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摘要：云计算是一种新型计算模式，支持资源共享和灵活扩展。本文分析了虚拟实验教学的需求和现状，总结了虚拟实验云平台的特点优势，指出云计算和虚拟实验技术结合是高等学校实验教学发展的必然趋势。
关键词：虚拟实验教学 仿真实验 云平台
实践教学是高等学校教学工作的重要组成部分，在应用型和创新型人才培养中发挥着重要作用。计算机学科课程具有理论性和实践性双重特点，特别强调学生动手能力训练。实验教学是培养计算机专业学生操作技能和创新能力的主要环节。利用最新的云计算技术，构建虚拟实验教学云平台，可以改善高等学校的实验教学条件和水平，适应高等教育网络化和信息化的发展趋势。
一、虚拟实验教学需求
长期以来，国内高等学校的计算机学科教学大多以理论课为主导，对实验教学重视不足。原因在于，实验教学依赖教学仪器和设备，昂贵的购买费用和运行开支使得普通高校难以承担。同时，芯片、仪器等硬件设备存在老化和损坏现象，也需要日常维护、保养、设备升级等费用支持，阻碍了实验教学对学生动手实践能力的培养。
虚拟实验教学利用计算机可视化、计算机仿真、网络通信等技术实现对计算机实验教学内容的软件模拟，有效降低了实验教学的成本；同时，解决了设备的损耗性高、学生做实验受到时间和空间限制等不足，有助于提高教学质量和实验环节培养目标。
《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》把网络教育列为信息产业的优先主题，虚拟实验是网络教育的核心内容。建立虚拟实验室是《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》的明确要求。国家教育政策相继出台为实验教学改革指明了方向。
二、虚拟实验教学现状
虚拟实验教学平台全面模拟硬件设备的基本功能，同时有效解决传统硬件实验教学中存在的设备器件损耗等问题。采用虚拟实验教学，可以激发学生的学习兴趣，培养学生创新实践能力。近年来，国内各个高校加大了对实践环节的重视，纷纷采用各种仿真技术构建虚拟实验室。例如：清华大学结合机械设计国家精品课程建设需要，开发了基于3D技术的齿轮传动、减速箱装配等虚拟实验平台。华中科技大学先后开发了计算机系统原理、微型机接口等虚拟实验软件，应用于本科教学。北京邮电大学设计了网络原理等虚拟实验课程，在远程教育中开展应用。国外也高度重视云计算在教育领域中的应用。例如：美国从2009年开始大规模推教育云建设；韩国在2011年颁布了“智能教育推进战略”，强调推动教育云服务。
三、虚拟实验云平台特点与优势
云计算是—种新型计算漠式，支持资源共享和灵活扩展。把云计算技术应用到虚拟实验教学，可以最大程度降低资源重复和浪费，打破传统的“以教师为中心”的集中授课和学习的教学模式。
基于云计算的虚拟实验平台具有以下优点：
第一，开放性。学生做实验不再受到时空限制，只要能联网，就可以随时随地进行实验体验。同时教师可以在线答疑，或者离线提供实验教学辅导，传统实验教学模式向“以学生为中心”的新型教学模式转变。
第二，灵活性。在云计算技术支持下，虚拟实验环境更加灵活，可以按照学科课程分类定制功能，同时支持功能扩展。学生可以根据学习目标，开展协同学习，采用灵活的方式和其他学习者交流讨论。
第三，共享性。云平台的实验环境是统一的，学生和教师可以容易快捷地熟悉实验系统的操作流程。同时解决了传统虚拟实验资源的单一性和分散性问题，促进资源的广泛共享。例如：元器件是通用的，可以被多学科共同使用，减少了资源的重复开发建设。
第四，沉浸性。云计算和虚拟实验技术结合，使得虚拟实验具有良好的交互性，实验效果更加逼真。学生沉浸在虚拟学习环境中，实验积极性高，对实验原理理解更深刻，切实提高了学生实验操作技能。
四、结论
云计算技术应用到计算机学科实验教学是计算机教育发展的必然趋势。利用云计算和虚拟实验技术，可以整合高校实验资源，实现实验教学资源的灵活共享，改变传统实践教学手段和理念，满足学生的动手和创新能力培养需求。随着云计算技术、云学习理念的普及，计算机虚拟实验教学的经验成果可以进一步应用和推广。中国地质大学计算机学院硬件课程组的老师经过多年的虚拟实验探索，积累了丰厚的教学经验，正通过学校项目资助，推进本学院计算机学科实验云资源的整合。通过新一轮实验教学改革，相信人才培养的质量会更上一个台阶。
关键词：虚拟实验教学 仿真实验 云平台
实践教学是高等学校教学工作的重要组成部分，在应用型和创新型人才培养中发挥着重要作用。计算机学科课程具有理论性和实践性双重特点，特别强调学生动手能力训练。实验教学是培养计算机专业学生操作技能和创新能力的主要环节。利用最新的云计算技术，构建虚拟实验教学云平台，可以改善高等学校的实验教学条件和水平，适应高等教育网络化和信息化的发展趋势。
一、虚拟实验教学需求
长期以来，国内高等学校的计算机学科教学大多以理论课为主导，对实验教学重视不足。原因在于，实验教学依赖教学仪器和设备，昂贵的购买费用和运行开支使得普通高校难以承担。同时，芯片、仪器等硬件设备存在老化和损坏现象，也需要日常维护、保养、设备升级等费用支持，阻碍了实验教学对学生动手实践能力的培养。
虚拟实验教学利用计算机可视化、计算机仿真、网络通信等技术实现对计算机实验教学内容的软件模拟，有效降低了实验教学的成本；同时，解决了设备的损耗性高、学生做实验受到时间和空间限制等不足，有助于提高教学质量和实验环节培养目标。
《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》把网络教育列为信息产业的优先主题，虚拟实验是网络教育的核心内容。建立虚拟实验室是《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》的明确要求。国家教育政策相继出台为实验教学改革指明了方向。
二、虚拟实验教学现状
虚拟实验教学平台全面模拟硬件设备的基本功能，同时有效解决传统硬件实验教学中存在的设备器件损耗等问题。采用虚拟实验教学，可以激发学生的学习兴趣，培养学生创新实践能力。近年来，国内各个高校加大了对实践环节的重视，纷纷采用各种仿真技术构建虚拟实验室。例如：清华大学结合机械设计国家精品课程建设需要，开发了基于3D技术的齿轮传动、减速箱装配等虚拟实验平台。华中科技大学先后开发了计算机系统原理、微型机接口等虚拟实验软件，应用于本科教学。北京邮电大学设计了网络原理等虚拟实验课程，在远程教育中开展应用。国外也高度重视云计算在教育领域中的应用。例如：美国从2009年开始大规模推教育云建设；韩国在2011年颁布了“智能教育推进战略”，强调推动教育云服务。
三、虚拟实验云平台特点与优势
云计算是—种新型计算漠式，支持资源共享和灵活扩展。把云计算技术应用到虚拟实验教学，可以最大程度降低资源重复和浪费，打破传统的“以教师为中心”的集中授课和学习的教学模式。
基于云计算的虚拟实验平台具有以下优点：
第一，开放性。学生做实验不再受到时空限制，只要能联网，就可以随时随地进行实验体验。同时教师可以在线答疑，或者离线提供实验教学辅导，传统实验教学模式向“以学生为中心”的新型教学模式转变。
第二，灵活性。在云计算技术支持下，虚拟实验环境更加灵活，可以按照学科课程分类定制功能，同时支持功能扩展。学生可以根据学习目标，开展协同学习，采用灵活的方式和其他学习者交流讨论。
第三，共享性。云平台的实验环境是统一的，学生和教师可以容易快捷地熟悉实验系统的操作流程。同时解决了传统虚拟实验资源的单一性和分散性问题，促进资源的广泛共享。例如：元器件是通用的，可以被多学科共同使用，减少了资源的重复开发建设。
第四，沉浸性。云计算和虚拟实验技术结合，使得虚拟实验具有良好的交互性，实验效果更加逼真。学生沉浸在虚拟学习环境中，实验积极性高，对实验原理理解更深刻，切实提高了学生实验操作技能。
四、结论
云计算技术应用到计算机学科实验教学是计算机教育发展的必然趋势。利用云计算和虚拟实验技术，可以整合高校实验资源，实现实验教学资源的灵活共享，改变传统实践教学手段和理念，满足学生的动手和创新能力培养需求。随着云计算技术、云学习理念的普及，计算机虚拟实验教学的经验成果可以进一步应用和推广。中国地质大学计算机学院硬件课程组的老师经过多年的虚拟实验探索，积累了丰厚的教学经验，正通过学校项目资助，推进本学院计算机学科实验云资源的整合。通过新一轮实验教学改革，相信人才培养的质量会更上一个台阶。