虛擬實驗室
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虛擬實驗室范文第1篇
長期以來，我國的大部分高校的實驗室或工程中心都處在規(guī)模發(fā)展的階段，隨著學校的學科的發(fā)展，根據(jù)某一時期的需要和某一學科的需要來采購實驗設備，管理上基本上是以實體實驗室為單位分戶管理。以河北省為例，目前有省部級以上重點實驗室（工程中心）281個，其中，國家級11個、省部級270個。目前一所省級綜合性重點高校一般都擁有15到20個大型實體科研實驗室（不包括教學型），然而隨著學科的不斷交叉融合，很多大型試驗受實體實驗室壁壘限制。如何打破這一壁壘，就成為解決這一問題的關鍵所在。
一、虛擬實驗室構(gòu)建的背景
目前，“虛擬實驗室”這一概念在我國的一些高校已經(jīng)出現(xiàn)并建立，虛擬實驗室被定義為是以計算機網(wǎng)絡為核心，將虛擬儀器通過網(wǎng)絡連接起來，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析和遠程操作的一個系統(tǒng)。它一般具有透明性、資源共享性、互動操作性、用戶自主性、擴展性以及安全性等特點，是傳統(tǒng)實驗室無法比擬的。我國高校虛擬實驗室主要有教學型和科研型兩種。教學型的實驗室如清華大學的“電力系統(tǒng)及大型發(fā)電設備安全控制和仿真”國家重點實驗室等，主要用于輔助科學研究?？蒲行吞摂M實驗室如中國科技大學物理仿真實驗軟件等。此外，還常用于校園模擬和仿真。
二、管理型虛擬重構(gòu)實驗室
（一）管理型虛擬重構(gòu)實驗室產(chǎn)生的背景
高校的實驗儀器設備在使用和日常管理上一般都依附于所屬的實驗平臺，而實驗平臺一般依附于所屬的院系。目前高校實行二級管理，在充分發(fā)揮各院系的工作積極性、創(chuàng)造性，提高管理效率的同時，也形成了高校內(nèi)部隱形區(qū)隔，這就造成了很多實驗設備不能共享，造成資源的浪費。大多數(shù)高校普遍采用的院校兩級開放共享平臺，實行“統(tǒng)管共用和專管公用”相結(jié)合的開放共享模式，這種管理模式的真正實施受到很多因素的制約，作為其實行的探路者，從決策的角度講就要求構(gòu)建一個在保證設備采購方式和管理方式不變的基礎上，維持資源學院所有制不變的情況下，借助網(wǎng)絡技術、地理信息技術、可視化技術和虛擬化技術，在網(wǎng)絡環(huán)境下和信息平臺上，構(gòu)建一個實驗室（工程中心）資源重構(gòu)系統(tǒng)，即管理型的虛擬重構(gòu)實驗室。管理型虛擬重構(gòu)實驗室能夠從資源功能、類別、用途、服務領域和科研方向上，對分布在各學院和各實驗室的資源進行歸納和梳理，打破資源空間、地域、時間和部門所有制的界限，實現(xiàn)科研資源在網(wǎng)絡信息平臺上的再組織，為全?？蒲匈Y源的整合、重構(gòu)、開放和共享提供一個理論可能、技術可行、實際可用的運作環(huán)境，順應不同學科、不同單位科研關聯(lián)度越來越緊密，學科交融也越來越深的趨勢，為支撐大科研和大項目的開展創(chuàng)建良好的條件。
（二）管理型虛擬重構(gòu)實驗室建設內(nèi)容
管理型虛擬重構(gòu)實驗室是以網(wǎng)絡為媒介，以實體實驗設備為載體，通過樂高式組合實現(xiàn)適應任何需求的實驗室建設。實驗室的運行完全是通過網(wǎng)絡平臺進行，訪問者可以瀏覽現(xiàn)有的實體實驗室和虛擬重構(gòu)實驗室的情況及儀器設備，也可以根據(jù)自己需要創(chuàng)建新的虛擬重構(gòu)實驗室，虛擬重構(gòu)實驗室中可以任意添加系統(tǒng)中的儀器設備，根據(jù)需要任意組裝，成立的虛擬重構(gòu)實驗室使用后可以申請解散或者保留。根據(jù)儀器設備的使用情況系統(tǒng)可以自動記錄使用次數(shù)，已經(jīng)建成的虛擬重構(gòu)實驗室逐漸形成適應使用用戶群的數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)，為后續(xù)進行同樣的實驗提供平臺。
（三）管理型虛擬重構(gòu)實驗室建設目標
虛擬重構(gòu)實驗室的建設，旨在保證設備采購方式和管理方式不變的基礎上，維持資源學院所有制不變的情況下，借助網(wǎng)絡技術、可視化技術和虛擬化技術，在網(wǎng)絡環(huán)境下和信息平臺上，構(gòu)建一個重點實驗室（工程中心）平臺信息享系統(tǒng)，實現(xiàn)以下目標：
1. 能夠?qū)θ５膬x器設備、實驗室等科研資源信息整合，實現(xiàn)“系統(tǒng)互聯(lián)、信息互通、功能協(xié)同、資源共享、績效共贏”。
2. 能夠迅速建立起目標明確的、專業(yè)化的虛擬重構(gòu)實驗室，將期望的、原來分散的資源整合組織在一起，而且可以取得“科研平臺專業(yè)化，資源管理集中化、資源使用共享化、資源運作分布化、資源狀況可視化”的效果。
3. 提供對儀器設備科研資源的高效、多樣化、可視化的導航、瀏覽和定位，使得用戶可以在短時間內(nèi)快速找到自己需要的科研資源信息，確定資源的確切位置和狀況。
4.通過對系統(tǒng)資源的使用頻率和平臺構(gòu)建的完整度情況，評價現(xiàn)有儀器設備的使用效率和作為缺失設備新增的可行性論證依據(jù)。
（四）管理型虛擬重構(gòu)實驗室功能
系統(tǒng)的總體功能包括：平臺展示、查詢定位服務、虛擬重構(gòu)實驗室管理、個人空間管理、系統(tǒng)資源管理和系統(tǒng)服務等主要功能。
1. 平臺展示服務，主要提供實驗室分類導航展示，實驗室簡介信息介紹，以及實驗室設備的詳情、圖片、視頻展示，使用戶從多角度更好的了解實驗室以及設備信息。
2. 查詢定位服務，主要從全校和實驗室角度分析，提供設備的精確與模糊查詢。結(jié)合多種查詢條件，方便用戶快速準確的定位到所需要的設備。
3. 虛擬重構(gòu)實驗室管理，主要依靠設備之間的相似屬性和關聯(lián)進行創(chuàng)建，內(nèi)部設備無須申請即可放入到公共實驗室內(nèi)，一個設備可以從屬于多個公共實驗室，方便用戶快速定位，提供上層決策支持。
4. 個人空間管理，主要為校內(nèi)每個教師用戶，提供一個用戶空間，進行校內(nèi)設備和實驗室的瀏覽和查詢，申請和加入虛擬重構(gòu)實驗室，個人信息更新等。
5. 系統(tǒng)資源管理，主要是為系統(tǒng)管理人員，提供系統(tǒng)設備的導入、維護、審核，內(nèi)部用戶角色信息維護和權限分配，以及虛擬重構(gòu)實驗室的申請審核管理等。
6. 系統(tǒng)服務，主要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的管理。
三、管理型虛擬重構(gòu)實驗室建設的意義
隨著國家科研投入的不斷積累及增多，科研機構(gòu)的規(guī)模已經(jīng)基本健全，正逐步由規(guī)模建設向內(nèi)涵建設發(fā)展。虛擬重構(gòu)實驗室以其開放性、創(chuàng)新性、可擴充性、低成本性等一些非常優(yōu)越的特點，為管理部門以及科研教師實驗提供決策數(shù)據(jù)依據(jù)的一種系統(tǒng)性網(wǎng)絡平臺。該實驗室打破科研設備管理部門、安放位置的壁壘，按照設備的科研功能統(tǒng)一規(guī)劃、組織設備并按照學科方向分類，即時掌握實驗設備的使用效果，為不同管理部門的科研設備提供一致的展現(xiàn)接口。隨著系統(tǒng)應用的普及，可以拓展服務領域進行校校聯(lián)合或者校企聯(lián)合形成區(qū)域聯(lián)盟資源共享系統(tǒng)；在引進人才或者拓展研究領域方面可根據(jù)擬進人才科研需求，虛擬現(xiàn)有的平臺條件，根據(jù)需求為其提供后期的支撐，搭建完善的科研平臺；在項目可行性論證中，可以借助于該系統(tǒng)進行基礎資源可行性論證，對項目開展的硬件環(huán)境和條件進行評估；在拓展交叉學科研究開展中，為學科交叉研究的基礎資源具備程度進行評估。
參考文獻：
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虛擬實驗室范文第2篇
關鍵詞：虛擬實驗室；Proteus；單片機應用
1Proteus簡介
Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總為廣州風標電子技術有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及器件。它是比較好的仿真單片機及器件的工具。雖然國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是現(xiàn)今世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。
Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。
Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：
（1）原理布圖；（2）PCB自動或人工布線；（3）SPICE電路仿真。
革命性的特點：
（1）互動的電路仿真
用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。
（2）仿真處理器及其電路
可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設計開發(fā)環(huán)境。
2虛擬實驗室構(gòu)建
LabcenterElectronics公司開發(fā)的Protues軟件，是唯一一種能進行各種處理其實時仿真、調(diào)試和測試的EDA工具。其具有實現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和PCB設計等功能。是目前世界上最先進、最完整的嵌入式系統(tǒng)設計與仿真平臺。KeiL Vision2軟件。該軟件支持眾多不同公司的芯片及編輯、編譯和程序仿真等于一體，還支持PLM、匯編和C語言的程序設計。選用Proteus來構(gòu)建虛擬電子實驗室，只需建立一個計算機局域網(wǎng)，由一臺服務器，一臺教師機和若干臺學生機（可根據(jù)班級學生數(shù)確定）組成。在服務器上安裝Proteus+Keil并進行相關設置，還可根據(jù)需要開發(fā)實驗教學指導系統(tǒng)。一旦建立起局域網(wǎng)Proteus虛擬實驗系統(tǒng)，就無需添置任儀器儀表和耗材，達到無損耗的實驗系統(tǒng)。
建立Proteus虛擬實驗室具有極大的可行性和現(xiàn)實意義。現(xiàn)有高等學校都擁有相當數(shù)量的公用計算機，具有校園網(wǎng)和實驗室局域網(wǎng)平臺資源。Proteus可在Windows98/NT/2000/XP/2003等操作系統(tǒng)環(huán)境下進行，其操作界面與Windows下的軟件很相似，學生己具備學習和使用Proteus的基礎技能。
在Proteus虛擬實驗系統(tǒng)中可開發(fā)各類電子及單片機應用系統(tǒng)實驗。包含模擬電路、數(shù)字電路和微處理器系統(tǒng)在內(nèi)的仿真實驗，并且不受任何元器件及工具條件的限制?？梢哉f，能使教學進入到一個無約束，可隨意進行創(chuàng)新開發(fā)設計的虛擬世界。
虛擬實驗室可以采用局域網(wǎng)進行多媒體教學，通過教師機對學生機方式教師可以同步演示電路圖，并講解其原理。根據(jù)電路原理圖的元件需求，學生可以在元件庫中找到相應的虛擬元件。整個實驗結(jié)束后，學生將數(shù)據(jù)輸入到電子實驗報告系統(tǒng)中，系統(tǒng)會自動生成實驗報告，然后將實驗報告發(fā)送到主機，整個實驗教學結(jié)束。同傳統(tǒng)的實驗教學相比，采用虛擬實驗室教學，效率更高，教師同學生的互動性更好。
3在Proteus虛擬實驗室進行實驗項目的過程
在Proteus虛擬實驗系統(tǒng)進行實驗或綜合性、設計性實驗項目，可以使原理圖設計、元器件選擇，性能測試，系統(tǒng)功能動態(tài)仿真，實驗結(jié)果的分析與實驗報告生成一個工程項目完整過程一氣呵成，使學生真正感受到生動、創(chuàng)新的樂趣，激發(fā)學生自動創(chuàng)新的興趣。徹底改變了傳統(tǒng)電子系統(tǒng)設計迷茫，反復，甚至全盤失敗的枯燥過程?；赑roteus虛擬實驗系統(tǒng)實驗過程，可按圖1所示流程進行。
有很多的電子設計與仿真軟件，如Orcad， Protel， Mutisim， Pspice等。這些軟件可以做頻率響應、噪聲分析等工作，但在做元件實時行為分析時效果卻不夠理想。而Proteus不僅具有上述軟件的仿真功能，還可以對各類單片機、ARM7進行實物模型的行為仿真，仿真圖形逼真清晰，并可以將實時仿真的結(jié)果以各種格式輸出。
參考文獻：
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[2]朱敏.虛擬實驗與教學應用研究[D].上海：華東師范大學，2006.
虛擬實驗室范文第3篇
關鍵詞：虛擬實驗室 實驗教學 VRML FLASH JAVA
中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2011)12-0217-02
1、前言
隨著計算機及網(wǎng)絡技術的發(fā)展，為構(gòu)建虛擬實驗室提供了強有力的技術支持。目前很多高校都存在一個問題，不少實驗教學中的實驗設備更新快，設備的更新需要大量資金，由于資金投入的不足，導致很多實驗教學不能正常開展。虛擬實驗室的建立，可以大大減少更新設備資金的投入，同時也給實驗教學帶來了一個新的模式。
2、虛擬實驗室的研究現(xiàn)狀
自從1989年，美國費吉尼亞大學（University of Virginia）的William wolf教授提出虛擬實驗室（Virtual laboratory）概念以來，虛擬實驗室的研究在發(fā)達國家十分普遍,尤其在美國更為明顯?；贘AVA技術的美國俄勒崗大學的VLAB物理實驗網(wǎng)站和美國巴爾的摩的約翰霍普金斯大學教育資源中心發(fā)起的虛擬物理實驗室項目，麻省理工大學建立的基于Web物理狀態(tài)檢測虛擬實驗室[1]，都美國研究虛擬實驗室比較典型的代表。
國內(nèi)，許多大學和研究所，也對虛擬實驗室有了一定的研究。北京大學設計的基于Web的網(wǎng)上虛擬實驗室3WNVLAB，是一個基于瀏覽器和WEB服務器，支持大計算量的交互式虛擬實驗室，該系統(tǒng)采用JAVA語言編寫。北京郵電大學遠程教育學院為學習者提供的網(wǎng)絡課程中，包括了虛擬物理實驗、虛擬電子電路實驗等資源，這些虛擬實驗資源采用Flash和HTML等技術開發(fā)，利于在網(wǎng)絡上傳播，可為學習者提供相關課程的實驗演示及功能操作等方面的訓練[2]。
3、基于網(wǎng)絡虛擬實驗室的系統(tǒng)架構(gòu)
通常系統(tǒng)可以采用C/S結(jié)構(gòu)或者B/S結(jié)構(gòu)，其中c/s結(jié)構(gòu)是兩層結(jié)構(gòu)，它將應用程序分為客戶端和服務器端。前端是客戶端，安裝相應的應用程序，后端是服務器，運行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，提高數(shù)據(jù)的查詢及管理。這樣的模式會導致“胖客戶/瘦服務器”模型，大量的應用程序集中在客戶端，而服務器僅僅起到管理的作用。一旦應用程序發(fā)生了變化，每一個客戶端就必須重新安裝應用程序，這給系統(tǒng)的維護和更新會造成很大的不方便。C/S結(jié)構(gòu)虛擬實驗室唯一在線的數(shù)據(jù)庫服務器成為系統(tǒng)可靠性的重大隱患[3]。
B/S結(jié)構(gòu)中，可以采用三層的瀏覽器/應用服務器/數(shù)據(jù)庫服務器（客戶顯示層/業(yè)務邏輯層/數(shù)據(jù)層）模式。它簡化了客戶端軟件，客戶端只需要通過Web瀏覽器向分布在網(wǎng)絡上的許多應用服務器發(fā)送請求命令，客戶端只需要安裝很少的配置文件，不需要其他的應用軟件的支持，更多的工作由服務器負擔，對數(shù)據(jù)庫的訪問與應用程序的執(zhí)行都集中在服務器上來完成，系統(tǒng)的開發(fā)、維護、管理和更新均在服務器端，系統(tǒng)的維護和更新極為方便[4]。其網(wǎng)絡模型結(jié)構(gòu)如下圖所示：
4、虛擬實驗室的實現(xiàn)技術
目前實現(xiàn)虛擬實驗技術有很多，各有特點，要根據(jù)不同的實驗類型及要求，采用不同的相關技術。
4.1 VRML
VRML是一種虛擬現(xiàn)實建模語言,用來進行三維場景的描述性語言,是在Internet網(wǎng)上實現(xiàn)全新的虛擬世界空間的關鍵性技術，具有分布式、交互式、平臺無關、三維、多媒體集成等特性，被稱為“第二代WEB”。其基本目標是建立Internet上的交互式三維多媒體，將VRML融合到虛擬實驗室中，可以大大增強虛擬實驗室的表現(xiàn)力。
4.2 Flash
Flash作為一種矢量多媒體技術，可以用于網(wǎng)絡交互動畫，它可以開發(fā)出具有很強功能交互式網(wǎng)絡動畫。Flas支持物體拖動操作，可用于虛擬實驗室中物體的移動，用Flash制作的虛擬實驗交互性非常強。
4.3 JAVA
Java是一種廣泛使用的網(wǎng)絡編程語言，它具有面向?qū)ο?、分布式、安全跨平臺及可移植等特性，并且最大限度地利用了網(wǎng)絡，用Java語言開發(fā)的軟件可以具有可視化、可聽化、可操作化的特點。另外，Java還提供了豐富的類庫，使程序設計者可以很方便地建立自己的系統(tǒng)。本文前面所提到的國內(nèi)外的虛擬實驗室，大多數(shù)都采用了Java語言編程實現(xiàn)。
4.4 LabVIEW
LabVIEW是美國國家儀器公司（NI公司）推出的功能十分強大的虛擬儀器圖形化編程平臺，采用圖形化編程語言――G語言，具有面板控件，有數(shù)據(jù)采集、分析、顯示的功能，因而容易實現(xiàn)虛擬儀器的軟件功能，還可以實現(xiàn)虛擬儀器的，通過Web瀏覽器中可以打開和運行虛擬儀器，直接控制服務器端程序的運行，獲得實驗運行結(jié)果。
5、結(jié)語
虛擬實驗室的建立可以減少實驗設備的投入，實現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)共享，能遠程控制各種虛擬實驗儀器和設備，實驗內(nèi)容更加豐富，實驗設備不受數(shù)量和質(zhì)量的限制，而且實驗者不受時間和空間的限制。但虛擬實驗室畢竟不能完全替代傳統(tǒng)實驗室，無論采用多么先進的技術來實現(xiàn)虛擬實驗，它和傳統(tǒng)實驗室相比，它的真實感，特別是提高學生動手實踐能力有一定的差距。因此，在提倡建立虛擬實驗室的同時，不能忽略了對傳統(tǒng)實驗室的建設。
參考文獻
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[6]楊宏,李國輝,常淑娟.基于LabVIEW的虛擬實驗室建設[J].現(xiàn)代電子技術,2010(7).
基金項目
云南省教育廳科學研究基金(09C0101)。
虛擬實驗室范文第4篇
網(wǎng)絡的出現(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行實時對話。作為教育本身來說，為了給社會培養(yǎng)更多的高質(zhì)量技術人才，其教學模式必將隨著通信手段的提高進行相應的改進，如何利用Internet進行網(wǎng)絡教學已成為近年來各國教育界的重要研究課題。其實遠程教學很早就開始了，如函授大學、電視大學等，只是由于現(xiàn)代的WWW技術給遠程教學提供了前所未有的交互性和巨大的資源共享潛力，遠程教學最近才得到如此重視。盡管目前人們對基于WWW的遠程教學模式還不是完全清楚，但有一點是確定的：基于WWW的遠程教學在不久的將來會成為一種重要的教育模式。作為一種教育模式，現(xiàn)代遠程教學應該是教師、學生、教學內(nèi)容、教學媒體四要素的綜合體現(xiàn)，是在WWW環(huán)境中展開的教學活動的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)形式。與現(xiàn)代教育一樣,現(xiàn)代遠程教育也應強調(diào)培養(yǎng)學生的能力、素質(zhì)與創(chuàng)造性，要求學生能靈活地掌握知識，其教育理論和學習理論應建立在建構(gòu)主義基礎上，強調(diào)以學為中心的教學模式。該教學活動應重點考慮以下三方面：要在學習過程中充分發(fā)揮學生的主動性，要能體現(xiàn)出學生的首創(chuàng)精神；要讓學生有多種機會在不同的情境下去應用他們所學的知識(將知識“外化”)；要讓學生能根據(jù)自身行動的反饋信息來形成對客觀事物的認識和解決實際問題的方案(實現(xiàn)自我反饋)。以上三點，即發(fā)揮首創(chuàng)精神、將知識外化和實現(xiàn)自我反饋可以說是體現(xiàn)以學生為中心的三個要素，是培養(yǎng)現(xiàn)代人才的必備條件。
然而，從目前的遠程課件來看，其網(wǎng)上素材基本分為兩類：靜態(tài)與動態(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；動態(tài)素材一般是在靜態(tài)素材中出現(xiàn)的一些動畫表現(xiàn)。雖然后者以動畫的形式表現(xiàn)，但并不具備可變性，不能給學生提供真實的情景，很難達到以上的三點要求，即很難保證學生的質(zhì)量。對于計算機專業(yè)來說，學生的大部分能力都是通過實驗得到的，真實的情景是現(xiàn)代遠程教學質(zhì)量提高的關鍵?；诖?網(wǎng)上實驗已成為遠程教學研究的重要方面，而且已有很多成果出現(xiàn)。ICHIGAN大學為操作系統(tǒng)和高級語言課程建立了網(wǎng)上系統(tǒng)實驗室，其實驗都是基于軟件環(huán)境的，不涉及硬件模擬；PURDU大學建立了一種交互式的網(wǎng)上學習環(huán)境：學生可在網(wǎng)上做一些簡單的交互式硬件實驗，但由于其代碼是用JAVA語言編寫的，其實驗的復雜度受到一定的限制。然而，對于計算機專業(yè)來說，其中很多實驗計算量相當復雜，例如處理器設計、復雜電路設計等，要完成真實的實驗過程，這些計算量在客戶端利用APPLET在執(zhí)行時間上是難以接受的。
針對目前網(wǎng)上實驗存在的問題，在實驗教學過程中，結(jié)合實際情況我們研究設計了《計算機組成原理》虛擬實驗室。從理論上講，《計算機組成原理》虛擬實驗室的研究是對傳統(tǒng)實驗教學模式的一種改革，為打破傳統(tǒng)模式的局限性，提高實驗教學質(zhì)量，促使實驗教學由實物實驗教學向虛擬實驗教學、遠程虛擬實驗教學發(fā)展，提供了最佳解決方法?！队嬎銠C組成原理》虛擬實驗室將遠程教育的概念引入到實驗教學之中，結(jié)合強大的網(wǎng)絡功能，使得以虛擬現(xiàn)實技術為基礎的網(wǎng)絡虛擬實驗室資源以及虛擬實驗室儀器設備等資源的共享成為可能，它允許人們通過網(wǎng)絡訪問和使用自己沒有的設備資源，使得處于不同地理位置的學習者可以同時對一個實驗項目進行實驗操作，實現(xiàn)用戶信息的協(xié)同共享，同時可以及時的接觸到最新的儀器。
在實踐意義上，《計算機組成原理》虛擬實驗室通過網(wǎng)絡設施建設和實驗教育應用功能的開發(fā)、通過運用現(xiàn)代先進的計算機技術來改善實驗教學環(huán)境，建立與現(xiàn)代信息技術相融合的網(wǎng)絡實驗教學系統(tǒng)，及時更新教學內(nèi)容，高效率傳播先進的科學技術，普遍提高學生實驗操作能力，從實踐中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。項目的研究和實施將極大緩解實驗設備經(jīng)費、實驗教學人員不足，實驗教學內(nèi)容更新緩慢等問題。極大提高學生的學習興趣和實驗操作能力，從實踐中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，并有助于校際之間、學校與科研院所之間、學校與企業(yè)之間及學校與社會之間實驗資源的交流和共享。
二、虛擬實驗室方案研究
1、功能架構(gòu)
《計算機組成原理》虛擬實驗室構(gòu)建了高等院校計算機組成原理的網(wǎng)絡實時虛擬實驗平臺，提供了運算器、控制器、靜態(tài)和動態(tài)存儲芯片、譯碼電路芯片、以及其它可編程芯片和常用的門電路邏輯芯片，可進行計算機組成原理的設計與虛擬實驗。并且在相關匯編編譯系統(tǒng)及監(jiān)控程序的配合下，同虛擬實驗電路一起，可實現(xiàn)更為高級的應用。《計算機組成原理》虛擬實驗室提供了高校實驗室的相關管理功能，包括實驗資源及信息的網(wǎng)上，實驗演示，學生實驗報告的編寫、實驗報告的提交匯總、教師對實驗報告的批改和評分管理，以及教師在線實驗答疑等主要功能；虛擬實驗室還提供了網(wǎng)上理論知識測試功能，有助于提高學生或其他使用者的理論知識水平，使得學生及其他使用者在計算機組成原理的理論和實踐這兩個層面上都能夠得到較好的提高。整個虛擬實驗室通過網(wǎng)絡設施建設和實驗教育應用功能開發(fā)，構(gòu)建一個集實驗教學、演示、操作、指導、結(jié)果提交管理為一體的數(shù)字化實驗教育環(huán)境，具體功能如圖1所示。
2、具體實現(xiàn)
（1）外部接口
《計算機組成原理》虛擬實驗室平臺采用易于擴展及平臺移植性好的Java語言實現(xiàn)，利用ASP實現(xiàn)實驗室的管理功能。虛擬實驗室平臺可運行于安裝Java虛擬機的各種平臺，管理系統(tǒng)則需要IIS的支持。
《計算機組成原理》虛擬實驗室主要用于高校計算機組成原理實驗，面向廣大學生和教師，其頂層圖如圖2所示：
（2）內(nèi)部接口
《計算機組成原理》虛擬實驗室基于硬件和軟件虛擬的特殊性質(zhì)，采用了多種結(jié)構(gòu)以支持電路的實驗設計和有效運行，從總體上主要劃分為三大模塊：虛擬時鐘、電路芯片、電路板連線。由虛擬電路板對三大模塊進行協(xié)調(diào)配合運行。虛擬時鐘和電路芯片采用線程結(jié)構(gòu)以提高運行的實時性，通過連線進行邏輯信號的實時傳送，以實現(xiàn)與真實電路相同的效果。
三、結(jié)論
在虛擬實驗室中通過鼠標的點擊及拖曳操作，用戶可以方便地進行虛擬、仿真實驗。虛擬實驗室具有透明性、互動操作性、資源共享性、用戶自主性、可擴展性、安全性等特點，能真正突破地域和時間的限制，達到遠程實驗教學的目的，它在教育、科研等領域中具有廣闊的應用前景，是實驗教學改革的一個新發(fā)展方向，也是今后遠程教育發(fā)展的主流與趨勢。
參考文獻：
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虛擬實驗室范文第5篇
關鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；故障診斷；遠程
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2012）30-7376-03
基于計算機網(wǎng)絡的遠程設備故障診斷就是將計算機網(wǎng)絡技術與設備故障診斷技術相結(jié)合，通過國際互聯(lián)網(wǎng)絡、局域網(wǎng)絡實現(xiàn)設備的遠程故障診斷。基于計算機網(wǎng)絡的遠程故障診斷作為一種新型方式必將引人們的關注，隨著互聯(lián)網(wǎng)開放式體系結(jié)構(gòu)逐步得到人們的廣泛認同，這種新型方式也將成為系統(tǒng)開發(fā)的必然趨勢。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設計
1.1 系統(tǒng)設計原則
遠程網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)的是為了利用網(wǎng)絡虛擬實驗室的優(yōu)勢來彌補傳統(tǒng)實驗教學儀器設備的不足，因此，在網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)設計時必須遵循以下幾個原則：
1）開放性原則：開放性是網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)構(gòu)建的首要條件。只要學生登入互聯(lián)網(wǎng)的任一終端，便能夠使用網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)。
2）交互性原則：網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)應具有良好的交互性。交互性不僅體現(xiàn)在用戶與網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)之間的交互，還體現(xiàn)在網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)各個模塊之間的交互。
3）直觀性原則：在實驗過程中不僅有數(shù)據(jù)的輸入和輸出，還要顯示相應的實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果，為此，在設計實驗系統(tǒng)時，系統(tǒng)界面要友好，數(shù)據(jù)和結(jié)果的顯示要直觀。
4）易于維護和管理的原則：網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)各功能模塊應安裝在服務器端，實現(xiàn)服務器端集中管理，所有實驗內(nèi)容的和維護只需在服務器上進行，教師也可以通過權限實現(xiàn)實驗信息的遠程管理。
5）經(jīng)濟性原則： 使用B/S模式網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)，學習者不必安裝專門的軟件，只需通過網(wǎng)絡瀏覽器便可以打開實驗系統(tǒng)。
1.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)以《機械故障診斷》課程實驗系統(tǒng)為研究對象，開發(fā)可在網(wǎng)絡上使用的虛擬故障診斷實驗。利用機械故障發(fā)生器、模擬轉(zhuǎn)子試驗臺、壓電式加速度傳感器、光電速度傳感器、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機等器件，編寫虛擬實驗軟件，并進行網(wǎng)絡，可實現(xiàn)遠程軸承故障診斷、齒輪故障診斷、旋轉(zhuǎn)機械的故障診斷等實驗。該虛擬故障診斷系統(tǒng)具有實驗資源共享、不受時間和地域限制等特點，能滿足課堂實驗教學和遠程實驗教學的需要。其體系結(jié)構(gòu)如圖1 。
虛擬實驗軟件功能主要包括：數(shù)據(jù)采集、信號顯示及存儲、時域分析、頻域分析、相關分析以及特征頻率計算等。
2 實驗系統(tǒng)的遠程功能實現(xiàn)
2.1 LabVIEW網(wǎng)絡通信技術
LabVIEW不僅是目前用于數(shù)據(jù)采集、信號處理和虛擬儀器開發(fā)的一個重要工具，而且還提供了豐富的網(wǎng)絡通信功能，其實現(xiàn)網(wǎng)絡通信功能的技術包括共享變量、TCP/UDP通信、DataSocket技術、遠程前面板技術等。依賴這些技術，研發(fā)人員不需要精通底層的網(wǎng)絡編程，僅需在LabVIEW中進行一些簡單設置，就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡通信功能?？紤]到本實驗系統(tǒng)的功能和特點，在分析了各種通信技術的基礎上，決定采用遠程前面板技術來實現(xiàn)遠程故障診斷實驗。
2.2 遠程故障診斷虛擬實驗的實現(xiàn)
首先利用LabVIEW開發(fā)服務器端故障診斷虛擬實驗儀器，再通過LabVIEW的遠程前面板技術，將LabVIEW開發(fā)的虛擬儀器作為一種ActiveX控件嵌入到Web網(wǎng)頁中，經(jīng)過相應的設置，將服務器端嵌入了虛擬儀器的Web網(wǎng)頁進行，成功后，用戶便可在客戶機上通過瀏覽器直接打開并運行位于服務器上的虛擬儀器程序，完成遠程信號檢測、分析與故障診斷的實驗任務。為了讓更多的客戶同時使用遠程前面板功能，需要向Nl公司購買授權，因為LabVlEW 默認的遠程前面板客戶端數(shù)是一個。服務器端可以使用“遠程面板連接管理器”工具來監(jiān)控客戶端的連接。
實現(xiàn)遠程故障診斷虛擬實驗的步驟是：① 配置LabVlEW 的Web Server；② 在服務器端計算機中打開虛擬儀器前面板；③在客戶端LabVIEW 中，選擇”操作->連接遠程前面板”，在彈出的對話框中設置服務器端計算機的IP地址、域名，單擊“Connect”即可。具體設置如下：
1）服務器端設置
打開服務器端的LabVIEW，啟動Web服務，并利用Web工具將網(wǎng)頁出去，實現(xiàn)Web服務器配置，具體步驟如下：
①服務器文件路徑和網(wǎng)絡參數(shù)設置
打開服務器端需要的遠程故障診斷虛擬儀器前面板，通過LabVIEW菜單欄中的“工具”菜單，打開“選項”子菜單的對話框，從中選擇“Web 服務器：配置”選項，接著激活“啟用Web服務器”選項，然后設置網(wǎng)絡參數(shù)，包括存放服務器文件（如的網(wǎng)頁文件）的根目錄、HTTP 端口和網(wǎng)絡連接超時時間。
②客戶端訪問權限設置
從主菜單“工具”菜單的“選項”子菜單中選擇“Web服務器：瀏覽器訪問”選項，顯示相應的對話框，設置瀏覽器地址和客戶機權限，客戶機權限分為“允許查看和控制”及“允許查看”兩類?！霸试S查看和控制”權限可瀏覽前面板并可以進行控制，“允許查看”權限只能瀏覽前面板。
③遠程故障診斷虛擬儀器訪問權限設置
從主菜單“工具”菜單的“選項”子菜單中選擇“Web服務器：可見VI”選項，顯示相應的對話框，從中設置可以被訪問的遠程故障診斷虛擬儀器以及被客戶端控制的時間長度。
④遠程故障診斷虛擬儀器網(wǎng)頁
從主菜單“工具”菜單的子菜單中選擇“Web工具”選項，在“VI 名稱”欄選擇要的遠程故障診斷虛擬儀器，并選擇查看模式。查看模式有嵌入、快照和顯示器三種，嵌入模式是把要的虛擬儀器前面板嵌入在網(wǎng)頁中，客戶端可遠程瀏覽和控制前面板；快照模式只把當前虛擬儀器前面板的靜態(tài)圖像到網(wǎng)頁中；顯示器模式是按設定時間間隔不斷更新虛擬儀器前面板的靜態(tài)圖像。為了既可以瀏覽前面板，又可以控制前面板，一般選擇嵌入模式。然后設置文件名和服務器的網(wǎng)頁地址，并保存。
2）客戶機端設置
客戶機端不需要任何編程工作，只要安裝LabVIEW Run-Time引擎，在網(wǎng)頁瀏覽器的地址欄中輸入服務器端配置的遠程故障診斷虛擬儀器網(wǎng)頁地址，就可打開遠程故障診斷虛擬儀器前面板并進行實驗。
3 系統(tǒng)測試
在客戶機端網(wǎng)頁瀏覽器的地址欄中輸入http：//IpAddr：Port/ViName.htm， 確認后便出現(xiàn)遠程故障診斷虛擬實驗室的主頁，如圖2所示，在這里點擊不同的實驗項目會有不同的網(wǎng)頁出現(xiàn)，如點擊軸承故障診斷實驗，便出現(xiàn)滾動軸承故障診斷實驗頁面，如圖3所示，通過這個頁面可以可以完成滾動軸承故障診斷實驗。
4 總結(jié)
本文以LabVIEW為虛擬儀器開發(fā)平臺，開發(fā)了遠程故障診斷虛擬實驗系統(tǒng)，通過測試，該系統(tǒng)可以對設備的故障作出準確診斷，該系統(tǒng)基本達到了預期的設計要求，很好的解決了實驗室儀器不足的缺陷。網(wǎng)絡化虛擬故障診斷儀器改變了傳統(tǒng)儀器的測量方法，打破了在同一地點進行數(shù)據(jù)采集、分析和顯示的傳統(tǒng)模式，實現(xiàn)了跨地域、跨時間的測量和診斷。
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