基于云计算的虚拟仿真实验室建设

黄 颜，刘在英，张丽晓

（上海杉达学院信息科学与技术学院，上海 浦东201209）

随着人们经济文化的不断提高，现阶段的招生录取人数和本科人数较之前几年呈好几倍增长，每年的毕业季都有大量的毕业生找不到工作，对于前途感到一片迷茫，与之相反的是，每年也会有很多毕业生因为动手能力强、专业知识十分扎实，所以早早就被用人单位录取。两种截然不同的现状反映了如今的社会所需要的人才类型，动手能力强的学生自然更适合当今社会的发展，也更容易被用人单位所青睐，但是目前很多学校在实验教学环节较为薄弱，存在很多问题，在这样的情况下基于云计算的虚拟仿真实验建设更能满足当代实验教学的需求。

1 实验教学现状分析

（1）实验设备不足。目前，受教育学生人数日益增加，实验环节需要的仪器设备也越来越多，伴随着高成本、实验设备更新速度过快等问题，实验教学环节的开展变得十分艰难；有些实验在开展之前，需要准备很多的实验系统和设备，这些都价格不菲，而在实验环节仪器数量仅仅支持极少数学生进行实验，这样的现状对于学生的实验学习环节是十分不利的，也打击了学生们学习的积极性。

（2）实验次数不足。大家都知道实验开展的次数从一定程度上决定了实验的技能和掌握的情况，现在有很多学校过于注重理论课的开展，大幅度压缩实验教学时间，在实验教学资源十分紧张的情况下，加重了学生们实验学习的困难度。还有一些学校因为设备仪器有限，只能用轮流的方式给学生们排实验课表，这就导致了学生们实验的次数和时间十分有限。

（3）实验开展难度过大。随着同学们知识的不断积累，在高校所进行的部分实验难度特别大，做实验需要具备的条件也越来越苛刻，例如：真空、高压等条件操作起来既危险又难以达到，因此普通的实验室没办法完成相应的实验，老师们的讲解也只局限于课堂和书本，学生们没办法更好地感受在实验中的具体事项和现象规律。

（4）实验设备维护困难。对于一些要求十分精准的实验，实验室的相关建设费用是一笔不小的开销，所用的实验仪器都十分精准，价格也十分昂贵，学生们在实验过程中稍有不慎损坏仪器，就会使实验仪器报废，形成极大的资源浪费。这些精准昂贵的仪器设备都十分有限，而学生数量较多，安排的相关实验课十分紧密，对于仪器的使用度较大，也更容易损坏仪器，造成仪器的不可逆破损。

2 云计算技术及虚拟仿真技术的优势

（1）云计算技术。在网络经济快速发展的情况下，涌现出了一种实用高效的商业计算模型——云计算。云计算技术主要是利用现在庞大的信息网络，获取各种基础的信息资源，让各种应用系统根据需求获取计算力、存储空间和各种软件服务，结合虚拟化技术、计算机技术、网络平台服务于一体的高端技术。与传统的商业计算模型相比，云计算技术可以在同等条件下高效完善的做完商业计算工作，节省了大量的人力财力，降低了企业单位运行的成本，可以在短时间内获取全国乃至全世界的商业基础资源，让企业在一些争分夺秒的项目上具备一定的优势。

（2）虚拟仿真技术。在计算机技术日益成熟的情况下，虚拟仿真技术开始诞生，在计算机技术的载体下，虚拟仿真技术发展的十分迅速，在云计算技术中有着不可或缺的作用。虚拟仿真技术主要是利用计算机技术在网络上通过一些软件进行的虚拟合成，操作十分便捷，学生们可以根据需要在软件上自主选择实验条件、实验仪器等，既大量节省了实验的仪器设备成本，又可以确保一些高难度（实验精准程度较高、实验条件无法实现）、高风险（高压等危险条件）的实验得以开展，弥补了传统实验的局限性。

3 虚拟仿真实验室的对比分析

（1）普通的虚拟仿真实验。普通的虚拟仿真实验都是在计算机技术的基础上，利用网络平台的软件进行虚拟仿真设计，既节约了财力物力，又可以打破时间区域的限制，完成各种各样的实验项目。但是虚拟仿真实验对于刚开始学习的学生来说比较陌生，不容易得心应手的进行一些操作和实验数据的把握，在实验初期对于学生来说是比较艰难的，尤其是一些教育发展相对落后的区域。

（2）基于云计算的虚拟仿真实验建设。随着云计算技术的日益发展与完善，有越来越多的科技因为加入云计算技术变得更加成熟便捷，发展的更加迅速。实验过程中学生们可以在对应的虚拟条件下使用实验器材进行实验，根据虚拟仿真的过程观察实验现象，记录实验数据，得出实验结果，再根据云计算技术庞大的数据库来对比自己实验的数据，判断自己的实验结果是否正确进行自我检验。除了教学需要完成的实验之外，学生们不用受时间和区域的影响，可以利用基于云计算技术的虚拟仿真实验室平台选择自己感兴趣的其他课外实验，来拓展自己的科学视野，提高自己的科学素养，在实验完成之后，再次利用云计算技术的数据库进行自我检验。在进行具有危险性的实验时，老师也不用担心学生的安全问题，因为实验的全部过程都是在虚拟仿真条件下进行的，降低了教师资源的投入。

4 结 语

（1）实验特色。基于云计算的虚拟仿真实验具有以下几个特色之处，①可以大幅度的节约教学成本，实验在网络平台上就可以保质保量的进行，既节约了实验仪器设备的投入资金，又节约了设备管理人员和实验教学老师等人员方面的投入，还可以完成许多高难度的实验，极大地提高了学生们实验学习的自主积极性；②实验效率大幅度提高，因为在虚拟仿真实验中加入了云计算技术，既保证了多名学生同时进行实验的实验效率，又保证了服务器高速的运转，避免出现网络卡顿的问题；③实验开展不受时间和区域的限制，虚拟仿真实验在网络平台上即可进行，可以随时随地在用软件登录账号密码进行实验，避免了实验室发生意外情况而终止实验的问题，由于时间问题未在实验室完成的实验还可以在空闲时间继续在虚拟仿真实验平台完成；④维护实验设备十分简单，整个实验的开展都是在虚拟仿真下完成的，不用维护实验的设备，定期检查计算机相关软件即可，不会随意损伤实验设备。

（2）发展前景。当今社会是文化日益繁荣昌盛的社会，全国对于教育的投入都十分巨大，但是在传统的实验教学环节却存在很多弊端，在云计算技术和虚拟仿真技术的不断发展之下，基于云计算的虚拟仿真实验的诞生是必然的，既可以节省大量的财力物力人力，还能进行很多传统实验无法开展的实验项目，最重要的是能够有效地解决实验资源短缺的问题，提高学生们的实验科学能力。