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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 遠程教育與虛擬實驗室 因特網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展及其廣泛的應用 ,使之成為各種信息的載體 。 因特網(wǎng)虛擬實驗室已成為 21世紀新型的遠程教育模式 ,備受人們的重視 ,在改革傳統(tǒng)教學方法、教育資源共享、提高教學水平、節(jié)約教育投資等方面具有重要意義 。 關(guān)鍵詞 :虛擬實驗室 遠程教育 因特網(wǎng) 一、引 言 遠程教育是為克服傳統(tǒng)的面對面教育模式的某些不足 (招生人數(shù)有限、教育方法不靈活、教育資金浪費等 )而產(chǎn)生的一種新型教育模式 。 最初的遠程教育是函授教育 ;此后出現(xiàn)了由廣播電臺傳播信息的廣播大學 ； 當電視普及以后 ， 電視大學應運而生 。在上述三種遠程 教育方法中 ， 以電視大學的教學方式最優(yōu) 。 不僅能聽到聲音 ， 而且可以看到圖像 。 近些年來 ， 隨著計算機技術(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) ， 它能夠交互地同時處理、傳輸、管理文本、圖形、圖像、語言、視頻、動畫等多種形式的信息 。 多媒體遠程教育系統(tǒng)在一定程度上彌補了電視大學的某些不足 ， 但仍不能實現(xiàn)實驗操作 。 網(wǎng)上虛擬實驗室的出現(xiàn) ， 使遠程教育更趨完善 ， 為教育發(fā)展史寫下了光輝的一頁 。 在不足 20 年時間里 ， 因特網(wǎng)在全球得到了迅速發(fā)展 ， 已成為當今世界上覆蓋面最大、信息資源最豐富的計算機信息網(wǎng)絡(luò) 。 作為遠程教育的關(guān)鍵 的傳遞 ，因特網(wǎng)無疑具有明顯的優(yōu)勢 。 虛擬實驗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代一種全新的教育方式和科學研究方式 。 二、虛擬實驗室是今后高層次遠程教育的發(fā)展主流 函授、廣播、電視等遠程教育模式的所有功能 ， 在因特網(wǎng)上均能輕易實現(xiàn) 。 只要建立一個教育網(wǎng)站 ， 用戶就不再受時空的限制 ， 訪問教育網(wǎng)站就能夠接受到遠程教育 。 但僅限于此還不能充分體現(xiàn)出因特網(wǎng)強大的信息傳遞功能 。 基于因特網(wǎng)的虛擬實驗室的出現(xiàn) ， 將遠程教育提升到更高的層次上 。 虛擬實驗室 (概念 ， 是由美國弗吉尼亞大學 (的威廉·沃爾夫 (教授于 1989 年首先提出的 ， 它描述了一個計算機網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實驗室環(huán)境 ， 致力于構(gòu)筑一個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 。 虛擬實驗室提出的初衷是為了方便科學研究工作 ， 科 研人員在遠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 。 虛擬實驗室實質(zhì)上是一個分布式計算機系統(tǒng) ， 在該系統(tǒng)中 ， 配置有遙控、 遙測能力的網(wǎng)絡(luò)化研究設(shè)備和數(shù)據(jù)采集平臺 ， 有支持協(xié)作活動的各種工具 ， 建有可以支持數(shù)據(jù)共享的數(shù)字式圖書館 。 加入到因特網(wǎng)的虛擬實驗室可視為建立了一個可以演示、操縱、控制實驗的特殊網(wǎng)站 。 用戶可以在任何時候 ， 從任何地點訪問虛擬實驗室網(wǎng)站 。 它的建立大大提高了實驗教學的伸縮性和適應性 。 不同的學科專業(yè)的虛擬實驗室有各自的特點 。 但無論是學科專業(yè)的虛擬實驗室都是由各自的虛擬儀器 (組成的 。 虛擬儀器是指通過應用程序?qū)⒂嬎銠C與功能化硬件結(jié)合起來 ， 用戶通過友好的圖形界面來操作計算機 ，從而完成了對被測對象的數(shù)據(jù)采集、分析、判斷、顯示和數(shù)據(jù)存儲等 。 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算機資源和儀器硬件的測控能力結(jié)合起來 ， 實現(xiàn)儀器的功能運作 。 與傳統(tǒng)儀器不同的是 :在給定計算機運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” 。 應用軟件程序?qū)⒖蛇x硬件 (如 S - 232 、 ) 和可重復使用源碼庫函數(shù)等軟件結(jié)合起來實現(xiàn)模 塊間的通信、定時與觸發(fā) ， 源碼庫函數(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 。當用戶的學習目的或測試要求改變時 ， 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、自由組合的計算機平臺、硬件、軟件以及完成系統(tǒng)功能的必需附件組成的 。 虛擬儀器的這個特點是功能固定、彼此分離的傳統(tǒng)儀器所不具備的 。 三、虛擬實驗室在國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 虛擬實驗室概念的提出至今僅為十余年的時間 ， 但因其誘人的應用前景 ， 各國均在大力開發(fā) ， 已經(jīng)取得了一些進展 。 目前 ， 虛擬實驗室在發(fā)達國家已 十分普及 。 美國作為當今的科技強國 ， 為繼續(xù)保持其在科學技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位 ， 尤其重視信息技術(shù)的研究 ， 并已將虛擬實驗室列入其科研發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃 。 在 1991 年底 ， 美國科學基金會、美國國家科學研究顧問委員會所屬的計算機與遠程通信部組成了一個“全國 (科學 ) 合作實驗室委員會” ，其任務是調(diào)查科學家對信息技術(shù)的需求 ， 協(xié)調(diào)科研合作關(guān)系 ， 組織并實施具體的信息技術(shù)開發(fā) 。 此后 ， 美國聯(lián)邦政府投入資金在海洋學、天體物理學和分子生物學三大領(lǐng)域建造了各自的虛擬實驗室作為示范工程 ， 開展了一系列探索性研究并取得了實質(zhì)性進展 。 美國一些政府部門 ， 如能源部 ， 正在制定計劃將其所屬的科研機構(gòu)過渡到虛擬實驗室環(huán)境中 。 目前 ， 越來越多的科學家正投身于構(gòu)筑一個覆蓋全美國的虛擬實驗室的工作中來 。 作為首先提出虛擬實驗室概念 ， 并具有雄厚的科研實力和強大財力的美國 ， 從一開始就十分重視虛擬實驗室的研究與開發(fā) ， 在該領(lǐng)域的研究已處于領(lǐng)先地位 。 虛擬儀器系統(tǒng)及其圖形編程語言已成為各大學理工科學生的一門必修課 ， 其普及程度是相當廣泛的 。 國外的一些大學已組建了遠程虛擬實驗室 。 德國的漢諾威大學建立了虛擬自動化實驗室 ;西班牙大學電子系開發(fā)了電子儀器虛擬工作平臺 ;意大利帕瓦多大學建立了遠 程虛擬教育實驗室 ;新加坡國立大學開發(fā)了遠程示波器實驗和壓力容器實驗 。 四、虛擬實驗室的功能特點 虛擬實驗室具有傳統(tǒng)實驗室無法比擬的功能特點 ， 決定了它在科研、教育 (特別是遠程教育 ) 中的良好應用前景 。 (1) 透明性 虛擬實驗室的所有數(shù)據(jù)庫、硬件 ， 甚至人員集成于一個系統(tǒng) ， 使用標準的統(tǒng)一命令來實現(xiàn)功能服務 ， 這種 透明的結(jié)構(gòu)決定了虛擬實驗室的透明特征 。 (2) 資源共享性 建立虛擬實驗室的宗旨之一就是為了做到資源共享 。 為達到此目的 ， 需要建立統(tǒng)一查詢標準的電子圖書館、數(shù)據(jù)庫、智能化檢索系統(tǒng)、應用軟件庫等 ， 用戶可以共 享數(shù)據(jù)、軟件、硬件等相關(guān)資源 。 這個特性能夠減少重復投資 ， 大大節(jié)約投資成本 。 (3) 互動操作性 虛擬實驗室一旦開放 ， 即具有互動性 ， 遠程用戶同樣可以操作本地實驗室 ， 同時用戶之間可以交流信息 。 開放遠程用戶程序需要有一系列軟硬件的支持 ， 它們都是虛擬實驗室的組成部分 。 (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自己的數(shù)據(jù)、資料 ， 用戶具有充分的自主性 。 (5) 擴展性 在當今的信息時代里 ， 知識更新速度十分迅速 ， 新型的、性能更優(yōu)的儀器設(shè)備更新周期越來越短 。 因此 ， 虛擬實驗室的硬件 必須隨時更新 ， 軟件也要隨時升級 ，服務功能也要隨時增加 ， 虛擬實驗室必須具備性能升級、服務功能增加的特性 。