關鍵詞 虛擬實驗室 遠端 教育技術
迅速崛起的現代教育技術把虛擬實驗引入到了實驗教學中。虛擬實驗的應用改變了傳統的教育模式，使得教與學方式發生了革命性的變化。，用於實驗教學的計算機虛擬實驗軟體非常豐富，加上高校計算機及網路資源，為虛擬實驗的開設提供了必要的基礎條件。通過網路虛擬實驗室，能夠通過計算機在網路中模擬一些實驗現象，它不僅僅能夠提高實驗教學效果，更加重要的是對一些缺乏實驗條件的學生，通過網路同樣能夠身臨其境地觀察實驗現象，甚至和異地的學生合作進行實驗。
1 網路虛擬實驗室的發展及其特點
網路虛擬實驗就是在WEB中創建出一個視覺化的環境，其中每一個視覺化的物體代表一種實驗物件。通過滑鼠的點選以及拖曳操作，使用者可以進行虛擬的實驗。網路虛擬實驗實現的基礎是多媒體計算機技術與網路技術的結合。無論是學生還是教師，都可以自由地、無顧慮地隨時進入虛擬實驗室操作儀器，進行各種實驗。為實驗類課程的教學改革及遠端教育提供了條件和技術支援。許多國內外從事實驗室工作的者們在實踐中還提出這樣一些概念：Digital Lab、MBL（Micro-computer Based Lab），儘管這些名詞不統一，但他們的實踐從不同的層面實現了虛擬實驗室。
1．1 印地安那州立大學的MBL化學實驗室
該實驗室在給新生開化學實驗課時用計算機來輔助做這樣一些事，用計算機採集與實驗資料，用計算機展示實驗，在網上釋出相關的實驗指導材料。
1.2 芝加哥伊利諾伊大學數字化有機化學實驗室
該實驗室充分利用網路資源，在網上提供了一系列的實驗教學指導：線上實驗教材；實驗教學時間表；實驗測評、形式、時間；虛擬實驗；相關教學資源的連結等。他們還用計算機進行實驗教學的教務管理。
1.3 卡羅萊納州立大學的LAAP（Learn Anytime Anywhere Physics）
他們利用Java技術建立了基於Web的探索式虛擬物理實驗室，主要有以下幾個模組：基於Java Applet的虛擬實驗裝置和實驗設施；相關的實驗課程模組；實驗結果評價模組；協作學習模組。
虛擬實驗室最大的優點是成本低，效率高。因為“軟體即為儀器”，這樣就可解決因實驗經費不足或高檔次、高價位裝置缺乏所不能開出的實物實驗，同時也不會造成因使用不當，管理不善等因素造成的儀器損壞、元器件丟失等現象。同時虛擬實驗還可以模擬實驗室中沒有的裝置，而且還可以不受時空的限制方便地進行實驗 。另外，虛擬實驗室還應具備一些基本特徵：與現實的一致性（或現實的延伸）、高度互動性、實時的資訊反饋。
2 網路虛擬實驗室體系結構
網路虛擬實驗室應是一個集虛擬實驗教學管理系統、實驗課教學指導系統，網路實驗模擬等為一體的功能強大的網上執行系統。各部分之間相互聯絡相互補充，僅具有相對獨立性。開發虛擬環境，實現實驗模擬應是虛擬實驗室建設的核心部分。圖1是虛擬實驗室體系結構圖。
3 構建網路虛擬實驗室的關鍵技術
目前國內的虛擬實驗室研究還處於萌芽階段，國外已經有很多大學進行了這方面的研究。他們所使用的技術，可以看出大多可以劃分下面幾類：
3.1 Jａｖａ技術
Java是一個廣泛使用的網路程式語言，它是一種新的計算概念。首先，作為一種程式設計語言，它簡單、不依賴於機器的結構、具有可移植性、安全性、並且提供了併發的機制、具有很高的效能。其次，它最大限度地利用了網路，Java的小應用程式（applet）可在網路上執行而不受CPU和環境的限制。另外，Java還提供了豐富的類庫，使程式設計者可以很方便地建立自己的系統，這一點對於構建網上虛擬實驗室系統來說也是非常關鍵的。
3.2 ActiveX控制元件
ActiveX技術允許不同軟體開發的元件在上可以互相進行操作。Ac?鄄tiveX使用了微軟的'元件物件技術使得本地的元件可以和網路上的元件進行通訊，使用ActiveX開發的另一個好處在於它的程式碼複用性，也就是說在虛擬實驗室的開發過程中，一個實驗儀器可以在多個實驗環境中重複使用，這一點對於持續開發過程尤為重要。這種技術使得一個大的工程專案可以劃分成小塊的元件，也就相當於把複雜工程簡單為一個個組成部分，完成了每個組成部分之後整合起來就可以得到最終的專案。可以開發ActiveX元件的環境有很多，其中開發效率最高和最易上手的是Visual Ba?鄄sic。
3.3 VRML技術
VRML是虛擬實境描述模型語言 (Virtual Reality Modeling Language) 的簡稱。它是描述虛擬環境中場景的一種標準，也是在網上實現虛擬現實的關鍵性技術。VRML的基本特徵包括分散式、互動式、平臺無關、三維、多媒體整合、逼真等，被成為“第二代WEB”，已經被越來越多的人們所重視。國際標準化組織1998年1月正式將其批准為國際標準。VRML是一種建模語言，其基本目標是建立Internet上的互動式三維多媒體，也就是說，它是用來描述三維物體及其行為的，可以構建虛擬境界。用VRML實現與Internet虛擬現實互動有下面幾個好處：豐富了媒體表現形式、協同工作角色的視覺化管理、改善了協同環境的使用者介面、增強了協同環境的互動性。可見，將VRML融合到網上虛擬實驗室的開發過程中，既可以增強表現力和使用者的接受力，又可以實現較好的協同工作虛擬化環境。
3.4 ASP技術
ASP（Active Server Pages，動態伺服器端網頁），內含在Internet Information Server 3.0及其以上版本中，提供一個伺服器端的指令碼環境，用於產生和執行動態、高效率的網路伺服器程式。ASP不只是動態的網頁，它更是當今眾多的Web應用程式實作方式之一，它負責整個Web應用程式的控制部分。ASP提供五個內建的物件供使用者呼叫，即Re?鄄quest物件（取得使用者資訊）、Response物件（傳送資訊給使用者）、Server物件（提供訪問伺服器的、屬性）、Application物件（用於多個使用者在多個網頁間共享資訊）和Session物件（用於單個使用者在多個網頁間共享資訊）。
4 網路虛擬實驗室開發過程當中應注意的幾個
機軟體技術到今天，為虛擬實驗室開發提供了極大的方便。開發所需的系統軟體或工具均支援物件導向的程式設計。它們都有事件驅動的支援，訊息迴圈的程式設計方法及多媒體操作技術。在開發過程當中要注意以下幾個問題：
事件觸發時機的選擇，實際操作當中某個按鈕按下後並不立即反映，需要延時迴應，外部介面的輸入訊號或其它資訊往往是定時觸發或隨機觸發的事件，若為隨機觸發的事件則可用一定時限內的隨機數來取代固定時間。
事件聯鎖關係或動態順序關係可以存放在一張資料庫表中描述，修改方便。給定相應的條件、控制範圍，自動形成資料表，使資料和程式獨立。
模擬聲音，要使實驗達到逼真，除了模擬控制檯實物景象，還要模擬它們實驗環境中的各種聲音，如汽笛聲、按鈕按動聲、內部機械動作聲等。這樣，才能使學生在實驗室有身臨其境的感覺，全身心地投入。
模擬檯面各種動作的結果，檯面上每個控制元件的動作都會觸發一定的事件。這些事件在實物裝置中是靠機械、電路等去完成，而現在將這些機械及電子邏輯關係使用計算機軟體實現。
故障發生器，在實際工作中除了裝置正常情況下的操作，還有各種意外情況，如某些裝置故障的情況。此時，要求在虛擬系統中也能模擬手柄失靈、儀表訊號不顯示及自然災害發生的情況等，即給實驗增加一些難度，強化學生實際操作能力。
5 結束語
虛擬實驗技術在實驗教學中具有廣闊的應用、發展前景，隨著虛擬實驗的普及，其優越性會被越來越多的人認識。但要使虛擬實驗技術真正得到推廣應用，關鍵還是觀念的改變，首先是教師觀念的改變，除了具有創新精神和能力外，還應有一個的投資理念，在實驗室建設和發展中，充分考慮投資效益，建設化的實驗室。其次要培養一支高素質的實驗隊伍，不斷地進行知識更新，加強學習，重視資訊的收集、加工、應用，瞭解掌握最新技術，促進實驗教學發展。虛擬實驗的應用和發展，加快了實驗室發展和實驗教學改革，促進了觀念的改變。是培養創新人才的新的實驗手段。
虛擬實驗在21世紀實驗教學中必將佔有重要地位，無疑會起到很大的作用。
1 崔光佐．基於多媒體和Internet的輔助教學模式［Ｊ］．CAI快訊，1999
2 王河，顧君忠．Internet上協同環境的虛擬現實互動技術［Ｊ］．計算機應用