虛擬實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)專業(yè)論文

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一、虛擬實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比的優(yōu)勢(shì)

（一）虛擬實(shí)驗(yàn)有利于提高實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果

在高校中，實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容要求具有探索性、創(chuàng)新性和開放性，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要求學(xué)生在開放的環(huán)境中主動(dòng)思考、分組協(xié)作來(lái)完成。而學(xué)校傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)采用的是真實(shí)的實(shí)驗(yàn)器材，在空間和時(shí)間上都比較有限，即使是開放實(shí)驗(yàn)也是在有限的資源中盡可能地開放。而虛擬實(shí)驗(yàn)運(yùn)用的是虛擬實(shí)驗(yàn)軟件讓學(xué)生在借助網(wǎng)絡(luò)的條件下，在任何時(shí)間任何地點(diǎn)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。因此，運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)將新技術(shù)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于提高實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。

（二）虛擬實(shí)驗(yàn)有利于潛能的釋放和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)

在虛擬實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)上，學(xué)生可以隨時(shí)隨地參與實(shí)驗(yàn)，從而拓展了教師的教學(xué)空間，這樣使得教師可以在教學(xué)外的時(shí)間里對(duì)學(xué)生進(jìn)行跟蹤教學(xué)，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，為師生的交流增添了機(jī)會(huì)和渠道。而且學(xué)生之間也可以利用這個(gè)平臺(tái)相互溝通，共同探究問(wèn)題，解決問(wèn)題。因此，虛擬實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生自我潛能的釋放和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。

（三）虛擬實(shí)驗(yàn)有利于因材施教

虛擬教學(xué)平臺(tái)是以學(xué)生為主體的教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生可以在平臺(tái)上根據(jù)自己的情況選擇符合自己實(shí)際情況的實(shí)驗(yàn)，教師可以根據(jù)各個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行分類指導(dǎo)。這樣，各個(gè)階層能力的學(xué)生都能夠通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與教師進(jìn)行交流，完成實(shí)驗(yàn)。從而使得學(xué)生們的自信心得到提高，主動(dòng)性得到增強(qiáng)。

二、構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

本文立足西部地方高校的現(xiàn)狀，結(jié)合西安科技大學(xué)計(jì)算機(jī)類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)際，分析研究實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，探索提出優(yōu)化計(jì)算機(jī)類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的有效途徑。以計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問(wèn)題的能力為導(dǎo)向，計(jì)算機(jī)類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)為研究對(duì)象，軟件、硬件和網(wǎng)絡(luò)為專業(yè)方向，多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系結(jié)構(gòu)為支撐，虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)監(jiān)控與評(píng)價(jià)為保障，實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為載體，實(shí)際實(shí)驗(yàn)為主，虛擬實(shí)驗(yàn)為輔，構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。

（一）構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

1.提供實(shí)驗(yàn)室基本服務(wù)，如Oracle等數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)、Web虛擬主機(jī)服務(wù)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理服務(wù)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享服務(wù)等。同時(shí)加強(qiáng)管理集中式Web應(yīng)用服務(wù)，如網(wǎng)絡(luò)安全管理系統(tǒng)、技能考試系統(tǒng)和培訓(xùn)管理系統(tǒng)等。

2.建立虛擬獨(dú)立服務(wù)器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化實(shí)驗(yàn)的需求，通過(guò)認(rèn)證實(shí)現(xiàn)對(duì)外的虛擬化界面和開放的實(shí)驗(yàn)服務(wù)。

3.整合現(xiàn)有設(shè)備和服務(wù)，構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

（二）構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系結(jié)構(gòu)

結(jié)合多年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)室的功能特點(diǎn)，將計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為硬件類、軟件類和網(wǎng)絡(luò)類，設(shè)計(jì)由演示型、基礎(chǔ)型、綜合型、設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新型五個(gè)實(shí)驗(yàn)層次構(gòu)成的虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。演示型：該類實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是直接運(yùn)行虛擬仿真模型，顯示運(yùn)行結(jié)果；基礎(chǔ)型：學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書給出的組件連接圖和組件參數(shù)設(shè)置表，通過(guò)搭建和調(diào)試基本模型；綜合型：該類實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由若干基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)組合而成；設(shè)計(jì)型：設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)只給出原理框圖，該類實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ绞墙o學(xué)生提出一個(gè)問(wèn)題，不限定解決問(wèn)題的方法，由學(xué)生提出設(shè)計(jì)方案并加以實(shí)現(xiàn)；創(chuàng)新型：該類實(shí)驗(yàn)教學(xué)是針對(duì)學(xué)有余力的優(yōu)秀學(xué)生，幫助其提高創(chuàng)新能力的進(jìn)一步訓(xùn)練，鼓勵(lì)他們自主創(chuàng)新，提出若干具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，參加各類創(chuàng)新競(jìng)賽，申請(qǐng)并完成創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等。

（三）建立虛擬實(shí)驗(yàn)監(jiān)控評(píng)價(jià)機(jī)制

1.引入虛擬實(shí)驗(yàn)后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)監(jiān)控評(píng)價(jià)機(jī)制需要更新優(yōu)化，該機(jī)制是實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程質(zhì)量的保證。虛擬實(shí)驗(yàn)中，教師除了評(píng)價(jià)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)操作的邏輯性、完整性之外，還要將學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)中參與的情況納入評(píng)價(jià)范疇來(lái)考慮，比如學(xué)生參與討論的次數(shù)、與其他同學(xué)網(wǎng)上協(xié)作的情況、與教師互動(dòng)的狀況等。因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)需要對(duì)整個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全程進(jìn)行自動(dòng)記錄和監(jiān)控，為虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的評(píng)價(jià)提供客觀依據(jù)。

2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)目標(biāo)，把實(shí)驗(yàn)按照難易程度分解成若干實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，設(shè)定每個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的分值，或把一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目按梯級(jí)形式分成若干部分，標(biāo)定每一級(jí)分值，根據(jù)完成的級(jí)數(shù)，由學(xué)生自我積分，最后由教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)分?jǐn)?shù)做出適當(dāng)調(diào)整。這樣實(shí)驗(yàn)步驟清晰，有利于一些動(dòng)手能力比較強(qiáng)、理解問(wèn)題比較快的學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)多做實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)的積極性，擴(kuò)大知識(shí)面。

（四）解決的實(shí)驗(yàn)教學(xué)問(wèn)題

1.自閉型實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問(wèn)題

實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)將精品課程、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、工程實(shí)踐、科技競(jìng)賽等內(nèi)容的優(yōu)質(zhì)資源引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來(lái)，達(dá)到優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共享，虛擬實(shí)驗(yàn)不僅節(jié)省了實(shí)驗(yàn)成本，還給學(xué)生提供了實(shí)驗(yàn)自由，并且從空間、設(shè)備、時(shí)間、內(nèi)容全方位開放，使得學(xué)生能有更好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源和更加寬松自由的環(huán)境做實(shí)驗(yàn)搞科研，極大地提高了學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源緊張的問(wèn)題

由于計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅猛，計(jì)算機(jī)設(shè)備更新?lián)Q代的速度飛快，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源十分緊張，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研活動(dòng)受到了很大的限制，虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)平臺(tái)可以彌補(bǔ)這方面的不足，通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)和優(yōu)質(zhì)資源共享，學(xué)生在任何地方都可以做各種各樣的實(shí)驗(yàn)，獲得跟真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣的體驗(yàn)，從而豐富感性認(rèn)識(shí)，加深對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，教學(xué)活動(dòng)和學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫連接。同時(shí)，購(gòu)置實(shí)驗(yàn)設(shè)備的成本也大幅下降，實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)承載量的壓力得到了很大的緩解，實(shí)驗(yàn)設(shè)備損耗也極大地降低。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)監(jiān)控評(píng)價(jià)缺失的問(wèn)題

實(shí)驗(yàn)教學(xué)監(jiān)控評(píng)價(jià)體系的缺失導(dǎo)致學(xué)生出現(xiàn)缺乏實(shí)驗(yàn)興趣，盲目應(yīng)付實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)缺乏客觀性等現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)監(jiān)控設(shè)備，實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以清楚地掌握每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況，同時(shí)，通過(guò)設(shè)定相應(yīng)的評(píng)價(jià)依據(jù)，可以幫助教師客觀公正地評(píng)價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果，給予學(xué)生較為合理的實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

作者：司明 龍熙華 李占利 單位：西安科技大學(xué)