关于高校中开展远程实验教学的研究与探索

来源:用户上传      作者: 孙　蔚　王　波　李　娟　施　刚　王秀梅

　　【摘要】近年来,随着虚拟技术和网络技术的发展,通过网络构建虚拟实验室已经成为可能,虚拟实验室已成为远程教学研究的重要方面。虚拟实验室的开发是高校“信息化校园”建设中教育环境虚拟化的一个重要组成部分。本文在分析虚拟实验室国内外研究现状及虚拟仪器开发技术的基础上,将虚拟仪器技术、数据库技术和网络技术应用于虚拟实验室的开发,构建了基于网络的虚拟实验室系统。
　　【关键词】虚拟实验室 Labview 网络
　　【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)09(b)-0044-01
　　
　　1 研究背景
　　实验教学是许多专业必须进行的一项教学活动,而掌握测量仪器和设备的操作使用方法是每个学生进行科学实验基本前提。传统的实验教学方法是学生在教师的指导下进行实验操作,此法工作量大故而教师很难对所有学生进行全面指导,既影响教学效果又容易造成仪器损坏。
　　虚拟实验室能借助于现代化信息技术可有效地扩大办学规模,通过网络技术为广大用户提供先进的虚拟实验平台,使得用户接触到以前根本不可能接触到的仪器设备,更方便、更直接地接受先进的实验教学,进行个性化的选择学习。
　　现代远程教育以网络的开放性、广泛性和灵活性吸引着社会上越来越多的受教育者,给学校的教学、工作方式带来了巨大的变化。网上现代远程教育就是利用计算机网络技术和计算机多媒体技术,在网络上通过电子教室、电子白板等手段,使学生和教师可以在异地进行的新型教学模式。
　　将虚拟仪器技术与计算机虚拟实验、网络虚拟现实相结合,则可以开展网上教学和远程实验,实现教学手段现代化。基于虚拟仪器的远程实验教学平台是现代多媒体教学与网络技术相结合的产物。在现有的高等教育条件下,采用网上现代远程教育形式,扩大高校教学资源的覆盖面,可以有效地缓解我国教育资源的不足与信息化时代巨大的社会教育需求之间的矛盾。
　　
　　2 所解决的主要问题
　　“实验先于理论,实验是科技之母。”可以说,没有实验就没有现代科学技术,忽视实验教学就难以培养出高素质人才。本课题针对高校学生教学管理的实际情况,研究开发基于虚拟仪器的远程实验教学系统,使教学工作实现科学化与规范化、信息化与自动化,提升办公效率,提高教育质量。
　　远程教育平台可以充分利用LabVIEW的强大的网络通讯功能,采用远程控制技术,开发虚拟实验教学系统中的各种虚拟仪器,并利用该教学系统进行远程电工电子类实验的教学。
　　
　　3 国内同一研究领域的现状与趋势
　　我国的高等学校中,教学、科研需要大量的测量分析仪器设备,特别是电子类实验教学,每种仪器都必须配置多套,而且有的仪器设备价格昂贵,因此仪器设备所需投资巨大,一般学校很难满足,造成许多学校仪器设备缺乏和过时陈旧等现象,严重影响教学科研。
　　传统仪器下的高校实验教学,已严重滞后于信息时代和工程实际的需要。其根本原因在于实验教学内容依附于课程设立,基本处于割裂状态,仪器设备不可能实现资源共享,在科学技术以摩尔定律发展的今天,高校不可能支付巨额的仪器设备更新资金,而且现代化生产要求电子仪器品种多、功能强、精度高、自动化程度高,而且要求测试速度快、实时性好、具有良好的人机界面。
　　随着信息通信技术的发展和互联网的广泛应用,教育管理智能化、规范化、集成化已经成为一种势在必行的趋势。
　　
　　4 理论价值、实践意义和创新性
　　基于虚拟技术的虚拟实验是我国普通高校和远程高等教育实验教学中易于构建、可以推广的模式。在远程教育的环境中,通过操作虚拟仪器可以替代真实仪器的操作,并显示直观的实验结果,从而在网络中建立一个虚拟的实验环境,同样使学生能够“身临其境”的进行“实际”操作和观察实验现象,实现实验教学远程化,弥补现行实验教学中实验教学仪器的不足;通过本平台,还可以与异地学习者进行交流与合作。这对现代远程教育具有十分重要的意义。
　　将虚拟仪器技术和计算机模拟仿真技术结合起来,通过数据交换共享结合起来建成虚拟仿真实验室,对一些科学现象和规律进行仿真实验,能够代替部分实际实验项目,供教师和学生进行教学与研究;另外,还可利用计算机模拟仿真软件对硬件实验进行模拟仿真,仿真的结果通过虚拟仪器系统进行观察、分析、处理。由于仿真软件和虚拟仪器均具有人机交互能力,因此,这个虚拟的交互式仿真能创造一种近乎进行真实实验的感觉。
　　目前,远程教学的内容主要是文字、音视频,而远程实验教学的实现是公认的难题。利用Internet资源和技术,如ASP(Active Server Pages,动态服务器主页)、Socket(套接字)等,将Internet与虚拟仪器技术结合起来,构建起远程虚拟实验室,可以为远程教育中实验教学提供一种全新的解决方案。
　　
　　5 思路设计(技术路线)
　　虚拟仪器的主要功能大多是由软件来体现的。我们可以利用虚拟仪器的软件开发平台――NI公司(美国国家仪器公司)的LabVIEW 8.5所提供的图形化、交互式的编程设计环境,利用网络环境,由鼠标和键盘操作虚拟化仪器界面(如同操作传统的电子测量仪器一样)。使用该平台学生可以实现远程的实验教学;同时,利用LabVIEW,学生还可以自己定义、设计仪器系统,以满足不同的要求。
　　针对本远程实验教学平台,开展本项研究的技术思路如下:
　　(1)技术准备。进一步确定方案;搜集、消化国内外虚拟仪器在远程教育中的成功经验和相关技术资料,为下一步的理论分析作好准备;
　　(2)理论研究。根据所确定方案确定各实验模块的具体功能;
　　(3)联网试验。将各实验模块发布到网上,并调试其功能;
　　(4)调试阶段。进一步完善试验平台功。
　　
　　6 结束语
　　网络高速发展的今天,如何利用网络为教育服务、如何完成中央和政府制定的“科教兴国”的战略方针,如何使中华民族在本世纪腾飞,都是我们科技工作者都应该考虑的。现代教育正向“终身教育”、“全球教育”、“以学生为主的创新教育”等方向发展,正是我们孜孜以求的目标。

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