導語：虛擬計算機實驗系統(tǒng)研發(fā)綜述一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，計算機已經(jīng)日益成為人們工作與生活中必不可少的設(shè)備。但是受到成本、場地、維護等各方面的制約，在實際計算機教學課程中卻不能做到每個學生都能夠進行實踐操作。在這種背景下，設(shè)計研究并實現(xiàn)虛擬計算機實驗系統(tǒng)就顯得非常具有積極意義，因為虛擬計算機實驗系統(tǒng)能夠通過對現(xiàn)實實驗的模擬，使操作者完成與實際操作相同的實驗過程，并得到精確的實驗結(jié)果。

一、虛擬計算機實驗系統(tǒng)研發(fā)的意義

首先虛擬計算機實驗系統(tǒng)能夠?qū)嶒炇以O(shè)備的損壞情況大幅度降低。由于參與計算機實驗教學過程的學生都對實驗項目的過程或是關(guān)鍵點并不熟悉，從而極易對實驗設(shè)備造成損壞。而通過虛擬計算機實驗系統(tǒng)，則能夠使學生在操作真實設(shè)備以前，預先對虛擬實驗項目進行多次、重復的高仿真練習實驗，并從中直觀地認識到操作中容易出現(xiàn)錯誤的地方同時及時糾正，學到正確的操作方式與豐富的實踐經(jīng)驗。這樣一來，當學生再對真實設(shè)備進行操作時，就能夠做到心中有數(shù)，降低設(shè)備的損壞發(fā)生情況。其次虛擬計算機實驗系統(tǒng)能夠?qū)⒔虒W效率大大提升。由于計算機項目的實驗往往涉及設(shè)備多，整個流程呈現(xiàn)較為復雜化的特征。所以在實施計算機項目實驗教學過程中，如果使用傳統(tǒng)的實體教學，那么授課教師為保證授課質(zhì)量，只能單獨或是小范圍內(nèi)對學生進行輔導與糾正，這樣就影響到了教學的效率，而利用了虛擬計算機實驗系統(tǒng)以后，授課教師就能夠在系統(tǒng)中統(tǒng)一將實際操作中容易出現(xiàn)偏差的步驟與內(nèi)容直觀地顯示出來，使學生加深記憶，可同時向全體學生進行展示與進一步說明，大大提升了教學的效率。另外在計算機實驗項目中，學生往往要花費大量的時間在硬軟件安裝之上，使得真正教學的時間被壓縮，也從另一個角度導致了教學效率的低下，而虛擬計算機實驗系統(tǒng)則不存在這個問題，使得教師能在合理的課堂時間內(nèi)，盡可能多地去對實驗操作中的一些問題與授課內(nèi)容進行詳細講授，提高了授課效率。最后則是虛擬計算機實驗系統(tǒng)節(jié)約了相關(guān)成本。要建一個設(shè)施完善、設(shè)備數(shù)量能夠供大量學生同時學習的計算機實驗機房的建設(shè)成本與維護成本都是相當巨大的一筆支出。但如果使用虛擬計算機實驗系統(tǒng)，安裝相應的軟件并保證其正常運行，就能夠解決這一問題，計算機實驗室不再需要花重金購進大量計算機硬件設(shè)備。虛擬計算機實驗系統(tǒng)不但能夠重復安裝，而且能夠?qū)崿F(xiàn)大量學生同時實驗操作的目標。除此之外，使用虛擬計算機實驗系統(tǒng)以后，由于是處于高度仿真的條件之下，這就讓學生在進行實踐操作的時候，能夠減少怕?lián)p壞實驗設(shè)備的想法，從而更好地激發(fā)學生的自主創(chuàng)新能力?；谏鲜鲞@些方面的考慮，設(shè)計并研發(fā)一套完整的虛擬計算機實驗系統(tǒng)的需求是非常迫切的，而虛擬計算機實驗系統(tǒng)的設(shè)計則也向著多元化，能夠為各學科服務的系統(tǒng)，如生物、物理、化學等等，以增加其適用性。

二、虛擬計算機實驗系統(tǒng)設(shè)計研究與實現(xiàn)

（一）設(shè)計目標

整個虛擬計算機實驗系統(tǒng)對系統(tǒng)功能、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)圖與數(shù)據(jù)字典進行設(shè)計，從而使設(shè)計出的方案能夠?qū)崿F(xiàn)包括使系統(tǒng)始終處于穩(wěn)定、安全、可靠的運行狀態(tài)；易操作、易維護、易安裝；單獨設(shè)置用戶權(quán)限，從而加強保密性；能夠管理用戶基礎(chǔ)信息；人機對話界面友好，信息顯示直觀，數(shù)據(jù)存儲功能強大。

（二）設(shè)計內(nèi)容

1.系統(tǒng)功能虛擬計算機實驗系統(tǒng)的設(shè)計總體以模塊方式組成，其中起到主要作用的模塊有：學生功能模塊、教師功能模塊以及管理員功能模塊。它們根據(jù)權(quán)限的不同，分別擔任了不同的職責，如學生功能模塊的內(nèi)容有用戶登錄、選擇實驗項目、提問與上傳實驗結(jié)構(gòu)等；而教師模塊的內(nèi)容則是對實驗程序及學生信息進行查詢、學生信息與個人信息的管理等；管理員模塊則對實驗進行評估打分、教師學生信息的管理、班級信息的管理以及實驗模型的管理與導入等，即圖1。虛擬計算機實驗系統(tǒng)高度仿真了各類計算機電路系統(tǒng)與硬件設(shè)備，顯示直觀，學生能夠根據(jù)課程的需要對電子設(shè)備進行任意選擇，同時借助鼠標來實現(xiàn)對電子設(shè)備連接等操作，而系統(tǒng)則根據(jù)學生所選擇的電子設(shè)備的連接方式作出仿真虛擬運行，后將虛擬操作實驗中的相關(guān)數(shù)據(jù)返回傳輸至顯示設(shè)備，使學生直觀地從顯示設(shè)備中了解實驗中各種連接方式的運行效率、狀態(tài)與數(shù)據(jù)。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)虛擬計算機實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由三類組成，分別是管理員用戶、教師用戶以及學生用戶。它們之間的互相連接全部以實驗室虛擬的模型數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)而實現(xiàn)，即圖2。在整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，為保證虛擬計算機實驗系統(tǒng)的運行穩(wěn)定以及為用戶提供簡便的操作方式，因而將模塊盡量分開作為單獨運行狀態(tài)，它們之間除了基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)交換以外，并無其他形式的代碼連接，從而使得所設(shè)計的整個系統(tǒng)體現(xiàn)出即插即用且不影響整體運行的特點。

3.數(shù)據(jù)流圖該系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流圖作為一個模型工具，它起到的是對系統(tǒng)主要的處理邏輯進行表述以及分層的作用，并分為細節(jié)圖、零級圖與總體圖三個層次，即圖3。

4.數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典在虛擬計算機實驗系統(tǒng)中起到了對數(shù)據(jù)流圖進行更深層次描述的作用，數(shù)據(jù)字典與數(shù)據(jù)流圖結(jié)合就能夠?qū)⒄麄€虛擬計算機實驗系統(tǒng)進行精確描述。

5.數(shù)據(jù)庫設(shè)計所謂數(shù)據(jù)庫就是指以用戶需要為基本依據(jù)，對數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，同時將數(shù)據(jù)庫建立起來的一整個過程。通常來說物理設(shè)計、邏輯設(shè)計與概念設(shè)計是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的三個關(guān)鍵步驟。其中物理設(shè)計就是選擇最適合具體任務的存取路徑、存取方式與物理儲存結(jié)構(gòu)；而邏輯設(shè)計則是設(shè)計出能夠?qū)μ囟〝?shù)據(jù)庫管理任務進行適應與支持的邏輯模式；整個虛擬計算機實驗系統(tǒng)中數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)就是概念設(shè)計部分，它具有更佳的穩(wěn)定性。

（三）系統(tǒng)測試

通過上述對設(shè)計的虛擬計算機實驗系統(tǒng)設(shè)計目的、內(nèi)容的介紹后，下面簡單闡述一下該系統(tǒng)相關(guān)功能的測試過程，該虛擬計算機實驗系統(tǒng)所使用的測試方式為黑盒測試：首先該系統(tǒng)將計算機實驗室的局域網(wǎng)作為其運行工作環(huán)境，配置硬件包括IBM商用機與微機，TOMCAT5.0作為其Web的服務器配置，使用VS2005語言與UltraEdit編輯器組合進行編程，MicrosoftSQLServer2005作為其數(shù)據(jù)服務器，操作平臺則為Windows2000AdvancedServer。其測試步驟為：首先虛擬計算機實驗系統(tǒng)的管理員借助數(shù)據(jù)錄入模塊功能，建立數(shù)個用戶信息于數(shù)據(jù)庫中，學生登入系統(tǒng)，從而對登錄功能與數(shù)據(jù)庫連接實現(xiàn)測試，而后學生對實驗進行任意選擇，將虛擬電子設(shè)備通過拖拽實現(xiàn)連接，分別在正確或錯誤連接時觀測系統(tǒng)反饋回來的信息，然后學生將實驗結(jié)果上傳至數(shù)據(jù)庫，教師對學生的實驗結(jié)果進行管理。

通過以上一系列測試步驟，我們所得到的系統(tǒng)功能測試結(jié)果中，用戶登錄及數(shù)據(jù)庫的連接、實驗的選擇與下載、虛擬電子設(shè)備的連接、在線交流功能、實驗結(jié)果上傳、虛擬電子設(shè)備與實驗導入等測試結(jié)果均表現(xiàn)良好，并在其后將近一個月的測試實驗中，管理員與用戶對整個系統(tǒng)的各個模塊實施了更進一步的應用實驗操作，均達到了設(shè)計所要求的目標。除此之外，該系統(tǒng)的操作簡便性與信息反饋的及時性，也從某種角度上提升了學生的自主創(chuàng)新能力，由于是虛擬仿真操作，所以學生并不需要為是否會損壞電子設(shè)備而擔心，使他們更為大膽地對自己的想法進行實踐操作，經(jīng)過一段時間的運行，學生與教師反應良好。

三、結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)代計算機課程的實踐教學中，不管是從教學效果或是教學成本上來看，設(shè)計研究并實現(xiàn)虛擬計算機實驗系統(tǒng)是非常有必要的。該系統(tǒng)不僅能夠解決院校在計算機投資與維護上的成本，而且能夠為學生用戶提供簡便的操作方法，同時直觀、有效地將虛擬實驗結(jié)果及時地在顯示器上進行反饋，使學生對于在操作中的各類正確或是錯誤的操作能夠一目了然，也使教師能夠更有針對性地對學生進行輔導，從而做到有的放矢。這樣一來，也從一定程度上減少了教師的教授課工作量，更能夠使教師集中精力為學生講授疑難問題，從而大大提升教學效率與質(zhì)量。