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he of it of of 1st of in of to of in of in is is to of is of a of is a of of of V Of of to V. be In as of In 0 in in as of no a is on to a of Ⅱ of in on be As as of an eb be to be to to to to of a of be to a of by ? 989, it a to in to an In a of of of of in on of as of in is a in is of of a of to it is a by is of to of as of in a to to of of is in a of is to " To is by s a of of is a of of Ⅲ of in at ut of a of in At in as s in to to in of on a in At 991, of up a "to of is to of to of As of of to of in a a of of a is up a a e of a of of a Ⅳ ,of be to in a (1) or a of a to of of of (2) he of a is of of in to do To to a of a (3) at of is to a of an of (4) in a to to (5) n s of of be up to to at at to of of of 遠(yuǎn)程教育與虛擬實(shí)驗(yàn)室 因特網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展及其廣泛的應(yīng)用 ,使之成為各種信息的載體 。 因特網(wǎng)虛擬實(shí)驗(yàn)室已成為 21世紀(jì)新型的遠(yuǎn)程教育模式 ,備受人們的重視 ,在改革傳統(tǒng)教學(xué)方法、教育資源共享、提高教學(xué)水平、節(jié)約教育投資等方面具有重要意義 。 關(guān)鍵詞 :虛擬實(shí)驗(yàn)室 遠(yuǎn)程教育 因特網(wǎng) 一、引 言 遠(yuǎn)程教育是為克服傳統(tǒng)的面對(duì)面教育模式的某些不足 (招生人數(shù)有限、教育方法不靈活、教育資金浪費(fèi)等 )而產(chǎn)生的一種新型教育模式 。 最初的遠(yuǎn)程教育是函授教育 ;此后出現(xiàn)了由廣播電臺(tái)傳播信息的廣播大學(xué) ； 當(dāng)電視普及以后 ， 電視大學(xué)應(yīng)運(yùn)而生 。在上述三種遠(yuǎn)程 教育方法中 ， 以電視大學(xué)的教學(xué)方式最優(yōu) 。 不僅能聽(tīng)到聲音 ， 而且可以看到圖像 。 近些年來(lái) ， 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的迅速發(fā)展 ， 出現(xiàn)了教育多媒體系統(tǒng) ， 它能夠交互地同時(shí)處理、傳輸、管理文本、圖形、圖像、語(yǔ)言、視頻、動(dòng)畫(huà)等多種形式的信息 。 多媒體遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)在一定程度上彌補(bǔ)了電視大學(xué)的某些不足 ， 但仍不能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作 。 網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室的出現(xiàn) ， 使遠(yuǎn)程教育更趨完善 ， 為教育發(fā)展史寫(xiě)下了光輝的一頁(yè) 。 在不足 20 年時(shí)間里 ， 因特網(wǎng)在全球得到了迅速發(fā)展 ， 已成為當(dāng)今世界上覆蓋面最大、信息資源最豐富的計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò) 。 作為遠(yuǎn)程教育的關(guān)鍵 的傳遞 ，因特網(wǎng)無(wú)疑具有明顯的優(yōu)勢(shì) 。 虛擬實(shí)驗(yàn)室正是建立在以因特網(wǎng)為信息載體的基礎(chǔ)上 ，它的產(chǎn)生向人們展示了信息時(shí)代一種全新的教育方式和科學(xué)研究方式 。 二、虛擬實(shí)驗(yàn)室是今后高層次遠(yuǎn)程教育的發(fā)展主流 函授、廣播、電視等遠(yuǎn)程教育模式的所有功能 ， 在因特網(wǎng)上均能輕易實(shí)現(xiàn) 。 只要建立一個(gè)教育網(wǎng)站 ， 用戶就不再受時(shí)空的限制 ， 訪問(wèn)教育網(wǎng)站就能夠接受到遠(yuǎn)程教育 。 但僅限于此還不能充分體現(xiàn)出因特網(wǎng)強(qiáng)大的信息傳遞功能 。 基于因特網(wǎng)的虛擬實(shí)驗(yàn)室的出現(xiàn) ， 將遠(yuǎn)程教育提升到更高的層次上 。 虛擬實(shí)驗(yàn)室 (概念 ， 是由美國(guó)弗吉尼亞大學(xué) (的威廉·沃爾夫 (教授于 1989 年首先提出的 ， 它描述了一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境 ， 致力于構(gòu)筑一個(gè)綜合不同工具和技術(shù)的信息化、網(wǎng)絡(luò)化的集成環(huán)境 。 在這個(gè)環(huán)境里 ， 用戶可以非常有效地利用世界上分布的各種數(shù)據(jù)、信息、儀器設(shè)備及人力等資源 。 虛擬實(shí)驗(yàn)室提出的初衷是為了方便科學(xué)研究工作 ， 科 研人員在遠(yuǎn)程即可從事研究工作 :使用儀器設(shè)備、共享數(shù)據(jù)資源、交流信息等 。 虛擬實(shí)驗(yàn)室實(shí)質(zhì)上是一個(gè)分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ， 在該系統(tǒng)中 ， 配置有遙控、 遙測(cè)能力的網(wǎng)絡(luò)化研究設(shè)備和數(shù)據(jù)采集平臺(tái) ， 有支持協(xié)作活動(dòng)的各種工具 ， 建有可以支持?jǐn)?shù)據(jù)共享的數(shù)字式圖書(shū)館 。 加入到因特網(wǎng)的虛擬實(shí)驗(yàn)室可視為建立了一個(gè)可以演示、操縱、控制實(shí)驗(yàn)的特殊網(wǎng)站 。 用戶可以在任何時(shí)候 ， 從任何地點(diǎn)訪問(wèn)虛擬實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站 。 它的建立大大提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的伸縮性和適應(yīng)性 。 不同的學(xué)科專業(yè)的虛擬實(shí)驗(yàn)室有各自的特點(diǎn) 。 但無(wú)論是學(xué)科專業(yè)的虛擬實(shí)驗(yàn)室都是由各自的虛擬儀器 (組成的 。 虛擬儀器是指通過(guò)應(yīng)用程序?qū)⒂?jì)算機(jī)與功能化硬件結(jié)合起來(lái) ， 用戶通過(guò)友好的圖形界面來(lái)操作計(jì)算機(jī) ，從而完成了對(duì)被測(cè)對(duì)象的數(shù)據(jù)采集、分析、判斷、顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等 。 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器相比 ， 有其相同的一面 ， 又有不同的一面 。 相同點(diǎn)是 :虛擬儀器同樣具有三大功能 ， 即數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理、結(jié)果顯示 。 虛擬儀器以透明的方式把計(jì)算機(jī)資源和儀器硬件的測(cè)控能力結(jié)合起來(lái) ， 實(shí)現(xiàn)儀器的功能運(yùn)作 。 與傳統(tǒng)儀器不同的是 :在給定計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力和必要的儀器硬件以后 ， 構(gòu)造和使用虛擬儀器的關(guān)鍵技術(shù)在于軟件 ， “軟件即儀器” 。 應(yīng)用軟件程序?qū)⒖蛇x硬件 (如 S - 232 、 ) 和可重復(fù)使用源碼庫(kù)函數(shù)等軟件結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)模 塊間的通信、定時(shí)與觸發(fā) ， 源碼庫(kù)函數(shù)為用戶構(gòu)造自己的虛擬儀器系統(tǒng)提供了基本的軟件模塊 。當(dāng)用戶的學(xué)習(xí)目的或測(cè)試要求改變時(shí) ， 可以方便地由用戶自行增減硬軟件模塊或重新配置系統(tǒng)以滿足測(cè)試要求 。 綜上所述 ， 虛擬儀器是由用戶自己定義、自由組合的計(jì)算機(jī)平臺(tái)、硬件、軟件以及完成系統(tǒng)功能的必需附件組成的 。 虛擬儀器的這個(gè)特點(diǎn)是功能固定、彼此分離的傳統(tǒng)儀器所不具備的 。 三、虛擬實(shí)驗(yàn)室在國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 虛擬實(shí)驗(yàn)室概念的提出至今僅為十余年的時(shí)間 ， 但因其誘人的應(yīng)用前景 ， 各國(guó)均在大力開(kāi)發(fā) ， 已經(jīng)取得了一些進(jìn)展 。 目前 ， 虛擬實(shí)驗(yàn)室在發(fā)達(dá)國(guó)家已 十分普及 。 美國(guó)作為當(dāng)今的科技強(qiáng)國(guó) ， 為繼續(xù)保持其在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位 ， 尤其重視信息技術(shù)的研究 ， 并已將虛擬實(shí)驗(yàn)室列入其科研發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃 。 在 1991 年底 ， 美國(guó)科學(xué)基金會(huì)、美國(guó)國(guó)家科學(xué)研究顧問(wèn)委員會(huì)所屬的計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程通信部組成了一個(gè)“全國(guó) (科學(xué) ) 合作實(shí)驗(yàn)室委員會(huì)” ，其任務(wù)是調(diào)查科學(xué)家對(duì)信息技術(shù)的需求 ， 協(xié)調(diào)科研合作關(guān)系 ， 組織并實(shí)施具體的信息技術(shù)開(kāi)發(fā) 。 此后 ， 美國(guó)聯(lián)邦政府投入資金在海洋學(xué)、天體物理學(xué)和分子生物學(xué)三大領(lǐng)域建造了各自的虛擬實(shí)驗(yàn)室作為示范工程 ， 開(kāi)展了一系列探索性研究并取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展 。 美國(guó)一些政府部門(mén) ， 如能源部 ， 正在制定計(jì)劃將其所屬的科研機(jī)構(gòu)過(guò)渡到虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中 。 目前 ， 越來(lái)越多的科學(xué)家正投身于構(gòu)筑一個(gè)覆蓋全美國(guó)的虛擬實(shí)驗(yàn)室的工作中來(lái) 。 作為首先提出虛擬實(shí)驗(yàn)室概念 ， 并具有雄厚的科研實(shí)力和強(qiáng)大財(cái)力的美國(guó) ， 從一開(kāi)始就十分重視虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究與開(kāi)發(fā) ， 在該領(lǐng)域的研究已處于領(lǐng)先地位 。 虛擬儀器系統(tǒng)及其圖形編程語(yǔ)言已成為各大學(xué)理工科學(xué)生的一門(mén)必修課 ， 其普及程度是相當(dāng)廣泛的 。 國(guó)外的一些大學(xué)已組建了遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)室 。 德國(guó)的漢諾威大學(xué)建立了虛擬自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室 ;西班牙大學(xué)電子系開(kāi)發(fā)了電子儀器虛擬工作平臺(tái) ;意大利帕瓦多大學(xué)建立了遠(yuǎn) 程虛擬教育實(shí)驗(yàn)室 ;新加坡國(guó)立大學(xué)開(kāi)發(fā)了遠(yuǎn)程示波器實(shí)驗(yàn)和壓力容器實(shí)驗(yàn) 。 四、虛擬實(shí)驗(yàn)室的功能特點(diǎn) 虛擬實(shí)驗(yàn)室具有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室無(wú)法比擬的功能特點(diǎn) ， 決定了它在科研、教育 (特別是遠(yuǎn)程教育 ) 中的良好應(yīng)用前景 。 (1) 透明性 虛擬實(shí)驗(yàn)室的所有數(shù)據(jù)庫(kù)、硬件 ， 甚至人員集成于一個(gè)系統(tǒng) ， 使用標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一命令來(lái)實(shí)現(xiàn)功能服務(wù) ， 這種 透明的結(jié)構(gòu)決定了虛擬實(shí)驗(yàn)室的透明特征 。 (2) 資源共享性 建立虛擬實(shí)驗(yàn)室的宗旨之一就是為了做到資源共享 。 為達(dá)到此目的 ， 需要建立統(tǒng)一查詢標(biāo)準(zhǔn)的電子圖書(shū)館、數(shù)據(jù)庫(kù)、智能化檢索系統(tǒng)、應(yīng)用軟件庫(kù)等 ， 用戶可以共 享數(shù)據(jù)、軟件、硬件等相關(guān)資源 。 這個(gè)特性能夠減少重復(fù)投資 ， 大大節(jié)約投資成本 。 (3) 互動(dòng)操作性 虛擬實(shí)驗(yàn)室一旦開(kāi)放 ， 即具有互動(dòng)性 ， 遠(yuǎn)程用戶同樣可以操作本地實(shí)驗(yàn)室 ， 同時(shí)用戶之間可以交流信息 。 開(kāi)放遠(yuǎn)程用戶程序需要有一系列軟硬件的支持 ， 它們都是虛擬實(shí)驗(yàn)室的組成部分 。 (4) 用戶自主性 用戶可以制定自己使用的虛擬儀器的方式 ， 允許用戶采取必要的措施保護(hù)自己的數(shù)據(jù)、資料 ， 用戶具有充分的自主性 。 (5) 擴(kuò)展性 在當(dāng)今的信息時(shí)代里 ， 知識(shí)更新速度十分迅速 ， 新型的、性能更優(yōu)的儀器設(shè)備更新周期越來(lái)越短 。 因此 ， 虛擬實(shí)驗(yàn)室的硬件 必須隨時(shí)更新 ， 軟件也要隨時(shí)升級(jí) ，服務(wù)功能也要隨時(shí)增加 ， 虛擬實(shí)驗(yàn)室必須具備性能升級(jí)、服務(wù)功能增加的特性 。