以数字化为依托 创办高职院校虚拟实训基地
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作者: 岳浩
［摘 要］高职院校实训基地是否具有较多的高新技术,是否具有与之相适应的教学模式,是高职教育能否办出特色、办出成效的关键。
［关键词］高职院校毕业生；无缝对接；虚拟实训基地
［中图分类号］G641 ［文献标识码］A ［文章编号］1005-6432（2010）49-0232-02
1 高新技术条件下高职院校实训基地建设的基本要求
1.1 先进性
实训基地的建设必须一开始就把握技术发展的前沿,运用现代技术,集成先进的器件和设备,做到适度超前并留有可发展的空间。开发先进的实训设备还可有效地推动课程建设,提高教师的业务水平。
1.2 适用性
先进的设备必须适合课堂教学。不可能将大型的流水线和重型设备搬进实训基地,必须将这些操作对象和设备进行模块化、模拟化、仿真化处理，使之既具备实物的一切特征,又能放在实训基地里作为训练对象；既有助于教师的讲解,又能使学生感受到以往课堂上无法感受到的那种职业氛围,使教师的授课生动形象,学生的实操方便有效。
这些设备是给学生训练用的,使用频率高,要求设备必须安全、方便、可靠、适用。这就需要开发研制人员既要有扎实的理论基础,又要有丰富的实践教学经验,能根据实际需要,开发实训设备和模块。
1.3 多层次
建设高水平的实训平台所需资金较多,在追求实训基地先进性的同时,应考虑同时满足相关专业各层次的需要,避免重复建设。我们的体会是,该实训平台的定位应能同时满足四个层次的实训要求。第一层次：理论验证及单项技术运用能力的培养；第二层次：旨在提高动手能力和综合技术的应用能力；第三层次：可满足学生创新活动和毕业设计的要求；第四层次：为教师提供教学研究和科技开发的实验平台。
1.4 充分利用现代化教学手段
具有高技术含量的实训基地,更应注意提高实训课程的教学效率与质量。可利用网络技术、电子教室、实景播录等手段,更好地开展课堂讨论、优秀程序展示和讲评、控制参数和结果的演示等活动,使高新技术的实训教学更加形象、生动、活泼、有效。
2 网络虚拟实训基地概述
虚拟实验是综合运用多媒体、计算机网络和虚拟现实等技术而产生和发展的一种实验模式。虚拟实验在实验的本体逼真性和应用普适性,以及给予实验者现场实时感受和实验效果等方面,是传统的模拟实验和仿真实验根本无法相比的。在高职院校,虚拟实验一般是通过虚拟实训基地或虚拟实训工厂进行的,本文将其统称为虚拟实验室,并以网络虚拟实验室(Web-based Virtual Laboratory)为例进行论述。
网络虚拟实验具有沉浸性、交互性和想象性特点,能降低认知难度,能提供给学生“真实”的体验；以网络为载体,在普通PC上运行,其开发成本较低,普适性强；学习者通过校园网或互联网进行实验,不受时间和空间的限制。
虚拟实验相对于传统实验,既可缩短训练的时间,又可获得直观、真实的效果,还能对那些不可视的结构原理和不可重组的精密设备作仿真实训。
建立基于虚拟仪器技术的虚拟实验室系统,以软件编程代替实际实验,并提供实验项目的远程访问服务,能够有效解决职业类院校中由于实验资源紧张带来的一系列问题,已成为职业类院校实验室建设的一种必然趋势。与传统实验教学相比,网络虚拟实验室具有如下特点：
第一,可降低科研成本和节省研究经费,并能够充分发挥现有科学仪器的作用,提高使用效率,尤其是通过联网后能实现大型科学仪器的资源共享,避免了大型仪器设备的重复添置、购买和浪费。
第二,突破了传统实践教学模式受时间、地点的限制,并且可以利用计算机网络提高实践教学效率,更好地培养学生独立分析问题、解决问题的能力。进一步提高学生的实践技能。
第三,强调“网络就是实验仪器”的概念。网络在实验中充当了以往由操作台和设备实现的角色。通过建立网络虚拟实验室,远程教育的学习者不必担心缺乏实验条件,也不必为实验到处奔波,他们通过网络中的基于虚拟仪器的虚拟实验环境,同样能够“身临其境”地观察实验现象和进行“实际”操作,甚至和异地的学习者合作进行实验。
3 网络虚拟实训基地系统技术探讨
3.1 使用JAVA进行开发
JAVA是一种软件编程语言,旨在为Internet发展而使网页由静态转为动态,并可产生“小应用程序”的一种简化语言,是最重要的一种网上通用语言。JAVA具有简单、面向对象、分布式、解释型、安全以及可移植等多种特性,更重要的是,它跨平台的特性满足了“网络计算机”的思想。JAVA小程序可到客户端的浏览器中执行,极大地丰富客户端接口的表现形式,提高了交互能力。它可用多种语言和工具来编写,这些独立的组件可重用或组合使用,更使用户的接口和交互能力进一步得到扩展。用JAVA语言开发的软件可以具有可视化、可听化、可操作化的交互、动画。JAVA的这些特性对基于Web虚拟实验室的构建相当有用。
3.2 NET技术
Microsoft.NET是微软公司推出的面向网络的开发平台的简称,是新一代的软件开发方式、发行方式和使用方式。NET技术的核心是NETFramework,它提供了一个全新的环境,在此环境下,可以用多种语言开发出在Windows平台上运行的各种复杂的分布式应用程序。Microsoft.NETFramework是一个平台,在这个平台上可以使用多种语言开发Windows应用程序、ASP.NETWEB应用程序、移动Web应用程序以及XMLWebService等。
3.3 使用VRML技术进行三维虚拟实验室的开发
VRML是一种三维场景的描述性语言,是在Internet上实现全新虚拟世界空间的关键性技术。其基本原理是用文本描述三维场景,在Internet上传输,利用三维图形生成技术在本地机上应用多传感交互技术以及高分辨显示技术,由VRML浏览器解释生成逼真的三维虚拟场景,使用者戴上特殊的头盔、数据手套传感设备,或利用键盘、鼠标等输入设备,进行实时交互,感知和操作虚拟世界中的各种对象,从而获得身临其境的感受和体会。
在教学领域中应用虚拟现实技术时,能够为学生提供生动逼真的学习环境,用VRML实现与Internet虚拟现实交互丰富了媒体表现形式、实现了协同工作角色的可视化管理改善协同环境的用户界面,因而增强了协同环境的交互性。
3.4 使用ActiveX控件进行开发
ActiveX技术是Microsoft为适应网络发展的需要而将OLE技术在Internet上的重定义,是一组使用COM使得软件部件能够在网络环境中进行交互的技术集,被广泛应用于Web服务器以及客户端的各个方面。
通过构建ActiveX控件,能够允许不同软件商开发的组件在网络上实现互操作,使得本地的组件可以和网络上的组件进行通信；用ActiveX技术进行开发的另一个好处在于它的代码可复用性。应用ActiveX技术建立的虚拟实验室需要编译成网络发行文件包,并进行数字签名,镶嵌在网页中运行。在客户端第一次运行时,需要在注册表中进行注册,这给不熟悉的用户带来了不便。并且,ActiveX控件只能运行在基于Microsoft Windows的操作系统,因而移植性和通用性较差。
3.5 使用Flash进行开发
Flash技术采用矢量图形技术,生成的动画体积小,适合在网络上传播。其动作脚本语言ActionScript具有丰富的语言元素,包括常量、变量、运算符、表达式、函数、属性、动作、对象和电影剪辑等。具体说来,通过对Flash中的ActionScript的深入编程来开发虚拟实验,具有以下优点：文件小、无极缩放不变形；通过场景变换可设计不同的界面,Flash动画支持物体拖动操作,可用于虚拟实验室中物体的移动；ActionScript提供了XMLSocket的组件,它支持将XML对象通过Socket发送出去,并可以从服务器端接收数据,这为客户端直接与服务器接通提供条件,也为网络实施仿真实验提供了可能。
3.6 基于仿真软件
基于类似于Matlab、LabView、NI模拟器等仿真开发网络虚拟实验室,可以利用现代商业化的产生,例如，LabView是美国NI公司推出的一种基于G语言的虚拟仪器软件开发工具,它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。使用LabView这种语言编程时,基本上不需要写程序代码,取而代之的是流程,这为虚拟仪器设计者提供了一个便捷、轻松的设计环境。利用它,设计者可以像搭积木一样,轻松组建一个测量系统和构造自己的仪器面板,而无须进行任何烦琐的计算机代码的编写与系统设计的功能分析。
4 结 论
本文分析了基于网络虚拟实验室特点,对网络虚拟实验室的系统构架及软件开发技术进行了一定深度的探讨,对虚拟实验室设计的功能目标进行深入阐述。在职业教育高速发展的伴随着计算机相关技术的发展,基于网络虚拟实验室必将现代实践教学将扮演起来越重要的角色,对职业教育中实践教学将发挥其巨大的作用。拓宽思路,开发软件。对于难以实现实际生产的化工、安全、制约类专业的校内实训,要利用现代信息技术开发软件,在校内建立虚拟车间、虚拟工艺、仿真软件等,为学生实际操作提供仿真操练的机会,并通过实地考察企业来解决与实际生产的对接问题。
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