构建网络虚拟实验室，促进优质教育资源共享

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(天津公安警官职业学院，天津 300382)

网络虚拟实验室是一种基于网络技术、虚拟仿真技术构建的开放式网络化的实验教学系统，是传统实验室的数字化和虚拟化。虚拟实验室是虚拟实验的运行载体。它以计算机硬件和软件作为支撑，通过虚拟仪器技术或真实再现，或形象模拟实验设备和对象。网络虚拟实验室用软件代替硬件，用编程模拟实验的全过程。网络虚拟实验大大简化实验的操作过程，节省实验中各种仪器的使用费用，实现实验数据的电子化，打破传统实验室在地域空间和时间上的约束。虚拟仪器技术与认知模拟方法的结合也赋予虚拟实验室的智能化特性，无论是学生还是科研人员，都可以自由进入虚拟实验室操作虚拟仪器，不但为实验类课程的教学改革及远程教育提供了条件和技术支持，还可以随时为学生提供更多、更新、更好的仪器。同时，网上虚拟实验系统还可以借助现代通讯和信息处理技术，将教育资源共享的范围扩大化、优质化，将教育资源的优势发挥得淋漓尽致。

一、网络虚拟实验室的主要功能特点

(一)节省教育投资保障实验室效益

因为在虚拟实验室里实现了虚拟状态的仪器设备和实验材料，所以解决了因经费短缺、使用不当、管理不善等诸多因素对实验教学的影响。虚拟实验系统不涉及到仪器折旧，能够通过软件升级保持实验的先进性，从根本上克服了由于实验室的设备和材料在品种、规格、数量上的限制。在虚拟实验中实现验证型、测试型、设计型、创新型等多种类型实验项目，节省了教育投资。所有实验项目可以多次重复、多人共享，提高了实验室效益。

(二)创设真实情景，增强学生直观感受

网络虚拟实验室给学生提供了一个直观感受，通过画面、图片、声音等综合性多媒体技术，把抽象、难懂的理论知识具体化，把空间放大或缩小，把时间的间隔缩短或延长。带给学生生动、真实的形象，引导学生发散思维，帮助学生更好地理解学习重点，提高教学质量。

(三)激发学生的创造性思维，提供自主探索的平台

传统的实验方式是纯硬件的，实验教学由教师全程控制，知识的传递主要靠教师对学生的灌输，作为认知主体的学生在教学过程中自始至终处于被动状态，其主动性和创造性难以发挥。网络虚拟实验室依靠丰富的数字化教学资源，给学生营造了一个逼真、强交互的实验环境。在这样的环境中，每个实验项目的框架是不固定的，不同知识背景的学生可以根据其能力大小、实验经验、个人兴趣和需要，更直接、更自然地参与到实验活动中，利用虚拟实验室中的实验模型库，自由搭接、组合、拆装实验框架，自行设计实验方案和实验步骤，激发学生的创造性思维，培养学生的创新能力。

(四)实验安全无危险

传统实验中很多实验因为操作者的错误操作而造成对实验者和实验设备的危害，如因实验者没有按照正常操作方法进行实验而带来的爆炸、漏电、以及有毒气体释放等。而借助于网络虚拟实验室，完全可以消除这些问题，保障了实验者和实验设备的安全。

二、基于网络虚拟实验室实现优质教育资源共享的策略

基于网络虚拟实验室实现优质教育资源共享的策略要能保证共享有效稳定地运行，以先进的技术作为基础，以系统的组织管理机构作为协调，以合理的共享方式作为依托，以完善的法律保护制度和行政干预机制作为保障，以公平的利益分配机制和有效的激励政策及测评体系作为促进。共享过程中设计技术基础、共享方式、组织结构、法律保障、激励政策等多个方面。

(一)共享方式

要实现优质实验教学资源网络共享，各相关单位之间就要相互沟通，交互服务信息，进行合作，这是优质教学资源共享内在的组织机制。如果实现优质教育资源共享的方式选择失误，会导致资源共享的效果不佳或失败，影响其作用的充分发挥。因此，要综合多方面因素合理选择恰当的资源共享方式。

网络虚拟实验室实现优质教育资源共享基于以下三种方式：一是开放式。由政府权威机构进行虚拟实验室的开发和维护，在某一个地区或全球范围内，在保证质量和尊重知识产权的前提下，以免费的、公开的方式实现优质实验教学资源网络共享。二是共建共享式。几个单位共同开发和维护网络虚拟实验室，并只在其范围内实现资源共享。三是中介主导式。以某一学校、社会组织或企业为主体开发和维护网络虚拟实验室，通过市场机制协调教育资源共享。中介机构是一种“教育超市”，掌握优质教育资源的单位可以通过这个“教育超市”推广和出售自己的资源，有教育资源需求的单位则可以通过“教育超市”购买资源。

(二)共享模式

网络虚拟实验室使得各种优质实验资源在更广阔的范围内得到了合理共享，提高了实验资源利用率，节约了人力、物力，有效地改善了现有的实验资源使用模式。网络虚拟实验室带来实验资源的充分共享模式有两种：

1.软件资源共享模式。软件资源共享模式是用软件来模拟实验的全过程，不涉及具体的实验仪器硬件设备，各种软件模块可以通过网络实现横向可重组配置和纵向可定位修改等模块化和层次化的设计方法，提高了软件模块的利用率，避免了重复的设计过程，减少设计人员的重复性工作。

2.硬件资源共享模式。在虚拟实验系统中，硬件资源主要包括实验设备、实验仪器、实验材料、实验室环境和一些实验辅助工具。在传统的实验系统中，需要为每一个实验项目配备一套甚至多套硬件资源，并且由于不容易修改和拆卸等原因，每一个硬件只能够为一个实验项目服务，重复利用率低，重组功能差。在网络虚拟实验系统中，每个硬件通过网络，并通过计算机接口技术和更多其它的硬件设备和软件系统连接在一起，在计算机的有效控制下，每一个硬件都可以被一个实验项目多次或不同网络终端的多个实验项目多次调用，大大提高了硬件资源的重复使用率。

(三)保障机制

要保证在不同管理模式下资源共享的合理性、可操作性，首先，需要建立和推广学分互认制度。欧美国家的经验表明，学分互认制度是推行资源共享的前提，任何一个层面的资源共享模式都是在学分互认的基础上实现的。只有保障学分在学校之间以及相近专业之间的相互转化和承认，才能实现资源的共享。

(四)激励机制

建立完善、公正、科学的组员共享激励机制是促进资源共享行为的有效手段。对参与资源共享的人员实施激励，可以使他们直接从资源共享活动中得到合理的回报，增强其对资源共享收益的意识，从而以积极的心态投入到资源共享的相关活动中。因此，需要制定相应的策略，对在资源共享过程中具有突出贡献的单位与个人予以奖励或补贴，同时对阻碍推进资源共享或置之事外的单位与个人予以告诫或惩罚，提高他们参与资源共享的积极性。

(五)评价机制

资源共享是一个动态的过程，面临诸多不确定的因素，为了能在不断变化的内外环境中实现资源的有效、长效共享，有必要建立评价机制。评价有利于引导全体教职员工特别是资源共享管理工作者及时发现资源共享中存在的问题，实现不同类型教育资源共享的最优化。评价机制的建立重点在于制定一份科学合理的资源共享考核指标，并随着教学质量和规模的发展变化，定期进行动态调整。

三、构建网络虚拟实验室，促进优质教育资源共享

(一)构建网络虚拟实验室，促进优质教育资源共享的广度和深度

1.网络虚拟实验室基于因特网，扩展了优质教育资源共享的广度。对资源的使用不受时间和地点的限制。实验活动可以在任何时候的任何网络终端上进行，使实验场地在时间和空间上得到有效的延伸。只要获得实验系统管理员的许可，实验者均有资格进入虚拟实验室进行实验，在这里实验者没有年龄、性别、认知程度等其他相关因素的制约，扩展了优质教育资源受体的广度。

2.网络虚拟实验室基于虚拟现实技术，扩展了优质教育资源共享的深度。虚拟实验室依托现代信息技术生成了一类适于进行虚拟实验的实验系统，包括实验仪器设备、实验对象、实验信息资源以及相应实验室环境。虚拟实验室除具有传统实验室所具备的正常活动的虚拟场所外，还拥有传统实验室不可能拥有的环境，大大扩展了优质教育资源共享的深度。

(二)构建网络虚拟实验室，提高优质教育资源共享的综合效率

虚拟实验室包含的所有实验项目都经过了系统、科学的程序化设计，实验者能够迅速掌握实验研究本身，直接达到实验研究的具体目标和要求，省去了大量的基于实物实验的简单劳动，大大提高学习和研究的效率；实验者可以共享数据、软件、硬件等相关资源，利用互联网可以在世界上各个不同的地方(甚至不同的时间)观看或操作同一个虚拟实验教学资源，远程实现共同参观、合作研究，提高资源的综合效率。

(三)构建网络虚拟实验室，保证优质教育资源共享的优质性和动态性

虚拟实验室的教学资源是数字化资源, 系统组建时间缩短，功能易于扩展和管理，方便扩大实验范围和科目，高新技术在教育领域内的优势可以充分发挥出来，能够开展包括创新性、综合性、研究性的实验项目，通过软件升级能够保证实验室的先进性。虚拟实验室采用组件的设计思想，用户可以根据自己的实验需要构造新的实验模块，添加新的实验仪器或在已有的功能模块的基础上用改进、组合或混合方法构建新的模块。使优质教育资源的共享具有动态灵活性。

四、结束语

虚拟实验室是信息时代的产物，多媒体计算机技术、网络技术与虚拟仪器技术的发展为虚拟实验室的构建和发展奠定了技术基础。构建网络虚拟实验室促进了优质教育资源共享的广度和深度，提高了优质教育资源共享的综合效率，保证优质教育资源共享的优质性和动态性，是解决目前教学资源紧张、提高教学质量、摆脱实验教学所面临困境的行之有效的途径。

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