远程教育虚拟实验室初探.docx

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远程教育虚拟实验室初探

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【摘要】远程教育已经成为现代教育中不可或缺的重要组成部分。近年来，越来越多的多媒体资源运行在Internet上，它们为学习者提供了个性化的、自主式的、交互的、实时的学习环境。在众多的以文本、图片、动画、视频为主的网络教学资源中，逐渐崛起了利用网络技术、数据库技术、多媒体技术、虚拟现实等技术为设计核心的虚拟实验。这些实验解决了长期困扰远程教学中实践教学的欠缺问题，同时对于远程教育也提出了新的问题和挑战。

本文就建立一个基于网络的虚拟实验室提出了一套解决方案。全文重点围绕下面三个方面展开研究和讨论：虚拟实验室平台的模块研究与设计实现；虚拟实验子模块的研究与设计实现；虚拟实验室接口规范的研究。

【关键词】虚拟；实验室；子模块；WEB；技术

利用Internet开展远程教育已经逐步成为现代教育的重要组成部分，已经作为远程教育的一种重要社会化学习模式。而实践教学环节对于学生全面掌握专业知识，培养科学的思维能力和创造力起着至关重要的作用。利用网络提供虚拟实验的环境，为学习者提供身临其境的学习环境，逐渐成为网络资源提供者追求的目标。

一、虚拟实验室设计目标、开发环境与技术

虚拟实验室的主要设计目标是搭建一个虚拟实验室平台。对于一个平台，还需要方便的增加、删除和管理实验子模块的功能，为学生进入虚拟实验室注册登录、在线的同学间交流，向线上的辅导老师提出问题。平台还应具有评分功能，记录学生实验成绩，教师查看学生成绩，管理员查看和修改记录等。

虚拟实验室的研究与开发，离不开多媒体技术、WEB技术、数据库技术和虚拟现实技术的支持。

虚拟现实（VirtualReality，简称VR，又称为临境技术）最早于1989年由美国的J.Lanier创造并使用，通常指利用立体眼镜和传感手套等一系列传感辅助设施来实现的三维现实，使人们以自然的方式向计算机传送各种动作和信息，人们通过视觉、听觉以及触觉设施，感觉世界，随人们的动作变化感觉效果。按虚拟现实功能可分成三种类型：沉浸型虚拟现实系统；简易型虚拟现实系统；共享型虚拟现实系统。本文讨论的虚拟现实实验室是基于PC硬件环境的简易型虚拟现实系统。涉及的基本技术为：将文本、声音、图形、图像和各种类型的动画集成多媒体技术；以及丰富软件技术，如ASP、JSP、PHP和ASP等的Web技术和数据库技术，目前常用的关系数据库管理系统包括Access，SQLServer和Oracle。

二、虚拟实验室平台的虚拟实验环境

基于Internet的将向使用者提供一个在线参与交互性实验的环境。

在实验内容上，利用3D技术和VR技术实现虚拟现实对于沉浸性、交互性的要求，考虑到设计成本与具体实验内容的选取，最终设计为简易型的虚拟现实实验，不提供特殊的头盔、数据手套等传感设备，用户只需用鼠标操作。

在程序设计上，综合使用多种开发工具，例如ASP、JAVA、SQLServer2000、3DMAX、PHOTOSHOP、FLASH、Dreamweaver、Premiere、CoolEditPro、Fireworks等。在动画设计中，最常使用的软件是3DMAX。QuicktimeVR也是在虚拟现实技术中广泛应用的软件。

这里是运用3DMAX设计虚拟实验室的实例：

老牌的三维动画设计软件3DMAX最显著的特点和设计优势在于三维造型。

VR。QuicktimeVR主要用于虚拟现实中的场景设计，可以分为三维物体、360度全景和用热点链接的多个节点集合的场景三类。首先要利用数码相机对某物体或场景进行360度的全方位拍摄，然后，将所有的照片进行有机的组合，选择特定的点作为“热点”。用户通过鼠标操作对虚拟的物体或场景中进行全方位的观察，点击“热点”进入下一级链接。

实验室实验的过程一般是从先试件箱中选定一种试件，经过测量记录实验前的有关测量数据，然后将试件正确的安装到万能材料实验机上，接着对实验机进行一系列复杂的调整并开始实验，拉伸的结果是将试件拉断，然后对实验后的试件再进行测量，获得相应的数据，进行分析和比较并填写实验报告。

工程力学虚拟实验室课件中，设计有试件箱、计算机、资料柜、录像机等与实验相关的辅助设备，中间是电子式万能材料实验机。实验中设计了测量试件实验环节：利用鼠标，将试件盒中的试件直接拖拽到测试区中，然后，选择测量的卡尺测量试件，并记录每次的测量结果，这些数据会通过变量进行保存，供后面的实验使用并作为给定实验成绩的依据。

三、虚拟实验室平台的实验管理环境

从虚拟实验室结构上看，对于任何一个实验都应该包括实验预习、实验要求、实验步骤、实