基于計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺研究

谷冰

摘? ?要：計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)在很多領(lǐng)域有應(yīng)用，文章對其實(shí)用性進(jìn)行分析，同時(shí)對計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)平臺構(gòu)建問題進(jìn)行探究。在計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)目標(biāo)的指導(dǎo)下，對計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的體系架構(gòu)、功能模塊、軟硬件設(shè)施等進(jìn)行分析，并針對在實(shí)際應(yīng)用中計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的功能進(jìn)行剖析。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī);虛擬仿真;實(shí)驗(yàn)平臺

社會在發(fā)展，計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)也隨之產(chǎn)生，計(jì)算機(jī)的各項(xiàng)功能也被很多領(lǐng)域重新要求，處理信息的時(shí)效性更被關(guān)注。為了滿足人們對各種信息的需求，在現(xiàn)實(shí)世界基礎(chǔ)上研發(fā)了計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)，將這種技術(shù)應(yīng)用到高等教育中能夠促進(jìn)高等院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深入發(fā)展，在打破原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)局限性的基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。本研究闡述了計(jì)算機(jī)虛擬化和虛擬仿真平臺的構(gòu)建，并通過計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺鍛煉學(xué)生動(dòng)手操作能力。

1? ? 計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)和計(jì)算機(jī)虛擬仿真平臺

1.1? 計(jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)

計(jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)是指計(jì)算機(jī)并非在真實(shí)的情況下運(yùn)行，而是通過虛擬技術(shù)來完成工作。生活中需要的各種信息可以通過計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)來完成整合和收集。計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)可以在同一個(gè)平臺同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，這些應(yīng)用程序可以在虛擬化技術(shù)下獨(dú)立完成操作，而且互相之間不會受到任何影響，這可以顯著提高計(jì)算機(jī)的工作效率。在實(shí)際生產(chǎn)工作中，虛擬技術(shù)可以解決新舊硬件設(shè)施的交替問題，根據(jù)用戶的使用需要，借助虛擬化技術(shù)將其進(jìn)行重新整合。計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在一定的缺點(diǎn)，所以，在使用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)的時(shí)候也要對這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行充分的研究和分析。

1.2? 計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺

計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺是在Web技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)上建設(shè)的，它的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相對具有網(wǎng)絡(luò)化特點(diǎn)。教學(xué)實(shí)驗(yàn)室在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的作用下完成了數(shù)字化和虛擬化操作。很多學(xué)校已經(jīng)開始對計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行更深入的研究了，隨著新型課程改革方案的落實(shí)，高校對計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加重視，研發(fā)力度加強(qiáng)，各種計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺也相繼被構(gòu)建出來。

2? ? 計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的設(shè)計(jì)目標(biāo)和設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1? 設(shè)計(jì)目標(biāo)

對真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行模擬。計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的構(gòu)建需要完善的設(shè)備設(shè)施，這樣的實(shí)驗(yàn)操作可以讓學(xué)生對學(xué)習(xí)更感興趣，也能讓學(xué)生有身臨其境的感覺。對實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程也要全部跟蹤記錄。計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺能夠提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度，學(xué)生可以通過平臺完整地掌握自己每個(gè)實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)和步驟，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。最后可以讓教師自主提出實(shí)驗(yàn)要求。教師的授課需求可以利用計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的設(shè)立來充分實(shí)現(xiàn)。

2.2? 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)將擺脫時(shí)間和空間的限制，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)更開放，更輕松，這種教學(xué)方式可以擴(kuò)展到所有網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的模式中。真正實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺跨網(wǎng)訪問操作的資源開放，計(jì)算機(jī)資源共享可以使學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題能夠通過這種虛擬的簡單實(shí)驗(yàn)操作來解決，同時(shí)對學(xué)生也能給出正確的指導(dǎo)。

3? ? 計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)仿真平臺設(shè)計(jì)構(gòu)想

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的建設(shè)應(yīng)遵循創(chuàng)新和發(fā)展的理念以及為教學(xué)服務(wù)的原則，其本質(zhì)特性仍基于實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺。在具體實(shí)施環(huán)節(jié)中，有效地將校園網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、傳統(tǒng)儀器設(shè)備等現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施在虛擬實(shí)驗(yàn)資源獨(dú)特優(yōu)勢的體現(xiàn)情況下通過網(wǎng)絡(luò)得以互聯(lián)。下面作出具體分析。

3.1? 虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境應(yīng)具有互通性

計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境是在真實(shí)環(huán)境基礎(chǔ)上通過計(jì)算機(jī)合成的，學(xué)生在這種實(shí)驗(yàn)平臺上進(jìn)行的各種實(shí)驗(yàn)科目都可以不受時(shí)間和地點(diǎn)的束縛，自由操作，充分實(shí)現(xiàn)身臨其境的真實(shí)體驗(yàn)感。

3.2? 基于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的前提

之所以建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺，是為了讓學(xué)生在進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的過程中掌握實(shí)驗(yàn)原理、學(xué)習(xí)試驗(yàn)方法，提高實(shí)驗(yàn)技能，不是為了虛擬而虛擬。

3.3? 虛擬實(shí)驗(yàn)資源整合和共享

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)資源的發(fā)布、傳播和共享，通過多種技術(shù)、多個(gè)平臺的操作實(shí)現(xiàn)對全校范圍開放。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課應(yīng)該與專業(yè)需求貼近，培養(yǎng)應(yīng)用型人才，借助云計(jì)算平臺，建立基礎(chǔ)型、硬件型、軟件型等分層分類的建設(shè)體系。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的基礎(chǔ)上得以實(shí)現(xiàn)。高校計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺如圖1所示。

圖1? 大學(xué)計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心

4? ? 計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1? 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)合得良好與否直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)包括安全驗(yàn)證服務(wù)器、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)服務(wù)器、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)服務(wù)區(qū)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)區(qū)等服務(wù)器。學(xué)生實(shí)驗(yàn)區(qū)的主要構(gòu)成部分是借助儀器設(shè)備與本地虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以借助Web服務(wù)器直接進(jìn)行訪問。通過虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network，VPN）接入局域網(wǎng)的優(yōu)勢，可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器互聯(lián)，并且突破訪問資源的限制。如果想開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，則可以借助遠(yuǎn)程桌面。

4.2? 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能應(yīng)涵蓋實(shí)驗(yàn)教學(xué)與教學(xué)管理。

資源配備：應(yīng)用軟件和系統(tǒng)管理等項(xiàng)目應(yīng)得到保障。

管理方面：學(xué)術(shù)、教師、信息、資源等這些都納入管理的層面，另外教師可以通過虛擬平臺對學(xué)生的成績及課業(yè)計(jì)劃進(jìn)行安排。

4.3? 遠(yuǎn)程分享方式

計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺發(fā)出的指令需要通過物理設(shè)備分析后才能發(fā)出，對于實(shí)際的需求，計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和計(jì)劃預(yù)約功能，只有滿足這些條件，計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)仿真平臺才能夠完成指定任務(wù)和功能[1]。

5? ? 計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的實(shí)際應(yīng)用

計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺能夠運(yùn)用虛擬軟件為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在這種條件下實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?/p>

5.1? 改善傳統(tǒng)教學(xué)方法

在計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺上能夠?qū)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)題目轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾餍蛯?shí)驗(yàn)題目，教師也可以自主設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、要求以及環(huán)境等客觀情況更改為主觀型題目，這樣也培養(yǎng)了學(xué)生的自主思維，同時(shí)能夠增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際操作和分析能力，學(xué)生們可以結(jié)合自己的知識掌握情況來完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[2]。

5.2? 增強(qiáng)學(xué)生合作交流意識

學(xué)生們可以結(jié)合自己的專業(yè)技能通過計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的應(yīng)用進(jìn)行自愿分組并制定階梯式任務(wù)，為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作營造了良好的氛圍。教師也可以在計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺上對學(xué)生的操作進(jìn)行規(guī)范和指導(dǎo)，通過這種方式達(dá)成教學(xué)成效。計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺能夠更好地組織專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，通過引入網(wǎng)絡(luò)管理員考試和網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)內(nèi)容來革新實(shí)踐課程考核。在實(shí)驗(yàn)考核中提升了學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)解決實(shí)際問題的能力。

5.3? 操作自由，不受限制

計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的建設(shè)拓展虛擬實(shí)驗(yàn)空間和時(shí)間，能夠?yàn)閷W(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作創(chuàng)造時(shí)間和空間上的有利環(huán)境，學(xué)生的實(shí)踐能力也在這種環(huán)境下得到大幅度提升。計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺打破了時(shí)間、空間對學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的限制，虛實(shí)結(jié)合，計(jì)算機(jī)的虛擬設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)執(zhí)行功能也得到了充分體現(xiàn)。

6? ? 結(jié)語

綜上所述，虛擬仿真技術(shù)可以輔助傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在資源信息共享的基礎(chǔ)上提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，促進(jìn)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革發(fā)展。高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)利用計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺，豐富了高校的數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)了軟件資源共享、硬件完善、遠(yuǎn)程操作三者相結(jié)合，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力起到了很大的作用。所以，計(jì)算機(jī)虛擬仿真平臺的研究和應(yīng)用對現(xiàn)在的教育環(huán)境影響重大。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王瑩.計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].北京印刷學(xué)院學(xué)報(bào)，2017（7）：147-149.

[2]梁琨，談姝辰，金海燕，等.計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2017（3）：267-268.