各种虚拟实验系统，把现实环境中无法全面实现的教学过程通过虚拟试验系统进行完美的展现和操作。例如，房地产营销虚拟系统可以制定适合不同用户的营销解决方案，并对营销环节中的关键环节制定不同的策略。通过虚拟的经历，不仅加深了对理论知识的理解，而且让实验者体会到现代房地产营销的互动式、数字化的营销模式。再如，电子商务模拟试验系统可以建立商店、银行、商品等相应的模型，实验者可以模拟商品的选择、支付、配送等过程。再如，虚拟现实技术模拟旅游景点，以真实的图像、图片等数据为基础，利用计算机制作三维图像，并通过视觉中枢对物体的“深度”信息和观察视差的综合产生三维立体综合效果，依靠头盔式显示器、数据手套、身体部位跟踪器和投影显示设备，并结合感官系统在虚拟的场景中去体会景区的地理环境和特色。

4结束语

虽然虚拟实验环境有诸多优势，但真实环境环境容易加深学生的感性认识和动手能力，因此，一个实验系统应该是既包括真实环境也包括虚拟环境的综合、完整的系统。只有构建完善、先进的实验环境，才能大大地提高实验教学质量，提升高校的核心竞争力，真正实现为教学、科研与开发工作服务的使命。

参考文献：

[1]杨宇行.高校计算机实验室管理之探讨[J].计算机与网络，2008（1）：64-66.

虚拟实验设计论文例7

 

一、引言

无论在软件开发调试过程中，还是在网络教学科研环节里，都需要搭建专门的网络实验室。为了能在不同的网络环境下进行实验，网络实验室通常需要配备多种网络设备和辅助设施，不但增加了成本开销，同时资源也得不到合理有效的利用。利用VMWare虚拟机软件搭建虚拟的网络实验平台，能够方便快捷的配置和更改网络实验环境，同时也降低了网络实验成本和设备维护费用。

二、VMWare虚拟机软件

VMWare是一个虚拟机软件，可以在一台机器上同时运行多个操作系统和应用程序，利用虚拟基础构架在多台虚拟机之间共享单台物理机的资源，以提高资源的使用效率。同以往的“多启动”系统不同，VMWare真正实现了“同时”运行多个操作系统。每个虚拟的计算机模拟了一个相对独立的标准PC环境，包含自己的虚拟CPU、RAM 硬盘和网络接口卡 (NIC)。此外，多个虚拟机之间还支持TCP/IP、NovellNetware、Microsoft网络虚拟网络以及Samba文件共享等多种功能。用户可以在主机（GuestOS）和客户机（HostOS）之间任意切换，并在不同的操作系统上开发测试软件或配置网络实验环境。论文格式。

1、配置需求

(1) 硬件配置。

VMware的硬件配置要求CPU 主频不低于266MHZ、内存最小128 MB、硬盘不小于6OO MB的空闲空间。而实际上现在的主流PC的配置已远远满足需求，考虑到要组建包含多台虚拟机的网络实验环境，硬盘和内存的存储容量需要配置得大些，这样可以满足更多的虚拟机同时运行。

(2) 软件配置。

除了主操作系统外，在计算机上还需安装VMware Workstation6．0虚拟机软件，并在计算机上存放Windows2000／2003、WindowsXP、Linux,Unix等操作系统镜像文件，和其他网络管理安全等实验的相关软件。

2、VMWare工作原理

VMware可以使用8个虚拟局域网，提供了桥接(Bridged)联接、仅为主机(Host—only)联接、网络地址转换(NAT)联接和不用网络联接四种主要的联网方式。系统通过虚拟的交换设备来实现虚拟机与主机之间或虚拟机之间的网络连接。论文格式。虚拟的交换设备分别是VMnet0，VMnetl，VMnet2，?? ，VMnet8，在默认情况下，VmnetO默认设置为桥接联网模式，Vmnetl默认设置为仅主机联网模式，而Vmnet8默认设置为NAT联网模式，通常情况下，建立虚拟机时可以根据实际需求直接将虚拟计算机加入网络即可。

3、VMWare的网络模式

（1） 桥接(Bridged)联接

桥接模式下，VMware提供了虚拟网桥进行桥接，主机的物理网卡与虚拟机的虚拟网卡共同连接在VMnet0交换机上，虚拟机与主机处于同一网段，网络中其它计算机中可以访问到这台虚拟机，这台虚拟机也可以使用虚拟网络提供的服务，并且还可以与其他的机器共享资源。

（2）仅为主机(Host—only)联接

主机模式提供隔离的虚拟机环境，虚拟机与主机建立虚拟私有网络，通过VMnet1交换机动态分配虚拟网络的TCP／IP配置信息。外界无法直接访问虚拟网络中的成员，只有同为Host—Only模式下虚拟机和主机可以互相访问。

（3）网络地址转换(NAT)联接

NAT模式中外网机器不能访问虚拟机，但虚拟机可以通过主机访问外网。VMnet8虚拟出主机与虚拟机的内网，由主机作为NAT设备提供网络地址转换功能，主机的物理网卡连接外网，而虚拟网卡则连接内网，通过Mnet8虚拟网络的DHCP服务器提供虚拟系统的TCP／IP配置信息。

（4）不用网络联接

这种模式下，虚拟机不与任何计算机联网。这种方式主要用于不需要网络的工作环境，比如在不同操作系统下的测试软件，或者出于安全不需要联网等。

三、构建虚拟网络实验环境

如今VPN技术得到了广泛的应用，虚拟专用网络VPN（Virtual Private Network）是在公共网络的基础上，通过特殊的加密的通讯协议，达到私有专用网的安全性能。虚拟专用网的任意两个节点之间，没有传统意义上的真实物理连线连接，而是通过对公共网络的资源进行动态组合形成。虚拟专用网可用于实现网站之间安全通信的虚拟专用线路，可以帮助远程用户建立可信的安全连接，并保证数据的安全传输。

利用VMWare虚拟机软件搭建虚拟的网络实验环境，配置VPN服务的主要步骤如下:

1、网络环境配置

实验需要Windows Sever 2003操作系统主机一台，用做VPN服务器；在主机上安装VMware虚拟机软件，虚拟Windows XP操作系统客户机一台，用于VPN客户端，并设置为NAT网络连接模式。

2、VPN服务器配置

首先在Windows Sever 2003主机的管理工具中打开“路由和远程访问”后，进入本地服务器的“配置并启用路由和远程访问”界面。在“路由和远程访问服务器安装向导”对话框中选择“自定义配置”，随后选择“VPN”访问以开启VPN服务。

VPN服务开启后，需要设置IP地址池。在“路由和远程访问”的界面下面选择“属性” 进行配置，在VPN服务器的“属性”窗口中点击“IP”标签。如图1所示，在“IP地址指派”中选择“静态地址池”，并设置IP地址范围。这个IP地址范围就是VPN局域网内部的虚拟IP地址范围，每个拨入到VPN服务器的客户机都会分配到一个范围内的IP地址，在虚拟局域网中通过这个IP地址相互访问。

图1：设置静态地址池

3、创建VPN用户

在Windows Sever 2003管理工具中选择“计算机管理”。根据实际需要添加用户，然后在用户属性界面里选择“拨入”标签栏，并设置“远程访问权限”为“允许访问”，这样该用户可以就通过VPN拨入服务器了。如图2所示。

图2：用户属性界面

4、VPN客户端配置

打开VMware Workstation6．0虚拟机软件，选择并运行虚拟的Windows XP操作系统客户机。客户机启动完成后，在“网络连接”窗口下，选择“创建一个新的连接”。在“新建连接向导”对话框里，选择连接类型为“连接到我的工作场所的网络”，并将工作点与网络连接方式设置为“虚拟专用网络连接”，接下来输入该VPN连接的名称，然后在 “公用网络“界面”里 选择“不拨初始连接“单选按钮，在随后的“VPN服务器选择”界面中，需要填写上VPN服务器的IP地址，最后单击“完成”按钮以保存连接。

5、测试VPN服务

运行虚拟的Windows XP操作系统，在“网络连接”窗口中打开已经建好的VPN连接，输入在WindowsSever 2003的VPN服务器中事先添加的“用户名”和“密码”，并进行连接。连接成功后，在虚拟的Windows XP客户机上运行ipconfig/all指令，这样就可以看到客户机从VPN 服务器获得的IP 地址，如图3所示。论文格式。

图3：VPN服务器分配的IP地址

四、后记

有效应用虚拟机技术，在保证实验设备的安全性的同时，还为计算机网络实验提供了新的平台。通过使用虚拟网络环境进行实验，不但提高了现有系统的利用率，还一定程度上解决了实验设备和场地不足的问题。当前虚拟机技术仍在不断的发展更新，今后的运用前景将会更为广阔。

参 考文 献

[1] 王太成，利用虚拟机技术完成复杂网络实验[J]，计算机技术与发展，2009(4):246-249

[2] 全金连 覃毅．.VMware在计算机网络实验中的应用[J]．现代计算机,2009(12): 144-146

[3] 刘真．虚拟机技术的复兴[J]．计算机工程与科学，2008，3O( 0)：105-107

虚拟实验设计论文例8

【中图分类号】 G40-034 【文献标识码】 A 【文章编号】 1009—458x（2013）09—0078—05

“网络基础及应用”是一门既注重理论更注重实践的课程，实验教学是帮助学生理解原理、加深认识以达到学以致用的必要环节。然而由于网络设备、服务器一般比较昂贵，且更新较快，因此建立完备的计算机网络实验环境是比较困难的[1]。为解决以上现状，可将网络模拟器 Packet Tracer 引入“网络基础及应用”实验教学，不仅可以减少实验投资成本，培养学生的动手能力和创造能力，还可以提高教师教学和教研的能力，具有重大的理论和实际意义[2]。然而，如何更好地使用虚拟实验与真实实验进行教学，首先要了解虚拟实验与真实实验分别有哪些优势与不足。

笔者通过查阅文献，发现关于虚拟实验与真实实验比较的研究很多，如“论桌面虚拟实验对迁移学生实验技能的作用”[3]、“基于虚拟实验与真实实验整合的计算机网络实验教学改革”[4] 、“虚拟实验与真实实验在机能学实验中之比较”[5]、“虚拟实验和真实实验的耦合教学模式研究”[6]等文献。但这些文章大多是以理论阐述、逻辑推理为主，论述了虚拟实验与真实实验的优缺点，而实证研究的文献资料却较少。本文重点从“网络基础及应用”实验教学的实验项目设计、实验测试及问卷调查三方面进行详细的实证研究。

一、基于实验项目设计比较

“网络基础及应用”实验是为了培养学生对交换机路由器等网络设备的基本配置和综合应用能力。本实验课程安排了八项实验，具体实验项目及教学要求如表1所示。

表1 实验项目及教学要求

通过“网络基础及应用”实验课程的教学，本文主要从实验环境、资源、情感与交流、学习方式、对学生动手操作能力的培养、安全性、效率及误差等方面对虚拟实验与真实实验进行比较（如表2所示）。

从表2可以看出虚拟实验与真实实验各有优势，如真实实验中学生在真实地接触仪器的情况下，可以直接面对问题，有利于训练学生解决实际问题的能力，真实实验对学生的动手操作能力的培养具有不可替代的作用，而在虚拟实验中会有“不踏实”的感觉；虚拟实验是在一台电脑上打开虚拟软件中的多个设备进行实验并完成，而真实实验则需要通过多台电脑和真实的网络环境来实现；虚拟实验课前预习、课后复习较为方便，提前预习实验可减少在真实实验中的失误；虚拟实验不能体现真实实验中的各种各样的误差，而真实实验会出现实验误差或设备故障，促使学生进一步探索。网络访问安全性方面，虚拟实验没有真实实验精细，真实实验中可以控制具体的时间段内相应用户能访问某些网络，而虚拟实验不能控制用户访问的具体时间段；虚拟实验所进行的操作是通过程序预先设定好的步骤和预期结果来实现的，学生不会因为误操作而造成人员或设备的损坏，虽然在虚拟机上进行某些操作时，可能也会造成系统崩溃等，但是破坏的只是虚拟机中的操作系统，而不是真实物理机中的操作系统，因此学生可以在不对物理主机造成损坏的情况下进行各种网络实验。在教学方法采用上，虚拟实验采取灵活的教学方法，实行开放式、个性化教学，学生能灵活地运用自己的实验时间，不受传统真实实验室关闭和开放时间的限制，重点攻克自己的难点，而且也不必受实验课程和指导书的限制，学生能按照自己的进度、自主地选择自己所需要的实验内容[7]。在信息传递时，虚拟实验以逼真的动画展示数据传输的过程（如图1所示），而真实实验中只能经测试得出网络配置是否有效，但看不到数据传输过程。

虚拟实验与真实实验也有很多相同点，如实验1和实验2中大多数命令语句都相同，具体为：

给交换机设置IP地址即管理IP：ip address 192.168.1.100 255.255.255.0

为交换机设置授权访问用户：username test password 7 123456

Telnet登录：telnet 192.168.1.100

Ping语句：Ping 192.168.1.100

再如实验6、实验7中虚拟实验和真实实验的命令语句基本相同，例：

配置静态路由的核心命令：

ip route192.168.2.0 255.255.255.0 192.168.1.2（配置192.168.2.0 的路由）

路由器的OSPF配置核心命令：

router ospf 2

network 10.10.10.0 255.255.255.0 area 0

network 192.168.1.0 255.255.255.0 area 0

“网络基础及应用”实验课中虚拟实验与真实实验还有如下区别：

实验3真实实验中交换机端口与MAC绑定有静态、动态两种方式，且动态绑定不用记MAC地址，省掉很多麻烦。而虚拟实验中只能静态绑定。命令语句也有差别，如单个MAC绑定时，语句“switchport mode access”在虚拟实验中必须有，而真实实验中则不需要。

实验4虚拟实验在一台电脑上打开虚拟软件中的多个设备上进行实验并完成，而真实实验需要相关实验设备（如图2所示），且受时间和空间的约束，必须在指定的实验室中进行。

图2 实验4实验图

实验5虚拟实验中没有3a认证，而真实实验中有3a认证，核心命令如下：

aaa authentication enable default enable

aaa authentication login mytelnet local

login authentication mytelnet

实验8相对而言比较复杂，使用虚拟实验能节省大量时间，实验设计、操作等较容易。而真实实验中的环境、设备配置、连线等操作较为复杂，需花费大量的时间。

二、基于实验测试比较

在完成本课程实验教学的基本要求之后，为了进一步提高学生的动手操作能力和实验设计能力，以及测试使用虚拟实验与真实实验的方式进行教学的效果，又进行了实验拓展及综合测试。

1. 交换机路由器的简单应用实验测试

首先是实验拓展训练，时间为两周，在此期间学院网络实验室开放。将全班36名学生随机分为三组，每组12名学生。每组都布置相同的实验任务，具体实验拓展项目及测试要求如表3所示。

表3 “网络基础及应用”实验拓展项目及测试要求

多层交换机静态路由实验；

标准访问控制列表的配置；

通过观察测试过程并分析测试结果可以看出： ① 在真实实验中完成难度相同的任务中，第一组和第二组学生所用时间大致相同，第一组学生在设计实验时比第二组学生用时少，但是第二组学生在进行设备配置、连线等操作时明显比第一组学生用时少；② 第三组学生在实验设计效率和操作熟练程度上都远远高于第一和第二组学生，因此整体用时少。说明虚拟实验能更好地培养学生的实验设计能力，真实实验能更好地培养学生的动手操作能力，虚拟实验与真实实验相结合则能全面培养学生的实验设计能力和动手操作能力。

2. 交换机路由器的综合应用设计实验测试

在学期末进行了“网络基础及应用”实验测试，试题内容及具体要求如下：① 可自由选择真实实验或虚拟实验方式；② 每两人一组，每组必须要有交换机和路由器等设备；③ 每组需设计出自己实验方案的拓扑图，设计并写出实验方案的详细步骤以及实验方案的验证环节；④ 每组需要提交一份实验方案的详细报告。评分要点：① 拓扑图的设计是否合理细致及复杂性；② 实验步骤的详细程度及正确性；③ 实验方案的验证环节的合理程度；④ 实验方案的详细报告的撰写水平。

本次实验测试共36名学生参加，随机分为18个小组。测试完成后学生上交实验报告，参考统一的评分标准打分，最后统计出考试成绩如表4所示：

表4 综合应用设计实验测试成绩统计表

通过表4可以看出：选择虚拟实验与选择真实实验的学生人数基本相同，平均成绩也没有太大的差别。但是，从实验报告中实验拓扑图设计的复杂性来看，使用虚拟实验的设计远远大于真实实验的设计，典型图例如图3、图4所示。

通过实验测试说明了虚拟实验相对于真实实验更容易做出较复杂的实验设计，而真实实验能更好地培养学生的全面动手操作能力，因此在实验教学的过程中应使用虚拟实验与真实实验相结合的方式，充分发挥各自的优势，以更好地提高学生的综合实验能力。

三、基于调查问卷比较

1. 问卷设计

采用自编问卷的形式进行调查，调查的问题主要包括学生对虚拟实验的认可程度，学生认为使用虚拟实验与真实实验相结合的方式进行教学的效果如何以及学生在预习、上课、复习实验时分别会使用哪种实验方式等方面。问题类型有三种：封闭式单选题、半封闭式多选题、开放式问答题。

2. 结果分析

对使用虚拟实验与真实实验相结合的方式进行教学的效果做了调查，调查对象为本校三个年级的105名学生。共发放105份问卷，回收98份，无效问卷4份。具体的回收率、有效率情况如表5所示。

表5 调查问卷的发放及回收情况

（1）学生对虚拟实验的认可程度

关于学生对虚拟实验的认可程度共设置了四道题，主要调查学生是否喜欢虚拟实验、认为虚拟实验能否调动自己学习的积极性、能否提高教学效果、能否拓宽实验的知识面等方面的问题。将这部分问题制定成里克特量表，采用五点量表来评定学生对虚拟实验的认可程度，即5—1分别为完全同意、较同意、一般、较不同意、完全不同意五个等级。其数据统计结果如表6所示。

表6 学生对虚拟实验的认可程度统计结果

由表6可以看出，四个问题的均值都大于3，说明大部分学生都喜欢使用虚拟实验软件、认为虚拟实验能提高教学效果、调动自己的学习积极性并有助于拓宽实验知识面，同时也说明了学生对虚拟实验的认可程度较高。

（2）教学效果

对虚拟实验与真实实验相结合的方式的教学效果设计了三个问题，分别是“虚拟实验能否完全替代真实实验”、“做综合性实验时真实实验能否达到本课程的实验要求”、“虚拟实验与真实实验相结合的实验方式是否合理”。通过数据分析可知，80%以上的学生认为虚拟实验不能完全替代真实实验，做综合性实验时真实实验不能达到本课程的实验要求。对于“虚拟实验与真实实验相结合的实验方式很合理”这个观点的调查统计结果如表7所示。5—1分别为完全同意、较同意、一般、较不同意、完全不同意五个等级。

表7 虚实结合的教学效果统计表

由表7可以看出，71.3%的学生比较赞同虚拟实验与真实实验相结合的实验方式，认为能很好地提高教学效果，92.6%的学生赞同虚拟实验与真实实验相结合的实验方式，认为能在一定程度上提高教学效果。因此，在实验教学中，应使用二者相结合的方式，使二者优势互补，更好地提高教学效果。

（3）在各学习阶段分别使用哪种实验方式

分别调查预习、上课、复习三个阶段学生使用两种实验方式的情况。首先对在预习和复习时经常使用哪种实验方式做了调查，1—4分别代表真实实验、真实实验与虚拟实验、虚拟实验、不确定，具体统计结果如表8、表9所示。

由表8、表9可以看出，预习和复习实验时，使用虚拟实验的人数分别为84.0%和81.9%，而使用真实实验的人数却只有4.3%和12.8 %。真实实验由于时间、地点、设备等条件的限制，使实验预习很难进行，但学生完全可以使用虚拟实验进行实验预习，对实验的原理、及操作过程有一些基本的了解，有助于真实实验的进行以及学生对实验内容的理解。而在复习的过程中，学生还会遇到很多关系到实验的问题，这时候再去实验室重复真实实验的过程是很难的。因此，虚拟实验便于学生随时随地的自主学习和复习。

调查学生在上课期间针对不同类型的实验也会使用不同的实验方式，分别选取基础性实验、设计性实验及综合性实验三类中的一个典型实验（实验1、实验4及实验8）进行调查，具体结果如表10—12所示。1—4分别代表真实实验、真实实验与虚拟实验、虚拟实验、不确定。

由表10—12可以看出，基础性实验中86.2%的学生选择真实实验，设计性实验中80.9%的学生选择真实实验与虚拟实验相结合的方式，综合性实验中84.0%的学生选择虚拟实验。

综上所述，在实验教学的过程中要针对实验项目的复杂程度及各方面的条件限制，选择最佳的实验方式。对于简单的基础性实验要以真实实验方式为主来提高学生动手操作的熟练程度；对于设计性实验可以采用虚拟实验与真实实验相结合的方式，既能培养学生的实验设计能力又能提高学生的动手操作能力；而对于比较复杂的综合性实验，由于需要大量的实验设备且时间有限，可以通过虚拟实验辅助真实实验的实施以及教学的进行，学生先进行虚拟实验，对实验的理论原理和操作技术有了一定的经验后，在各方面条件都允许的情况下再进行真实实验，这样不仅能更好地培养学生的实验设计能力并且可以最大程度的提高学生的动手操作能力。

总之，虚拟实验与真实实验在配置命令、实验原理等方面有相同之处，但二者在实验环境、实验设备、安全性及效率等方面又有差异，虚拟实验的优势可以弥补真实实验的不足，而虚拟实验的局限性又正是真实实验的优势。虚拟实验模拟功能有限，而真实实验又不能完全满足实验要求。因此，二者需要相辅相成，优势互补。在实验教学的过程中如何针对不同的实验项目，通过虚拟实验与真实实验优势互补来提高教学效果，需要长期的实践与探索。只有虚拟实验与真实实验达到最优的整合，才能更好地提高实验教学的效果以及学生的综合实验能力。

[参考文献]

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[3] 杨雪，于洪涛，王荣芝. 论桌面虚拟实验对迁移学生实验技能的作用[J]. 高等理科教育，2007，（4）：111.

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[5] 徐静，孙艺平，王冬梅. 虚拟实验与真实实验在机能学实验中之比较[J]. 医学与哲学（人文社会医学版），2009，（6）：75-76.

[6] 李宇佳，杨雪，黄海林. 虚拟实验和真实实验的耦合教学模式研究[Z]. 石家庄学院学报，2012，（6）：116-121.

虚拟实验设计论文例9

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）09-0129-03

虚拟环境是利用软件模拟硬件和软件系统的环境。虚拟环境教学是利用仿真软件模拟出专门的硬件和软件系统来进行教学的一种教学手段。虚拟环境给教、学以及实训（实验）带来很大的变革，[1]并且随着计算机仿真软件对实际环境模拟的发展，很多虚拟环境基本上是真实环境的再现，可以完全模拟真实环境的所有功能，甚至可以实现真实环境的功能。因此模拟环境在现代教育中得到广泛的应用。

虚拟教学环境给教学带来了极大的便利[2]，但同时也将学生的实践教学环节设定得太理想化，不利于学生的实践动手和解决问题的能力。因此，本文在分析虚拟环境作用的基础上，从计算机专业的实践教学出发，提出了虚拟环境教学和真实环境相结合的模式，并在实际的教学中进行应用，提出了虚拟环境下和真实环境相结合的合理教学模式的建议。

一、计算机专业教学中虚拟环境使用的现状

虚拟环境是真实环境的模拟和仿真，在计算机专业教学中的应用，可以以分为：

（1）操作系统的模拟。操作系统的模拟是通过软件模拟出现常用的操作系统。如微软公司的VPC和已经在Windows2008内含有Hyper-v[3]。Hyper-v支持多种操作系统，与本身是微软公司操作系统Windows有好的兼容。其基于Hyperisor技术，虚拟机可以直接和物理设备进行通信和数据交换，因此Hyper-V虚拟机具有运行速度快和稳定性好的特点。当Hyper-V与虚拟桌面架构（VDI）联用时，Hyper-V可以实现客户端计算机虚拟化，如果Hyper-V单独使用时，可以实现服务端计算机虚拟化[4]。因此windows2008的Hyper-V不只是在实验中使用，在企业的服务器部署中也得到广泛的应用，其可以增强了企业服务器的可管理性和降低了服务器部署的成本。还有类似功能的Vmware公司的虚拟机软件。这些具有虚拟计算机操作系统的虚拟环境，可以被应用到计算机专业课程教学中。在教学中学生可以在虚拟机中进行操作系统的安装和设置，而不会破坏真实计算机中的其他应用软件和数据。同时还可以被应用到计算机网络相关的教学内容中，可以快速的在虚拟环境中搭建具有多台计算机的网络。在其中就可以进行网络协议的分析、网络服务的安装和设置。因此，在实训中需要对操作系统和数据进行安装、设置、修改的实训课程和内容都可以在操作系统模拟环境下进行。

（2）网络环境的模拟。通过软件模拟出网络的相关设备和线路。如CISCO的packettracer。在packettrace环境中包含了组网的所有基本元素，如PC、服务器、通信线路、网络设备[5]。可以组成有线局域网、无线局域网、广域网。在这个环境中，可以快速架设具有网络互联的虚拟网络，在其中对交换机和路由器进行配置，操作过程与真实交换机完全一样。当网络运行时可以跟踪和分析数据包。另外，CISCO还有BosonNetsim和NS2模拟软件。他们基本功能都是模拟CISCO的网络设备，通过这些模拟环境，辅助、设计、验证某种网络架构。因此在计算机专业课程教学中，学生可以在模拟环境中进行计算机网络的TCP/IP协议分析实验、路由器和交换机的组网实验。可以进行计算机网络安全课程的ACL、NAT、防火墙策略设置等实验。还可以进行网络工程的路由器、交换机设置的相关实验。

（3）电子电路的模拟。利用计算机软件，在计算机上模拟出模拟电路、数字电路、单片机应用系统。学生可以在计算机上进行电路设计、仿真、调试等通常在真实实验室才能完成的实验。典型的电子电路模拟软件是proteus，它可以模拟各种模拟、 数字电路芯片和各种处理器[6]。利用其强大的模拟功能，可以在其环境中设计各种模拟电路、数字电路、单片机和各种类型CPU组成的控制电路。利用模拟的信号源和模拟测量设备对模拟环境的各种电路进行测试。可以将各种编译成HEX文件的程序烧写到模拟的单片机和各种类型的CPU内，对其组成的控制电路进行模拟控制，查看程序运行状况、分析控制逻辑，结果以直观的方式展示出来。

虚拟环境在计算机专业教学中有着其独特的优点：

（1）教师随时可以备课。在计算机专业课程中，有些课程教师备课时必须在实验室中才能进行。例如有些课程需要对设备进行设置和验证、对计算机操作系统进行安装和配置。当这些课程所涉及的内容可以在虚拟环境下进行时，教师可以在个人计算机中安装相应的虚拟环境，就可以进行实验、实训的备课。甚至可以通过屏幕录制软件将教师实验步骤进行录制，上课时可以播放给学生参考。

（2）学生可以随时实践。在真实实验环境下，学生课内进行有限次数的实验。课外没办法复习，因此学生对一些比较复杂的实验操作容易忘记。如果在虚拟环境下实验，学生可以在自己的个人计算机中安装虚拟环境，课外就可以复习实验操作，加固、加深对实验的理解。

（4）实验成本低。在真实环境的教学下，建设实验室需要实验场地、实验设备和相应的配套设备，这些会有很大的成本。虚拟环境下的教学，只需要在计算机中安装虚拟软件，并且各种虚拟软件可以在同一台计算机上安装。即同一台计算机可以实现计算机专业的很多课程的实验。

（5）是理论学习的好帮手。平时在真实环境中只能进行一次实验，不容易理解实验的原理。在仿真环境下可以放慢实验的步骤，充分分析试验原理。

（6）是真实环境的提前演练。在进行实验之前，学生可以在虚拟环境下对实验进行预习，对实验的步骤、命令、设置有了总体的了解。当到真实环境进行实验时就可以快速地对实验设备设置。当遇到问题时也能快速处理。

（7）是教学资源数字化的有效手段。教学资源的数字化是现代教学资源共享的前提。被数字化的教学资源可以通过数字存储设备进行共享，更多的是放到网络环境中进行共享。在虚拟环境中的教学，整个教学过程本身已经是数字化。因此在虚拟环境下，经过简单的记录整个教学过程（如进行屏幕录制），就可以得到数字化的教学资源。

（8）管理方便。真实环境下的教学，用到的实验室、设备，在应用前、后都必须维护、管理，耗费人力和成本。而虚拟环境，在计算机中只是一个个应用软件，甚至是一个文件。只要把应用软件和文件备份好，在发现虚拟环境受到破坏时，进行简单的复制和覆盖就可以恢复虚拟环境。

二、仿真环境与真实环境相结合的计算机专业教学模式设计

仿真环境只是真实环境的补充，不能完全代替真实的环境的教学。仿真环境由于平台的单一性、理想化，学习时不容易发现问题。但在真实环境里，由于平台的多样性、限制条件的多样性。在真实环境下学习，可以容易发现问题，进而思考解决问题的方法，最后动手去解决问题。因此真实环境比虚拟环境的实践性更强。在实际的工作环境下，如果学生在机器上架设Linux服务器，由于不同的计算机有不同的配置，在安装和配置Linux时需要不同的安装方式和配置手段，这时如果学生没有在真实环境下安装和配置过Linux，遇到的这些问题就没有办法解决了。因此，为了避免这种情况的出现，必须设置好模拟和真实教学环境的教学模式。教学模式的基本原则是让学生明白仿真环境的目的只是教与学的辅助手段，在真正应用时还必须回到真实环境中。因此，类似Linux操作系统课程的教学，应让学生先从真实环境开始学习，再到虚拟环境去重现真实环境中学过的内容。通过这样一个过程，学生更能意识到模拟环境下和真实环境的紧密关联。此后在模拟环境学习时，可以想象到真实环境下的操作。这样可以避免模拟环境的学习和真实环境学习的脱离。本文从课程特点出发，对虚拟环境和真实环境教学模式进行设计。

（1）模式一：操作系统、网络服务器操作类课程教学。这类课程，如果使用真实环境进行教学，必须在独立的计算机上进行实验。学生可以在独立的计算机上进行操作系统的安装、系统参数的设置、应用软件的安装、网络服务的安装与配置和系统故障的检查和排除。这类课程除了在安装操作体系时与计算机的配置相关比较大之外，其他的实验都是在操作系统之上进行的。因此，此类课程的教学模式设置为“1/3课时的实际环境教学+2/3课时的模拟环境教学”。顺序“实际-->模拟-->实际”。该模式可以让学生从实际出发，知道在以后的工作中的使用环境。当熟悉了实际环境并且搭建了操作系统后，可以在模拟环境中再安装操作系统，并对真实环境和模拟环境所搭建的操作系统的方法进行比较。从而体验模拟环境可以理想化的模拟真实环境，并在其上安装操作系统。接着后续操作系统上的实验可以在模拟环境中进行。最后在课程准备结束时回到真实环境中去验证一些在模拟环境中做过的实验。通过这样的模式，既方便教学又能理论联系实际。

（2）模式二：硬件和软件相结合类课程教学。这类课程特点是在进行教学时既需要对硬件进行操作也要对软件进行操作。实验无论是硬件配置错误还是软件配置有问题，都不能完成实验。在真实环境下，实验涉及的设备多、操作比较复杂，老师直接在这种环境下教学，教学的效率很低，学生在该环境下直接实验，实验的成功率比较低。因此这类课程的教学模式设置为“1/2课时的模拟环境教学+1/2课时的真实环境教学”，教学顺序是每个知识点“虚拟-->真实”。采用这样的教学模式，理论授课和教师的演示可以在模拟环境下进行，学生实验准备也可以在模拟环境下进行，之后在1/2的学习中在真实环境下进行，这样就可以提高教学的效率和实验的成功率。如微机原理及应用、网络工程设计。

（3）模式三：电子电路设计类课程教学。这类课程的教学需要学生设计电路模块，强调学生的实际动手能力。这类课程的教学模式是“1/3课时的虚拟环境教学+2/3课时的实际环境教学”，教学的顺序是“每个知识点的局部（理论）部分进行虚拟环境教学-->实际设计电子电路”。

三、仿真环境与真实环境相结合教学模式实践

以计算机专业教学过程实践过程中涉及的《win？鄄dows server 2008 服务器架设与管理》、《Linux服务器配置与管理》、《基于Cisco路由器与交换机的网络工程实践》和《单片机原理及应用》课程课程为例。这些课程教学时可以使用以上的教学模式，其中《windows server 2008 服务器架设与管理》、《Linux服务器配置与管理》可以使用模式一，《基于Cisco路由器与交换机的网络工程实践》可以使用模式二，《单片机原理及应用》使用模式三。

《windows server 2008 服务器架设与管理》、《Linux服务器配置与管理》、《基于Cisco路由器与交换机的网络工程实践》利用“计算机网络实验室”进行教学和实训，实验室有4个网络实验机柜，每个机柜有2个Cisco路由器、1个Cisco三层交换机、1个Cisco二层交换机、1个防火墙和8个具有双网卡PC机。4个实验机柜的32个PC机用其中的1块网卡连接成为1个局域网。PC机具有硬盘保护系统，安装多操作系统，和实验用的分区不保护（给学生学习安装操作系统），上课用的操作系统安装有vm、vpc、packet tracer、Boson Netsim、NS2和屏幕录制软件。

（1）进行《windows server 2008 服务器架设与管理》课程教学时，采样模式一，先给学生直接在PC未保护分区上安装windows server 2008（实际环境下实训），在windows2008熟悉相关的界面和环境，如IP地址设置、访问互联网等。接着在VPC虚拟机下用相同的步骤安装windows server 2008（虚拟环境），学生会发现在虚拟环境下安装和真实环境下按的步骤一样，同时备份好虚拟硬盘供以后实验使用。往后的服务器的安装与配置中在vpc虚拟机中进行。在实验过程中每次都可以从干净环境开始，可以进行快照，可进行屏幕录像。在本门课在模拟环境中完成所有内容的课程教学后，要求学生在真实环境中做一个比较大的网络项目，涉及WEB、FTP、DNS、NAT服务的安装与配置（回到真实环境）。这样的教学模式可以提高教学效率和降低实训难度。《Linux服务器配置与管理》的教学同样采用的是模式一。过程与windows2008类似。

（2）《基于Cisco路由器与交换机的网络工程实践》该课程是属于要对思科网络设备进行硬件的连接和设备软件的设置。因此采用教学模式二。在每个知识点教学时，可以先在模拟器上（如packet tracer）进行网络搭建和理论的讲解。当在模拟环境下实验成功后，接着将模拟环境下的网络结构和设置步骤、命令，在真实的环境下进行验证。通过这样的步骤，学生能很好地理解相关的理论知识同时可以较快速的在真实环境下实际，进而了解在真实环境下也有与模拟环境不同的地方，如接线是否牢固、网络设备是否原先有其他的设置。

（3）《单片机原理及应用》课程可以在“微机原理实验室”进行课程的实训。该实验室有11个实验桌，每个实验桌都配置有1台PC机、微机原理实验箱、单片机学习板、相关的电路模块和相关的测试仪器。软件有windows xp操作系统、proteus、masm、Keil、LabView和保护软件。这样的实验环境很适合模拟环境与真实环境的教学结合。《单片机原理及应用》的每个知识点都可以先在proteus仿真环境下进行理论讲解和实验，同时可以分析程序和电路运行是否符合要求。

四、结束

采用虚拟环境与实际环境相结合的教学模式，在计算机专业的相关课程中，增强了学生的理论知识的理解，加强了学生的实践动手能力和解决问题能力，提高了教学效率。本文提出的教学模式所使用的实验室，因为有了模拟环境的存在，有利于实验室的维护和管理。教师教学如果采用本文提出的模式，可以很好发挥教学效果的后续拓延，如录制教师上课操作步骤和学生操作过程，以便得到教学过程的数字化资源，并进行网络共享，以便学生复习使用，发挥该教学模式优势。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 何增颖，陈建锐.基于虚拟技术的计算机实验教学[J].实验室技术与管理，2012，（1）：79-82.

[2] 舒慧东.基于虚拟技术的实验室融合[J].实验室研究与探索，2011，（9）：206-209.

[3] 姚嵩.windowsserver2008服务器架设与管理教程[M].北京：电子工业出版社，2011.

虚拟实验设计论文例10

近几年，虚拟机逐渐被应用于许多学校的计算机教学领域，成为一种非常有效的辅助工具。笔者从自身的计算机教学实际出发，借助虚拟机解决计算机教学中的一些问题，有效地提高了计算机教学的质量，取得良好的教学效果。

1 计算机教学的现状

目前，计算机教学取得一定的成绩，也存在一些问题，主要表现为以下几个方面。

1.1 硬件方面

计算机是一门实践性非常强的学科，需要给学生提供良好的实践环境。同时，随着科学技术的迅猛发展，计算机硬件的更新速度加快，计算机教学的开展也受到全新的挑战。由于我国目前招生规模的扩大，经费又相对投入有限，使得实验设备和实验场地不能及时得到扩充，教学设备的硬件建设相对欠缺和滞后，新建计算机硬件实验室、计算机网络实验室等更是不现实的。但是，计算机教学中的很多实验，如局域网的搭建，需要利用多台计算机和多种设备，由于现有的硬件配置条件有限，学生没有亲自做实验的条件和机会，无法培养其动手操作能力。

1.2 软件方面

目前的计算机教学一般是使用公共机房。公共机房只能满足一般的实验要求，同时为了便于机房的管理和维护，通常为所有的计算机安装硬盘保护卡和应用系统策略来限制学生的某些操作。学生上机的时候，不允许他们随意安装软件，更不允许进行如硬盘分区、格式化等操作。学生无法在实际的环境中操作练习，只能被动地进行一些简单的实验操作，实践教学的效果较差。

1.3 教学方面

许多计算机教师的思想观念还没有完全转变，在计算机教学中，重理论、轻实践，一直采取单一的理论讲授教学，非常抽象、枯燥，学生难以理解和掌握。当然，也由于经费等各方面的原因，教师一般采取以讲代练或课堂演示的方式进行教学，使得学生只有理论知识而缺乏动手实践，无法操作实验，对一些知识点无法掌握透彻。

综合以上分析，可以看出目前计算机教学存在问题的关键是教学设备不足。如何充分利用好现有的教学设备，来满足最大化的教学需求，这是一个新的挑战。笔者认为利用虚拟机可以改善上述计算机教学中存在的问题，较好地达到一机多用的目的。

2 虚拟机简介

2.1 虚拟机的概念

虚拟机（Virtual Machine，简称VM），就是虚拟的计算机，是指运行于物理计算机上的、用软件模拟出来的、具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的计算机系统。虚拟机是相对于常用的物理计算机而言的，又被称为逻辑计算机，其本质上是对物理计算机的模拟仿真。

虚拟机以文件的形式存放于物理计算机中，仅占用物理计算机的一部分资源。一台物理计算机，可以虚拟出多台完整的虚拟机，并且不同的虚拟机可以运行单独的操作系统而互不干扰，使用的时候就如同打开一个应用程序一样。

每台虚拟机都具有自己的CPU、内存、硬盘、网卡、BIOS、光驱、显卡、声卡、USB接口等，只不过这些硬件设备都是用虚拟软件模拟出来的。在计算机教学中，可以利用虚拟机进行开机、关机、硬盘格式化、设置BIOS等操作，这一切对主机没有任何影响。

目前，计算机教学中比较常用的虚拟机软件主要有WMware公司的WMware Workstation和微软公司的Microsoft Virtual PC这两种。VMware技术相对比较成熟，可以虚拟更多的主流操作系统，功能更强大，使用起来比较容易，市场占有率比较高。

2.2 虚拟机的优点

1）集成性。能够在一台PC机上运行多个虚拟机，每个虚拟机都可安装不同的操作系统，而不需要对物理硬盘进行分区或重新开机，不受到物理计算机硬件的限制。各虚拟机与主机之间可以进行通信、共享文件和网络资源。

2）移植性。虚拟机表现在物理电脑上是一个文件，不同的操作系统之间能够进行互动操作。使用者可以直接拷贝备份好的虚拟机文件到其他计算机上使用，大大节省系统安装的时间。

3）经济性。由于虚拟机是利用软件来模拟完整的计算机系统，无需添加新的硬件设备，真正可以做到一机多用，同时又节省维护费用。

4）可维护性。虚拟机与主机之间有良好的隔离性，在虚拟机上进行的操作不会破坏物理计算机的操作系统和软件，对主机现有的硬盘分区和数据都不会造成任何破坏。

3 虚拟机在计算机教学中的具体应用

3.1 操作系统安装

操作系统有MS-DOS、Windows98、Windows2000、Windows XP、Linux、Unix等不同系列、不同版本。由于操作系统的安装具有一定的危险性，学生可以在硬盘上建立自己的虚拟机，并进行安装操作系统的练习。在虚拟机环境下可以实现多个操作系统同时运行，带来极大的方便。

3.2 计算机维护

出于公共安全考虑，磁盘分区、格式化等危险操作，学生一般没有机会亲手实践。在虚拟机环境下，学生可以任意进行磁盘分区、格式化、设置CMOS、设置BIOS SETUP参数等一些计算机维护操作。操作完成后，通过映象功能可以非常轻松地将操作系统恢复到原样。

3.3 网络技术应用

学生在学习局域网的组建、网络配置与管理、FTP、邮件服务器等各种网络服务的配置、远程访问和路由的设置等知识时，单凭理论讲授是很难理解和掌握的。利用虚拟机，学生可以在单台计算机上组建网络环境，进行各种网络配置，也可以组建虚拟局域网，实现集群试验。若学生不能按时完成实验，借助虚拟机的挂起功能，保留当前状态，以便下次继续完成。

3.4 网络安全

在网络环境下，病毒、木马、黑客程序非常盛行。教师在讲解计算机病毒、木马等知识时只能停留在讲述阶段，利用虚拟机可以改变这一状况。教师可以在虚拟机系统上植入病毒文件进行病毒、木马程序的传播与演示，以及实现安全防御等操作，让学生更加直观地了解系统的安全及防御技术。

3.5 软件测试

学生在学习软件设计、网页设计等课程时，编写的程序需要在多种环境及多种操作系统环境下进行测试。应用虚拟机，不需要实际安装所有的系统与插件，就可以轻松地模拟出各种测试环境，有利于发现问题和解决问题。

3.6 课件制作

计算机教师在制作课件时，常常会需要多种操作系统中的操作。通过虚拟机软件，可以使用Snagit、HyperSnap-DX等屏幕捕捉程序，方便地把样图抓取下来，或者直接利用视频捕捉功能将操作过程录制下来，有助于制作图文并茂的课件。

总之，虚拟机是计算机教学的有效工具，在计算机教学中有非常重要的作用和广泛的应用。如何利用虚拟机更好地为计算机教学服务，是每个计算机教师需要研究的一个新课题。

参考文献

[1]刘晙.谈谈计算机教学中虚拟机的应用[J].科技资讯，2009(36):190