基于云計(jì)算的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

黃 顏，劉在英，張麗曉

（上海杉達(dá)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，上海 浦東201209）

隨著人們經(jīng)濟(jì)文化的不斷提高，現(xiàn)階段的招生錄取人數(shù)和本科人數(shù)較之前幾年呈好幾倍增長(zhǎng)，每年的畢業(yè)季都有大量的畢業(yè)生找不到工作，對(duì)于前途感到一片迷茫，與之相反的是，每年也會(huì)有很多畢業(yè)生因?yàn)閯?dòng)手能力強(qiáng)、專業(yè)知識(shí)十分扎實(shí)，所以早早就被用人單位錄取。兩種截然不同的現(xiàn)狀反映了如今的社會(huì)所需要的人才類型，動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生自然更適合當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展，也更容易被用人單位所青睞，但是目前很多學(xué)校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)較為薄弱，存在很多問題，在這樣的情況下基于云計(jì)算的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)更能滿足當(dāng)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足。目前，受教育學(xué)生人數(shù)日益增加，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)需要的儀器設(shè)備也越來越多，伴隨著高成本、實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新速度過快等問題，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的開展變得十分艱難；有些實(shí)驗(yàn)在開展之前，需要準(zhǔn)備很多的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和設(shè)備，這些都價(jià)格不菲，而在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)儀器數(shù)量?jī)H僅支持極少數(shù)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣的現(xiàn)狀對(duì)于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)是十分不利的，也打擊了學(xué)生們學(xué)習(xí)的積極性。

（2）實(shí)驗(yàn)次數(shù)不足。大家都知道實(shí)驗(yàn)開展的次數(shù)從一定程度上決定了實(shí)驗(yàn)的技能和掌握的情況，現(xiàn)在有很多學(xué)校過于注重理論課的開展，大幅度壓縮實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源十分緊張的情況下，加重了學(xué)生們實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的困難度。還有一些學(xué)校因?yàn)樵O(shè)備儀器有限，只能用輪流的方式給學(xué)生們排實(shí)驗(yàn)課表，這就導(dǎo)致了學(xué)生們實(shí)驗(yàn)的次數(shù)和時(shí)間十分有限。

（3）實(shí)驗(yàn)開展難度過大。隨著同學(xué)們知識(shí)的不斷積累，在高校所進(jìn)行的部分實(shí)驗(yàn)難度特別大，做實(shí)驗(yàn)需要具備的條件也越來越苛刻，例如：真空、高壓等條件操作起來既危險(xiǎn)又難以達(dá)到，因此普通的實(shí)驗(yàn)室沒辦法完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，老師們的講解也只局限于課堂和書本，學(xué)生們沒辦法更好地感受在實(shí)驗(yàn)中的具體事項(xiàng)和現(xiàn)象規(guī)律。

（4）實(shí)驗(yàn)設(shè)備維護(hù)困難。對(duì)于一些要求十分精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)建設(shè)費(fèi)用是一筆不小的開銷，所用的實(shí)驗(yàn)儀器都十分精準(zhǔn)，價(jià)格也十分昂貴，學(xué)生們?cè)趯?shí)驗(yàn)過程中稍有不慎損壞儀器，就會(huì)使實(shí)驗(yàn)儀器報(bào)廢，形成極大的資源浪費(fèi)。這些精準(zhǔn)昂貴的儀器設(shè)備都十分有限，而學(xué)生數(shù)量較多，安排的相關(guān)實(shí)驗(yàn)課十分緊密，對(duì)于儀器的使用度較大，也更容易損壞儀器，造成儀器的不可逆破損。

2 云計(jì)算技術(shù)及虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

（1）云計(jì)算技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的情況下，涌現(xiàn)出了一種實(shí)用高效的商業(yè)計(jì)算模型——云計(jì)算。云計(jì)算技術(shù)主要是利用現(xiàn)在龐大的信息網(wǎng)絡(luò)，獲取各種基礎(chǔ)的信息資源，讓各種應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)需求獲取計(jì)算力、存儲(chǔ)空間和各種軟件服務(wù)，結(jié)合虛擬化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)服務(wù)于一體的高端技術(shù)。與傳統(tǒng)的商業(yè)計(jì)算模型相比，云計(jì)算技術(shù)可以在同等條件下高效完善的做完商業(yè)計(jì)算工作，節(jié)省了大量的人力財(cái)力，降低了企業(yè)單位運(yùn)行的成本，可以在短時(shí)間內(nèi)獲取全國(guó)乃至全世界的商業(yè)基礎(chǔ)資源，讓企業(yè)在一些爭(zhēng)分奪秒的項(xiàng)目上具備一定的優(yōu)勢(shì)。

（2）虛擬仿真技術(shù)。在計(jì)算機(jī)技術(shù)日益成熟的情況下，虛擬仿真技術(shù)開始誕生，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的載體下，虛擬仿真技術(shù)發(fā)展的十分迅速，在云計(jì)算技術(shù)中有著不可或缺的作用。虛擬仿真技術(shù)主要是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上通過一些軟件進(jìn)行的虛擬合成，操作十分便捷，學(xué)生們可以根據(jù)需要在軟件上自主選擇實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)儀器等，既大量節(jié)省了實(shí)驗(yàn)的儀器設(shè)備成本，又可以確保一些高難度（實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)程度較高、實(shí)驗(yàn)條件無法實(shí)現(xiàn)）、高風(fēng)險(xiǎn)（高壓等危險(xiǎn)條件）的實(shí)驗(yàn)得以開展，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的局限性。

3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的對(duì)比分析

（1）普通的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。普通的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)都是在計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的軟件進(jìn)行虛擬仿真設(shè)計(jì)，既節(jié)約了財(cái)力物力，又可以打破時(shí)間區(qū)域的限制，完成各種各樣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。但是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)于剛開始學(xué)習(xí)的學(xué)生來說比較陌生，不容易得心應(yīng)手的進(jìn)行一些操作和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的把握，在實(shí)驗(yàn)初期對(duì)于學(xué)生來說是比較艱難的，尤其是一些教育發(fā)展相對(duì)落后的區(qū)域。

（2）基于云計(jì)算的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)。隨著云計(jì)算技術(shù)的日益發(fā)展與完善，有越來越多的科技因?yàn)榧尤朐朴?jì)算技術(shù)變得更加成熟便捷，發(fā)展的更加迅速。實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生們可以在對(duì)應(yīng)的虛擬條件下使用實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)虛擬仿真的過程觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，再根據(jù)云計(jì)算技術(shù)龐大的數(shù)據(jù)庫來對(duì)比自己實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，判斷自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否正確進(jìn)行自我檢驗(yàn)。除了教學(xué)需要完成的實(shí)驗(yàn)之外，學(xué)生們不用受時(shí)間和區(qū)域的影響，可以利用基于云計(jì)算技術(shù)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)選擇自己感興趣的其他課外實(shí)驗(yàn)，來拓展自己的科學(xué)視野，提高自己的科學(xué)素養(yǎng)，在實(shí)驗(yàn)完成之后，再次利用云計(jì)算技術(shù)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行自我檢驗(yàn)。在進(jìn)行具有危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)時(shí)，老師也不用擔(dān)心學(xué)生的安全問題，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的全部過程都是在虛擬仿真條件下進(jìn)行的，降低了教師資源的投入。

4 結(jié) 語

（1）實(shí)驗(yàn)特色?；谠朴?jì)算的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)具有以下幾個(gè)特色之處，①可以大幅度的節(jié)約教學(xué)成本，實(shí)驗(yàn)在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上就可以保質(zhì)保量的進(jìn)行，既節(jié)約了實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的投入資金，又節(jié)約了設(shè)備管理人員和實(shí)驗(yàn)教學(xué)老師等人員方面的投入，還可以完成許多高難度的實(shí)驗(yàn)，極大地提高了學(xué)生們實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的自主積極性；②實(shí)驗(yàn)效率大幅度提高，因?yàn)樵谔摂M仿真實(shí)驗(yàn)中加入了云計(jì)算技術(shù)，既保證了多名學(xué)生同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)效率，又保證了服務(wù)器高速的運(yùn)轉(zhuǎn)，避免出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)卡頓的問題；③實(shí)驗(yàn)開展不受時(shí)間和區(qū)域的限制，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上即可進(jìn)行，可以隨時(shí)隨地在用軟件登錄賬號(hào)密碼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，避免了實(shí)驗(yàn)室發(fā)生意外情況而終止實(shí)驗(yàn)的問題，由于時(shí)間問題未在實(shí)驗(yàn)室完成的實(shí)驗(yàn)還可以在空閑時(shí)間繼續(xù)在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成；④維護(hù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備十分簡(jiǎn)單，整個(gè)實(shí)驗(yàn)的開展都是在虛擬仿真下完成的，不用維護(hù)實(shí)驗(yàn)的設(shè)備，定期檢查計(jì)算機(jī)相關(guān)軟件即可，不會(huì)隨意損傷實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

（2）發(fā)展前景。當(dāng)今社會(huì)是文化日益繁榮昌盛的社會(huì)，全國(guó)對(duì)于教育的投入都十分巨大，但是在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)卻存在很多弊端，在云計(jì)算技術(shù)和虛擬仿真技術(shù)的不斷發(fā)展之下，基于云計(jì)算的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的誕生是必然的，既可以節(jié)省大量的財(cái)力物力人力，還能進(jìn)行很多傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無法開展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，最重要的是能夠有效地解決實(shí)驗(yàn)資源短缺的問題，提高學(xué)生們的實(shí)驗(yàn)科學(xué)能力。