摘要：臨床診斷學(xué)是醫(yī)學(xué)生的重點(diǎn)課程之一，不僅是學(xué)習(xí)臨床的基礎(chǔ)，更是從醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)理論過渡到臨床醫(yī)學(xué)的橋梁。文章以虛擬實(shí)驗(yàn)室在臨床診斷學(xué)信息化教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)為出發(fā)點(diǎn)，針對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室在臨床診斷學(xué)信息化教學(xué)中的有效應(yīng)用，提出利用虛擬教學(xué)軟件開展課堂教學(xué)和學(xué)生自學(xué)、虛擬化信息實(shí)驗(yàn)室用于豐富學(xué)生臨床實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)突破醫(yī)學(xué)教學(xué)重難點(diǎn)、醫(yī)學(xué)生虛擬診斷疾病搭建學(xué)習(xí)平臺(tái)等建議，以供借鑒。

關(guān)鍵詞：高校虛擬實(shí)驗(yàn)室；臨床診斷學(xué)；信息化教學(xué)

一些高校由于教學(xué)資源緊缺，臨床教學(xué)的質(zhì)量受到影響，對(duì)此，可以在臨床診斷教學(xué)中應(yīng)用信息化虛擬實(shí)驗(yàn)室。臨床診斷學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室是以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，借助各種教學(xué)儀器與信息數(shù)據(jù)，采用人際交互的方式進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，并利用虛擬環(huán)境中的對(duì)象及醫(yī)療設(shè)備，讓學(xué)生身臨其境，在短時(shí)間內(nèi)強(qiáng)化自身的臨床診斷能力［1］。

1應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)室開展教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

1.1提高教學(xué)資源利用率，改善教學(xué)方式

在傳統(tǒng)臨床診斷學(xué)教學(xué)模式下，教學(xué)內(nèi)容主要是理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，教學(xué)工具以幻燈片、黑板和教科書等為主，尤其在實(shí)踐教學(xué)中，還會(huì)受到時(shí)間和空間的限制。此外，高校臨床診斷學(xué)所需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備費(fèi)用較高，醫(yī)學(xué)院內(nèi)一般沒有充足的資金購(gòu)買專業(yè)的或大型的診斷醫(yī)療設(shè)備，也就不能構(gòu)建健全的臨床診斷學(xué)實(shí)驗(yàn)室，導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)效果大打折扣［2］；而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用，可以讓學(xué)生在虛擬環(huán)境下學(xué)習(xí)，學(xué)生可以直觀學(xué)習(xí)臨床知識(shí)。同時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)室可以長(zhǎng)期使用，僅需定期維護(hù)即可，成本大幅降低，非常有利于提升教學(xué)資源的利用率，并優(yōu)化教學(xué)方式［3］。

一、虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究背景

網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)改變了人類的生活方式，大大提高了人們通信的效率和速度，使得不同地域的人們可進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)話。作為教育本身來說，為了給社會(huì)培養(yǎng)更多的高質(zhì)量技術(shù)人才，其教學(xué)模式必將隨著通信手段的提高進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，如何利用Internet進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)教學(xué)已成為近年來各國(guó)教育界的重要研究課題。其實(shí)遠(yuǎn)程教學(xué)很早就開始了，如函授大學(xué)、電視大學(xué)等，只是由于現(xiàn)代的WWW技術(shù)給遠(yuǎn)程教學(xué)提供了前所未有的交互性和巨大的資源共享潛力，遠(yuǎn)程教學(xué)最近才得到如此重視。盡管目前人們對(duì)基于WWW的遠(yuǎn)程教學(xué)模式還不是完全清楚，但有一點(diǎn)是確定的：基于WWW的遠(yuǎn)程教學(xué)在不久的將來會(huì)成為一種重要的教育模式。作為一種教育模式，現(xiàn)代遠(yuǎn)程教學(xué)應(yīng)該是教師、學(xué)生、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)媒體四要素的綜合體現(xiàn)，是在WWW環(huán)境中展開的教學(xué)活動(dòng)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)形式。與現(xiàn)代教育一樣,現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育也應(yīng)強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的能力、素質(zhì)與創(chuàng)造性，要求學(xué)生能靈活地掌握知識(shí)，其教育理論和學(xué)習(xí)理論應(yīng)建立在建構(gòu)主義基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)以學(xué)為中心的教學(xué)模式。該教學(xué)活動(dòng)應(yīng)重點(diǎn)考慮以下三方面：要在學(xué)習(xí)過程中充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，要能體現(xiàn)出學(xué)生的首創(chuàng)精神；要讓學(xué)生有多種機(jī)會(huì)在不同的情境下去應(yīng)用他們所學(xué)的知識(shí)(將知識(shí)“外化”)；要讓學(xué)生能根據(jù)自身行動(dòng)的反饋信息來形成對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí)和解決實(shí)際問題的方案(實(shí)現(xiàn)自我反饋)。以上三點(diǎn)，即發(fā)揮首創(chuàng)精神、將知識(shí)外化和實(shí)現(xiàn)自我反饋可以說是體現(xiàn)以學(xué)生為中心的三個(gè)要素，是培養(yǎng)現(xiàn)代人才的必備條件。

然而，從目前的遠(yuǎn)程課件來看，其網(wǎng)上素材基本分為兩類：靜態(tài)與動(dòng)態(tài)。靜態(tài)素材一般是將書本、教案等以靜態(tài)的形式放于網(wǎng)上；動(dòng)態(tài)素材一般是在靜態(tài)素材中出現(xiàn)的一些動(dòng)畫表現(xiàn)。雖然后者以動(dòng)畫的形式表現(xiàn)，但并不具備可變性，不能給學(xué)生提供真實(shí)的情景，很難達(dá)到以上的三點(diǎn)要求，即很難保證學(xué)生的質(zhì)量。對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)來說，學(xué)生的大部分能力都是通過實(shí)驗(yàn)得到的，真實(shí)的情景是現(xiàn)代遠(yuǎn)程教學(xué)質(zhì)量提高的關(guān)鍵。基于此,網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)已成為遠(yuǎn)程教學(xué)研究的重要方面，而且已有很多成果出現(xiàn)。ICHIGAN大學(xué)為操作系統(tǒng)和高級(jí)語言課程建立了網(wǎng)上系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，其實(shí)驗(yàn)都是基于軟件環(huán)境的，不涉及硬件模擬；PURDU大學(xué)建立了一種交互式的網(wǎng)上學(xué)習(xí)環(huán)境：學(xué)生可在網(wǎng)上做一些簡(jiǎn)單的交互式硬件實(shí)驗(yàn)，但由于其代碼是用JAVA語言編寫的，其實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜度受到一定的限制。然而，對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)來說，其中很多實(shí)驗(yàn)計(jì)算量相當(dāng)復(fù)雜，例如處理器設(shè)計(jì)、復(fù)雜電路設(shè)計(jì)等，要完成真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程，這些計(jì)算量在客戶端利用APPLET在執(zhí)行時(shí)間上是難以接受的。

針對(duì)目前網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)存在的問題，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，結(jié)合實(shí)際情況我們研究設(shè)計(jì)了《計(jì)算機(jī)組成原理》虛擬實(shí)驗(yàn)室。從理論上講，《計(jì)算機(jī)組成原理》虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的一種改革，為打破傳統(tǒng)模式的局限性，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，促使實(shí)驗(yàn)教學(xué)由實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)向虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)、遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展，提供了最佳解決方法?！队?jì)算機(jī)組成原理》虛擬實(shí)驗(yàn)室將遠(yuǎn)程教育的概念引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中，結(jié)合強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，使得以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室資源以及虛擬實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備等資源的共享成為可能，它允許人們通過網(wǎng)絡(luò)訪問和使用自己沒有的設(shè)備資源，使得處于不同地理位置的學(xué)習(xí)者可以同時(shí)對(duì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)現(xiàn)用戶信息的協(xié)同共享，同時(shí)可以及時(shí)的接觸到最新的儀器。

在實(shí)踐意義上，《計(jì)算機(jī)組成原理》虛擬實(shí)驗(yàn)室通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)施建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教育應(yīng)用功能的開發(fā)、通過運(yùn)用現(xiàn)代先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)來改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，建立與現(xiàn)代信息技術(shù)相融合的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，高效率傳播先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，普遍提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力，從實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。項(xiàng)目的研究和實(shí)施將極大緩解實(shí)驗(yàn)設(shè)備經(jīng)費(fèi)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員不足，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容更新緩慢等問題。極大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)驗(yàn)操作能力，從實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，并有助于校際之間、學(xué)校與科研院所之間、學(xué)校與企業(yè)之間及學(xué)校與社會(huì)之間實(shí)驗(yàn)資源的交流和共享。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)室方案研究

摘要:為提高電子實(shí)驗(yàn)室的使用質(zhì)量及效率，對(duì)電子實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行設(shè)計(jì)。在對(duì)電子實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了虛擬儀器電子實(shí)驗(yàn)室的整體結(jié)構(gòu)，以及基本硬件電路和軟件程序的實(shí)現(xiàn)路徑，硬件部分通過PCI總線同計(jì)算機(jī)相連。通過在電子實(shí)驗(yàn)室引入虛擬儀器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的有效模擬以及電子測(cè)量中電路設(shè)計(jì)和相關(guān)實(shí)驗(yàn)仿真，在提高學(xué)生實(shí)踐能力的同時(shí)節(jié)約了教育資金。

關(guān)鍵詞:虛擬儀器;虛擬環(huán)境;開放型虛擬電子實(shí)驗(yàn)室;電路設(shè)計(jì)

隨著各行業(yè)及高校對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力重視程度不斷提高，各高校尤其是工科類院校教學(xué)計(jì)劃中的實(shí)踐教學(xué)占比不斷提高，意在通過實(shí)踐與理論的有效結(jié)合，全面提升學(xué)生的綜合能力。實(shí)踐教學(xué)在提高實(shí)踐創(chuàng)新能力方面發(fā)揮著重要作用，目前在提高實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)質(zhì)量及效率的同時(shí)降低投入成本成為高校建設(shè)與改革實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)室的主要目標(biāo)?？焖侔l(fā)展完善的計(jì)算機(jī)技術(shù)及儀器儀表技術(shù)，促使傳統(tǒng)儀器向虛擬儀器發(fā)展，通過引入虛擬儀器技術(shù)及平臺(tái)完成虛擬儀器電子實(shí)驗(yàn)室教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，已成為高校改革和完善實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)工作的有效手段，建設(shè)虛擬儀器電子實(shí)驗(yàn)室的重點(diǎn)在于對(duì)構(gòu)成虛擬儀器設(shè)備進(jìn)行充分運(yùn)用。

1需求分析

隨著高校招生規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及各專業(yè)對(duì)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)需求的不斷提高，作為高校教學(xué)及課題研究的重要場(chǎng)所，實(shí)驗(yàn)室教學(xué)過程對(duì)相關(guān)測(cè)試儀器及設(shè)備等的質(zhì)量及數(shù)量要求隨之增加，而通常實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的使用及維護(hù)管理成本較高，并且部分設(shè)備技術(shù)更新速度較快，導(dǎo)致部分高校實(shí)驗(yàn)室硬件資源緊缺問題日益突出?？焖侔l(fā)展的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為電子測(cè)量、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展提供了技術(shù)支撐，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析及顯示方面虛擬儀器技術(shù)具備較大的優(yōu)勢(shì)，虛擬儀器技術(shù)通過計(jì)算機(jī)與儀器硬件間的有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理同現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、控制儀器硬件功能的有效結(jié)合，在提高儀器性能的同時(shí)降低了儀器使用成本，此種儀器模式具備優(yōu)越的性價(jià)比，受到各高校實(shí)驗(yàn)室的青睞，在改造、建設(shè)高校實(shí)驗(yàn)室過程中通過虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用可使實(shí)驗(yàn)室的使用及維護(hù)成本得到顯著降低?；谔摂M儀器的電子實(shí)驗(yàn)室通過相關(guān)軟件的優(yōu)化與完善，可有效提高高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量［1］。

2虛擬電子實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建

摘要：高校單片機(jī)課程教學(xué)存在課堂與實(shí)驗(yàn)脫節(jié)、實(shí)驗(yàn)室維護(hù)成本高、學(xué)生學(xué)習(xí)效果不高等缺點(diǎn)，在教學(xué)改革中有必要引入基于Proteus和Keil技術(shù)為核心的虛擬實(shí)驗(yàn)室教學(xué)手段。本文簡(jiǎn)單介紹單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建模式，從教材的選擇、仿真模型的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作的開展、自主性與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的探索等方面作出相應(yīng)的改革，提升了教學(xué)質(zhì)量與效果，得到師生的充分肯定。并列舉教學(xué)實(shí)例說明。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；虛擬實(shí)驗(yàn)室；Proteus；Keil

1概述

1.1課程介紹。單片機(jī)作為一種最基礎(chǔ)的電氣智能化控制部件，被廣泛應(yīng)用在數(shù)碼控制、汽車制造、通訊、電器電子等方面，大到飛機(jī)郵輪，小到空調(diào)遙控器。目前單片機(jī)有關(guān)課程已經(jīng)是高校信息工程、電氣工程、自動(dòng)化工程、應(yīng)用電子技術(shù)等專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，該課程注重理論與實(shí)踐的綜合培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生動(dòng)手能力與創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，該課程的開展為培養(yǎng)工程技術(shù)人員奠定了良好的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)[1]。1.2教學(xué)改革的必要性。在實(shí)際的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生反映這門課程過于抽象、晦澀難懂，理論課程中，僅通過書本與幻燈片無法理解單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、框架流程、工作原理；實(shí)驗(yàn)課上，學(xué)生只會(huì)按照既定步驟，機(jī)械的去重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作，對(duì)于其中原理知之甚少，也無法與理論融會(huì)貫通。溯其根源，還是因?yàn)閱纹瑱C(jī)是一門硬件與軟件、理論與實(shí)踐高度結(jié)合的課程，需要同時(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)與驗(yàn)證。只學(xué)習(xí)理論，會(huì)覺得過于抽象、無法理解；只學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)，則變成機(jī)械模仿，無法掌握理論知識(shí)。同時(shí)由于實(shí)驗(yàn)室承載能力與課程學(xué)時(shí)限制，學(xué)生動(dòng)手操作機(jī)會(huì)比較有限。再加上實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的有形損耗（包括老化、故障、誤差過大等）與無形損耗（技術(shù)的進(jìn)步導(dǎo)致設(shè)備落后），這都增加了實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行與維護(hù)成本。另外，出于對(duì)師生人身安全與設(shè)備安全的考慮，課程多為驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，無法開展自主與創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)。這種情況下，課堂的創(chuàng)新氛圍與學(xué)生的興趣也難以提高，最終導(dǎo)致該課程枯燥乏味。為提升教學(xué)質(zhì)量，國(guó)內(nèi)外很多高校都在采用圖形化、仿真模擬與虛擬現(xiàn)實(shí)等方法推動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)[2]，操作者可以在計(jì)算機(jī)上模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)室條件下的實(shí)驗(yàn)操作，可以更加直觀的了解內(nèi)部結(jié)構(gòu)、任意變更參數(shù)重復(fù)實(shí)驗(yàn)、降低成本、提高人身與設(shè)備安全性。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)廣泛運(yùn)用在機(jī)械、電子、物理、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等學(xué)科。

2核心技術(shù)

虛擬實(shí)驗(yàn)室在單片機(jī)領(lǐng)域主要包含以下兩個(gè)核心技術(shù)：2.1Proteus軟件。Proteus是英國(guó)LabCenterElectronics公司開發(fā)的E－DA程序（仿真軟件），是目前業(yè)界技術(shù)含量最高、型號(hào)最齊全的微控系統(tǒng)仿真平臺(tái)軟件。與同類產(chǎn)品相比，Proteus除了具備仿真功能外，還可以實(shí)現(xiàn)仿真單片機(jī)以及附屬外部設(shè)備[3]。該軟件從框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)調(diào)試到單片機(jī)與外接設(shè)備協(xié)同仿真，快速轉(zhuǎn)換到PCB（PrintedCircuitBoard印刷線路板）設(shè)計(jì)，可以將思路與產(chǎn)品完美銜接。該軟件不僅支持采用PLM（計(jì)算機(jī)編程語言）、匯編與C語言進(jìn)行程序開發(fā)，同時(shí)支持多窗口、多文件編輯，支持兼容市面上常見芯片模型。Proteus主要包括設(shè)計(jì)圖輸入系統(tǒng)ISIS、動(dòng)態(tài)原件庫、混合仿真器、以及印刷線路板編輯器ARES等。元件庫包括數(shù)字與模擬、直流與交流、信號(hào)發(fā)生器、示波器等多種虛擬設(shè)備。Proteus軟件不只是一個(gè)單片機(jī)的仿真環(huán)境，更是一個(gè)擁有無窮擴(kuò)展范圍與創(chuàng)新空間的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在缺乏必要的輸入、輸出、顯示、調(diào)試等硬件設(shè)備的條件下，依然可以利用該軟件，清晰形象的了解單片機(jī)的結(jié)構(gòu)原理、方便快捷的展示實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果。既克服了硬件與學(xué)時(shí)上的困難，又提高了學(xué)生的掌握水平，培養(yǎng)了學(xué)習(xí)興趣，擴(kuò)展了創(chuàng)新思維。這是過去的“灌輸式”課堂與“模仿式”實(shí)驗(yàn)所無法達(dá)到的效果的。2.2Keil軟件。Keil是使用最廣泛的采用C語言的單片機(jī)開發(fā)軟件，由美國(guó)KeilSoftware公司出品。與匯編語言相比，C語言功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可讀性強(qiáng)、維護(hù)方便。同時(shí)Keil擁有一整套開發(fā)程序，包括C語言編譯、宏匯編、項(xiàng)目鏈接、數(shù)據(jù)運(yùn)行庫管理以及仿真調(diào)試模擬器等等，這些功能都被組合成一個(gè)集成開發(fā)軟件。該軟件安裝簡(jiǎn)單、功能完善、調(diào)試準(zhǔn)確、工作效率高、生成匯編代碼緊湊、便于理解與糾錯(cuò)[4]。2.3協(xié)同作用。為了建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)室，需要將二者緊密聯(lián)系在一起。Proteus不僅支持MCS系列以及派生系列的單片機(jī)，同時(shí)也支持AVR和PIC核心的單片機(jī)。Proteus軟件可采用模擬與數(shù)字、直流與交流等數(shù)千種元器件，以及數(shù)據(jù)庫中沒有的型號(hào)，也可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求進(jìn)行創(chuàng)建。這就需要將C語言與匯編語言進(jìn)行編譯，然后進(jìn)行軟件與硬件的仿真模擬。解決了這個(gè)框架問題后，采用Proteus建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)室就水到渠成了。

快速發(fā)展的現(xiàn)代化信息技術(shù)促進(jìn)了高等教育教學(xué)的改革、加速了教學(xué)模式的多元化發(fā)展。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室是一種基于Web技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）構(gòu)建的開放式網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)［1］，是高等教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物。隨著虛擬仿真技術(shù)的成熟，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在科學(xué)研究、實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用［2］。自2013年教育部開展了國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作以來，虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成為高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的新方向，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)與應(yīng)用將會(huì)對(duì)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革產(chǎn)生變革性的影響。

1醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是醫(yī)學(xué)院校非常重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力方面有著不可取代的作用。醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)屬于實(shí)驗(yàn)室醫(yī)學(xué)，十分強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)踐操作能力和儀器操控能力，尤其是隨著科技的進(jìn)步，檢驗(yàn)技術(shù)及檢驗(yàn)儀器更是發(fā)生著日新月異的變化，這對(duì)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)提出了更高的要求。而本校醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)受儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、場(chǎng)地、師資等多個(gè)因素約束、限制，使得本專業(yè)的在校生無法得到像臨床檢驗(yàn)科一樣真實(shí)的實(shí)踐操作機(jī)會(huì)［3］。1．1檢驗(yàn)儀器設(shè)備滯后。檢驗(yàn)科常規(guī)使用的全自動(dòng)分析儀器，由于價(jià)格昂貴，使用及維護(hù)成本高，因此本校的全自動(dòng)分析儀器不僅數(shù)量少，而且規(guī)格陳舊，元器件老化，無法滿足日常實(shí)驗(yàn)，大多數(shù)情況僅作為示教使用，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)的檢驗(yàn)儀器設(shè)備滯后于臨床，很多的新方法、新技術(shù)無法在實(shí)驗(yàn)中展開，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多以傳統(tǒng)經(jīng)典、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，缺乏對(duì)學(xué)生創(chuàng)新性思維和能力的培養(yǎng)［4－5］。1．2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容受限。臨床樣本獲取困難，尤其是臨床基礎(chǔ)檢驗(yàn)學(xué)、臨床血液學(xué)的形態(tài)學(xué)資源缺乏，臨床病原微生物學(xué)的疑難罕見樣本短缺［6］，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一、項(xiàng)目陳舊，與臨床實(shí)際應(yīng)用存在明顯的脫節(jié)。1．3影響實(shí)驗(yàn)室安全。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用的檢驗(yàn)標(biāo)本多來源于人體體液的生物樣品，具有極大的感染性，實(shí)驗(yàn)室存在很大的污染隱患。1．4實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和場(chǎng)地限制。近年來本校醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)的招生人數(shù)逐年增加，實(shí)驗(yàn)教室少，實(shí)驗(yàn)教師缺乏，即使實(shí)驗(yàn)課采用小班教學(xué)，學(xué)生也分成4人一組，無法保證每個(gè)學(xué)生都有操作的機(jī)會(huì)，學(xué)生難免生出偷懶、坐享其成的行為，難以保障教學(xué)效果。且常規(guī)實(shí)驗(yàn)所需耗材量大，從而造成學(xué)校對(duì)本專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的經(jīng)費(fèi)投入巨大。1．5實(shí)驗(yàn)課時(shí)不足。醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)本科由五年制改為四年制，各課程的學(xué)時(shí)數(shù)都在減少，包括實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，勢(shì)必造成教學(xué)內(nèi)容減少、教學(xué)進(jìn)度加快、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目壓縮、學(xué)生學(xué)的不全、學(xué)得不精，教學(xué)質(zhì)量難以保證。

2醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的意義

教育教學(xué)改革的著眼點(diǎn)是提升專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)教育“五改四”的背景下，傳統(tǒng)的教學(xué)方法和教學(xué)條件已明顯滯后于當(dāng)前的人才培養(yǎng)需求，不僅直接影響學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量，更影響學(xué)生未來在社會(huì)及行業(yè)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和應(yīng)用，充分發(fā)揮學(xué)科專業(yè)優(yōu)勢(shì)，改造實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段、革新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、突破實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，是探索醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的有效途徑。2．1改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件。尤其是價(jià)格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型、新型儀器可以在虛擬實(shí)驗(yàn)室中全面展現(xiàn)，避免儀器設(shè)備的巨額投資和重復(fù)添置［7］，降低實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備建設(shè)、管理和運(yùn)行成本，減輕保養(yǎng)維護(hù)的工作量［8］，保證了實(shí)驗(yàn)開出率及使用率。有效緩解了實(shí)驗(yàn)教學(xué)在經(jīng)費(fèi)、場(chǎng)地、器材等方面面臨的困難和壓力，解決了實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備落后、配置不足、試劑耗材浪費(fèi)、生物安全隱患等傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足。2．2改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室開放共享的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，形象逼真的學(xué)習(xí)場(chǎng)景，直觀生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)對(duì)象，靈活的學(xué)習(xí)方式，可再現(xiàn)的教學(xué)模式［9］，極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣［10］。虛擬儀器在組建上具有高效性與靈活性，能夠適應(yīng)測(cè)試功能的多樣化，可用表格、圖形快速準(zhǔn)確顯示結(jié)果，方便教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間進(jìn)行互動(dòng)學(xué)習(xí)，從而改變了實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，有效地提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。2．3培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才。構(gòu)建具有醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)特色的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，模擬檢驗(yàn)科的工作環(huán)境、工作性質(zhì)和工作方式，讓學(xué)生猶如身臨檢驗(yàn)科，真實(shí)地體會(huì)到檢驗(yàn)科的工作模式，能有效地培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)融入臨床工作，促進(jìn)學(xué)生臨床思維能力、臨床操作能力的訓(xùn)練［11］，實(shí)現(xiàn)與臨床無縫對(duì)接。教師可利用虛擬仿真系統(tǒng)搭建綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)或案例，極大地促進(jìn)了綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，活躍學(xué)生思維，增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力，鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)能力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維及開拓精神起到積極的引導(dǎo)作用，促進(jìn)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)高素質(zhì)、創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)［12］。

3醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)思路與規(guī)劃

摘要隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室得到越來越多的應(yīng)用。介紹了虛擬實(shí)驗(yàn)室的基本特點(diǎn)及其體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)室的四種關(guān)鍵技術(shù)：Java、ActiveX、VRML、ASP，最后探討了虛擬實(shí)驗(yàn)室開發(fā)過程當(dāng)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題。

關(guān)鍵詞虛擬實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程教育現(xiàn)代教育技術(shù)

迅速崛起的現(xiàn)代教育技術(shù)把虛擬實(shí)驗(yàn)引入到了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)的教育模式，使得教與學(xué)方式發(fā)生了革命性的變化。目前，用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)軟件非常豐富，加上高校計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)資源，為虛擬實(shí)驗(yàn)的開設(shè)提供了必要的基礎(chǔ)條件。通過網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室，能夠通過計(jì)算機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中模擬一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，它不僅僅能夠提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，更加重要的是對(duì)一些缺乏實(shí)驗(yàn)條件的學(xué)生，通過網(wǎng)絡(luò)同樣能夠身臨其境地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，甚至和異地的學(xué)生合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展及其特點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)就是在WEB中創(chuàng)建出一個(gè)可視化的環(huán)境，其中每一個(gè)可視化的物體代表一種實(shí)驗(yàn)對(duì)象。通過鼠標(biāo)的點(diǎn)擊以及拖曳操作，用戶可以進(jìn)行虛擬的實(shí)驗(yàn)。網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合。無論是學(xué)生還是教師，都可以自由地、無顧慮地隨時(shí)進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室操作儀器，進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)。為實(shí)驗(yàn)類課程的教學(xué)改革及遠(yuǎn)程教育提供了條件和技術(shù)支持。許多國(guó)內(nèi)外從事實(shí)驗(yàn)室工作的研究者們?cè)趯?shí)踐中還提出這樣一些概念：DigitalLab、MBL（Micro-computerBasedLab），盡管這些名詞不統(tǒng)一，但他們的實(shí)踐從不同的層面實(shí)現(xiàn)了虛擬實(shí)驗(yàn)室。

1．1印地安那州立大學(xué)的MBL化學(xué)實(shí)驗(yàn)室

【摘要】實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高?；瘜W(xué)教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，近年來，隨著高等教育觀念的更新、手段的改進(jìn)、計(jì)算機(jī)化學(xué)的興起和化學(xué)知識(shí)的創(chuàng)新，使計(jì)算機(jī)模擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)成為可能。借助計(jì)算機(jī)模擬手段，可以解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)不足的問題，并根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)操作，盡可能避免直接接觸危險(xiǎn)及有毒的化學(xué)藥品，減少?gòu)U棄物的排放，提高學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，從而達(dá)到提高學(xué)習(xí)效率和教學(xué)水平的目的。

【關(guān)鍵詞】虛擬實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)模擬多媒體技術(shù)

在高等教育實(shí)現(xiàn)大眾化的今天，由于眾多主客觀因素制約，國(guó)內(nèi)許多高校教學(xué)質(zhì)量有所下降，特別是在實(shí)踐教學(xué)中，出現(xiàn)重視課堂理論教學(xué)，忽視成本高、難度和質(zhì)量彈性都較大的實(shí)踐教學(xué)。在全球競(jìng)爭(zhēng)高度激烈的時(shí)代，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)對(duì)人才所具備的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力的要求越來越高，如果高校所培養(yǎng)的學(xué)生理論基礎(chǔ)與實(shí)踐能力脫節(jié)，學(xué)生將無法立足于當(dāng)前的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，因此，加強(qiáng)高校實(shí)踐教學(xué)工作是我們必須要解決的重要任務(wù)。

目前，國(guó)家已將培養(yǎng)適應(yīng)新世紀(jì)現(xiàn)代化建設(shè)所需要的具有創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力和創(chuàng)業(yè)精神高素質(zhì)人才列為高等教育戰(zhàn)略工程，這種人才只有通過系列的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)才能得到有效的培養(yǎng)。而我校許多學(xué)科專業(yè)都屬于實(shí)踐性較強(qiáng)的應(yīng)用型專業(yè)，如何將學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力有機(jī)結(jié)合起來是我們面臨的難題，下面就如何培養(yǎng)提高學(xué)生的實(shí)踐能力談幾點(diǎn)自己的認(rèn)識(shí)：

我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃主要設(shè)置有無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、儀器分析以及物理化學(xué)等實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)分散在各門理論課程中，教學(xué)主要按照理論課講授的內(nèi)容順序自成體系，各門實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程尚未進(jìn)行整合形成一個(gè)科學(xué)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，內(nèi)容存在重復(fù)、脫節(jié)現(xiàn)象，不利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力；實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)單分散，多為一些驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的深度和廣度也不夠，知識(shí)也不能及時(shí)得到更新，學(xué)生很難將化學(xué)知識(shí)和操作技能應(yīng)用到工作中去解決實(shí)際問題；實(shí)驗(yàn)的教學(xué)手段基本上采用傳統(tǒng)的一塊黑板、一套舊式儀器設(shè)備、一本實(shí)驗(yàn)教材，缺乏計(jì)算機(jī)多媒體和先進(jìn)儀器等現(xiàn)代化教學(xué)手段，教學(xué)方法主要是學(xué)生課前預(yù)習(xí)，教師重點(diǎn)講解和指導(dǎo)，學(xué)生按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書“照方抓藥”，進(jìn)行機(jī)械式操作，最后填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，學(xué)生缺乏獨(dú)立思考和自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力；實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)安排偏少，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的實(shí)踐時(shí)間不能得到充分保證。

鑒于以上事實(shí)，我們認(rèn)為虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)將在一定程度上解決目前存在的問題，有助于培養(yǎng)和鞏固學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)基本理論、知識(shí)、方法、技能，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和綜合分析、解決問題能力以及培養(yǎng)學(xué)生初步的科學(xué)研究能力。其依據(jù)在于：化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室充分利用計(jì)算機(jī)多媒體的技術(shù)，將化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中的文、圖、聲像、動(dòng)畫各種因素有機(jī)組合在一起，把一些抽象理論、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、虛幻情景、跨越時(shí)空等因素，通過三維動(dòng)畫、視頻圖像、虛擬現(xiàn)實(shí)等手段形象生動(dòng)地展現(xiàn)出來，使學(xué)生通過多種感官刺激全方位地獲取豐富的信息，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察得很清楚，讓學(xué)生在計(jì)算機(jī)上操作也能達(dá)到身臨其境的效果，這樣就可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，起到良好的教學(xué)效果。

【摘要】傳統(tǒng)教學(xué)機(jī)房存在如下問題：實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建復(fù)雜，機(jī)房管理員需要為每臺(tái)機(jī)器安裝相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)軟件；實(shí)驗(yàn)課考核困難，給學(xué)生布置平時(shí)作業(yè)時(shí)，通常布置相同的題目，很難杜絕學(xué)生之間互相抄襲的現(xiàn)象；機(jī)房成本高、利用率低，部署實(shí)驗(yàn)室機(jī)房需要采購(gòu)大量計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，機(jī)房設(shè)備的維護(hù)也耗費(fèi)工作量。本文研究了面向計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬化技術(shù)，在在線虛擬實(shí)驗(yàn)室中通過Linux的虛擬化技術(shù)，為每個(gè)學(xué)生在服務(wù)器端創(chuàng)建獨(dú)享的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，教師在服務(wù)器端安裝實(shí)驗(yàn)軟件和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，只需要在服務(wù)器端配置一次實(shí)驗(yàn)環(huán)境，即可被所有的學(xué)生共享，從而大大地簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)機(jī)房的管理。

【關(guān)鍵詞】在線實(shí)驗(yàn)室；虛擬化；Linux操作系統(tǒng)

在傳統(tǒng)的教學(xué)機(jī)房中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建復(fù)雜、機(jī)房利用率低等問題。本文研究面向計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的在線虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，解決傳統(tǒng)機(jī)房教學(xué)的易用性問題。教師只需要在服務(wù)器端配置一次即可為所有學(xué)生提供相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在客戶端無須安裝實(shí)驗(yàn)軟件，學(xué)生使用瀏覽器即可訪問自己的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

1在線虛擬實(shí)驗(yàn)室要解決的問題

計(jì)算機(jī)類課程是實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，在機(jī)房進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生可以及時(shí)上機(jī)嘗試操作、消化所學(xué)內(nèi)容，能夠取得良好的教學(xué)效果。然而，傳統(tǒng)機(jī)房教學(xué)存在如下弊端。（1）傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建復(fù)雜。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，機(jī)房管理員需要為每臺(tái)機(jī)器安裝相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)軟件，教師需要將實(shí)驗(yàn)包（包括文檔、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）分發(fā)給學(xué)生，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前需要手動(dòng)配置自己的實(shí)驗(yàn)環(huán)境[1]。某些實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建尤其復(fù)雜，例如大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)，需要為每個(gè)學(xué)生分配多臺(tái)機(jī)器，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的大小可能超過1GB，Hadoop配置較為復(fù)雜。（2）傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課考核困難。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師給學(xué)生布置平時(shí)作業(yè)時(shí)，通常布置相同的題目，很難杜絕學(xué)生之間互相抄襲的現(xiàn)象；在最后的課程考核中，如果采用上機(jī)考核，無論是分發(fā)考試實(shí)驗(yàn)環(huán)境還是收取考試題目，都很復(fù)雜。（3）傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)機(jī)房成本高、利用率低。部署實(shí)驗(yàn)室機(jī)房需要采購(gòu)大量計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，機(jī)房設(shè)備的維護(hù)也消耗很多工作量[2]。本文研究面向計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的在線虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，解決傳統(tǒng)機(jī)房教學(xué)面臨的諸多問題。在線虛擬實(shí)驗(yàn)室通過Linux的虛擬化技術(shù)，為每個(gè)學(xué)生在服務(wù)器端創(chuàng)建獨(dú)享的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，教師在服務(wù)器端安裝實(shí)驗(yàn)軟件和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，只需要在服務(wù)器端配置一次實(shí)驗(yàn)環(huán)境，即可被所有的學(xué)生共享，從而大大簡(jiǎn)化了機(jī)房管理工作。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)全部保存在服務(wù)器端，可以隨時(shí)隨地登錄系統(tǒng)繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，不需要每次實(shí)驗(yàn)前再進(jìn)行一次環(huán)境配置。使用在線虛擬實(shí)驗(yàn)室，教師在服務(wù)器端可以為每個(gè)學(xué)生布置不同的實(shí)驗(yàn)題目，在一定程度上避免了互相抄襲。在最后的上機(jī)考核中，教師不再需要分發(fā)考試實(shí)驗(yàn)環(huán)境，還可以直接在服務(wù)器端收取考試結(jié)果，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)考核的工作量。使用在線虛擬實(shí)驗(yàn)室無須采購(gòu)大量硬件，資源的利用率更高，一臺(tái)服務(wù)器可以服務(wù)約100臺(tái)虛擬機(jī)，滿足相應(yīng)數(shù)量學(xué)生實(shí)驗(yàn)需要；虛擬實(shí)驗(yàn)室運(yùn)維工作可在網(wǎng)頁上通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)完成，快捷方便。傳統(tǒng)教學(xué)機(jī)房與在線虛擬實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)劣勢(shì)總結(jié)如表1所示。

2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀對(duì)比

1虛擬實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)介

虛擬實(shí)驗(yàn)是依托“虛擬現(xiàn)實(shí)”技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的一種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，利用?jì)算機(jī)及仿真軟件來模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境及過程，學(xué)生通過計(jì)算機(jī)操作來做實(shí)驗(yàn)，以代替或加強(qiáng)傳統(tǒng)的實(shí)物實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)一般通過虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。虛擬實(shí)驗(yàn)室是由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的一類適于進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)對(duì)象以及實(shí)驗(yàn)信息資源等，是一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)、技術(shù)交流、共同研究、協(xié)同工作的平臺(tái)。虛擬實(shí)驗(yàn)室最早由美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)的威廉•沃爾夫教授于1989年提出，被稱為“無墻的研究中心”。虛擬實(shí)驗(yàn)室具有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室無法比擬的特點(diǎn)，如資源共享性、互動(dòng)操作性、用戶自主性、安全性等，并且可以有效地減少實(shí)驗(yàn)設(shè)備購(gòu)置經(jīng)費(fèi)和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)。隨著虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的成熟，虛擬實(shí)驗(yàn)室在教育領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用［8］。

2機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)室

以“CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)”和“CAXA－EB”軟件系統(tǒng)為依托，利用VisualBasic6．0和C/C++開發(fā)了機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)室(見圖1)，包括三維虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和二維虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖測(cè)繪、齒廓范成原理、減速器拆裝等11個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)。學(xué)員可利用虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，完成并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師可利用該平臺(tái)查閱批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告。機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)室由服務(wù)器端核心處理模塊、客戶端實(shí)時(shí)運(yùn)算模塊、用戶管理模塊、機(jī)構(gòu)庫模塊、零件庫模塊等七大模塊組成。其中，機(jī)構(gòu)庫包含40多個(gè)常用機(jī)構(gòu)，零件庫包含80多個(gè)常用零件，標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)庫由100多個(gè)常用標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)組成，在線幫助信息庫有近5萬字的在線幫助信息［9－10］。目前機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)室已在全軍院校推廣使用。近幾年的教學(xué)應(yīng)用表明，機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)可部分取代實(shí)物實(shí)驗(yàn)，某些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)如簡(jiǎn)圖測(cè)繪、齒廓范成等可利用虛擬實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立完成;同時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)室大大擴(kuò)展了原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加了機(jī)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)、軸的設(shè)計(jì)、連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，并且實(shí)驗(yàn)室為開放性環(huán)境，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容還可根據(jù)需要繼續(xù)擴(kuò)充;另外，虛擬實(shí)驗(yàn)室是實(shí)物實(shí)驗(yàn)和課堂教學(xué)的有力補(bǔ)充，連桿機(jī)構(gòu)的基本形式和演化等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)進(jìn)一步理解和鞏固課堂知識(shí)具有重要作用，通過虛擬實(shí)驗(yàn)還可進(jìn)行一些實(shí)物實(shí)驗(yàn)很難實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)，如齒廓范成原理實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)的范成儀只能加工兩種參數(shù)的齒輪，而利用虛擬實(shí)驗(yàn)室可以任意設(shè)置加工參數(shù)。又如軸的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，可實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)修改，并及時(shí)觀測(cè)設(shè)計(jì)結(jié)果。虛擬實(shí)驗(yàn)室有效拓展了課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和空間，在提高課程教學(xué)效果和實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量及培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力方面，起到了非常重要的作用。

3虛擬實(shí)驗(yàn)室在課程教學(xué)中的作用

機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)室具備強(qiáng)大的模擬實(shí)驗(yàn)和相關(guān)輔助功能，對(duì)課程教學(xué)和能力培養(yǎng)具有非常重要的作用。

計(jì)算機(jī)教學(xué)除了課堂理論教學(xué),還有大量的實(shí)驗(yàn)教學(xué),實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教學(xué)活動(dòng)的重要環(huán)節(jié),實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課堂理論教學(xué)相輔相成。實(shí)驗(yàn)室主要對(duì)課程的理論作出科學(xué)驗(yàn)證或展開演繹,讓學(xué)生加深對(duì)理論的認(rèn)識(shí),同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)。但從目前情況來看,很多學(xué)校安排了較多的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、演示性實(shí)驗(yàn),而讓學(xué)生唱主角、自己動(dòng)手的實(shí)驗(yàn)開設(shè)很少。因此,在不同程度上影響到學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng),尤其是在硬件動(dòng)手能力方面。為了提高實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果,提高學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐能力,鑒于目前學(xué)校建有校園網(wǎng)并接入互聯(lián)網(wǎng)的情況,行之有效的方法是建立專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。

一、網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立

1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)VR(VirtualReality)是近幾年來信息技術(shù)迅速發(fā)展的產(chǎn)物,畢業(yè)論文是一門在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)和傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的交叉學(xué)科。其基本方法和目標(biāo)是集成并利用高性能的計(jì)算機(jī)軟硬件及各類傳感器創(chuàng)建一個(gè)使參與者處于身臨其境的、具有完善的交互能力、能幫助和啟發(fā)構(gòu)思的信息環(huán)境,即讓用戶在人工合成的環(huán)境里獲得角色的體驗(yàn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)具有三個(gè)基本特征。沉浸性,是指觀察者對(duì)虛擬世界的情感反映,這種感覺能使用戶全方位地投入這個(gè)虛擬世界,這是虛擬現(xiàn)實(shí)的首要特征。交互性,是指虛擬現(xiàn)實(shí)是一個(gè)開放的環(huán)境,能對(duì)用戶的輸入作出響應(yīng),并能通過監(jiān)控裝置來影響用戶和被用戶影響。想象性,是指虛擬現(xiàn)實(shí)不僅是一個(gè)媒體、一個(gè)高級(jí)用戶界面,還是一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng),它以生動(dòng)形象的形式反映設(shè)計(jì)者的思想。虛擬現(xiàn)實(shí)的三個(gè)基本特征強(qiáng)調(diào)了人在這個(gè)系統(tǒng)中的主導(dǎo)作用。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)按其功能不同,可以分為三種類型:沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。其中,桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是運(yùn)用軟件編程方法在顯示器上顯示三維場(chǎng)景,用戶通過鍵盤、鼠標(biāo)等設(shè)備與虛擬場(chǎng)景交互,它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低,易于推廣。

2.網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室