虚拟实验室技术白皮书

虚拟实验室

技术白皮书

上海庚商网络信息技术有限公司

2015年9月

目录

1 产品概述 (4)

1.1 云教育基础架构分类 (7)

1.1.1 服务器虚拟化 (7)

1.1.2 桌面虚拟化 (8)

1.2 教育虚拟技术应用分类 (9)

1.1.1 模拟 (9)

1.1.2 仿真 (10)

1.1.3 虚拟现实 (11)

1.1.4 增强现实 (12)

1.1.5 远程实验 (12)

2 总体设计 (18)

2.1 系统架构 (18)

2.2 系统讲明 (18)

3 系统功能 (24)

3.1开放治理 (24)

3.2知识地图 (25)

3.3二维码 (28)

3.4微课与实验支架 (30)

3.5虚拟实验 (32)

3.6 可视化环境监控 (33)

3.7 电流检测 (33)

3.8 科研协同 (34)

3.9 云桌面 (37)

4 预算清单 (40)

1 产品概述

随着计算机技术和网络技术的迅速进展，以及科学研究进一步深入的需要，虚拟仿真实验技术日渐成熟和完善，虚拟实验作为继理论研究和实验研究之后的第三种科学研究方法，对社会进展和科技进步起到了越来越重要的作用，代表着科学研究方法的重要进展方向。

虚拟实验是指以计算机为操纵中心，利用软件技术，构建系统的逻辑结构模型，基于模块化和层次化的设计思想，采纳软硬件相结合的方式，协调相关硬件和效应设备，形成虚拟实验系统，并利用网络技术，实现虚拟实验系统的网络化，形成运行在个人计算机上、实现自行设计与开发，以及远程操纵与协作的实验方

式。

庚商虚拟实验室作为实验资源综合服务平台，不同于传统的虚拟平台，割裂实体资源与在线资源的联系，而是面向最终实践教学、科研与治理活动，对数据与应用资源的整合与开发，是实体资源的延伸与增强。同时，通过对实践教学、科研等核心活动数据的采集，为治理活动提供第一手的信息，有效辅助治理决策。系统建设目标如下：

1）提供良好实验平台，提高实验教学水平

传统教学中，理论教学与实验教学是分开的。理论课上没有实验，建设虚拟实验室，借助虚拟仿真实验，就能够将实验带进

理论课。

2）整合实验教学资源，实现实验室的真正开放

虚拟实验室能够提供开放式实验环境，真正实现实验室向学生开放。学生能够打破时刻和地域的限制完成相关的教学实验。由于虚拟仪器系统的支持，学生能够自拟、自选实验题目，自行组织实验，使用现成的仪器为开发自己的仪器进行实验，摒弃传统的灌输式教学方式，让学生自主参与到教学中来，最大限度地发挥学生的主动性和制造性。

3）改变实验教学模式，培养科技创新人才

传统实验大多数以验证性为主，实验内容单一，学生无需考虑，按部就班地按照实验步骤就能够做完实验，缺乏设计性和创新能力的培养。建设虚拟实验室，可灵活地增加各种设计性实验内容，使学生依照实验要求，自行设计实验方案，以各种形式输

出检测结果，实时进行分析。因此，虚拟实验不仅能锻炼学生的独立构思和设计能力，而且能激发学习的兴趣，如此更有利于培养出具有创新精神和实践能力的人才。

1.1 云教育基础架构分类

1.1.1 服务器虚拟化

将服务器物理资源抽象成逻辑资源，让一台服务器变成几台甚至上百台相互隔离的虚拟服务器，我们不再受限于物理上的界限，而是让CPU、内存、磁盘、I/O等硬件变成能够动态治理的“资源池”，从而提高资源的利用率，简化系统治理，实现服务器整合，让IT对业务的变化更具适应力。

1.1.2 桌面虚拟化

桌面虚拟化是指将计算机的终端系统（也称作桌面）进行虚拟化，以达到桌面使用的安全性和灵活性。能够通过任何设备，在任何地点，任何时刻通过网络访问个人的桌面系统。

桌面虚拟化依靠于服务器虚拟化，在数据中心的服务器上进行服务器虚拟化，生成大量的独立的桌面操作系统（虚拟机或者虚拟桌面），同时依照专有的虚拟桌面协议发送给终端设备。

1.2 教育虚拟技术应用分类

1.1.1 模拟

模拟是对真实事物或者过程的虚拟。模拟要表现出选定的物理系统或抽象系统的关键特性。模拟的关键问题包括有效信息的猎取、关键特性和表现的选定、近似简化和假设的应用，以及模拟的重现度和有效性。

公司案例：漏洞网、图像识不

1.1.2 仿真

仿真（Simulation），即使用项目模型将特定于某一个体层次的不确定性转化为它们对目标的阻碍，该阻碍是在项目仿真项目整体的层次上表示的。

公司案例：海事海上搜救实验室、上海第二军医大学灾难急救模拟实训平台建设项目。

虚拟现实技术是一种能够创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉醉到该环境中。

以flash等方式，开发虚拟的在线实验，相关的实验数据和结果能够保存在教学平台中，实现对自学活动及成绩的有效治理。创客们能够通过教学系统平台中的相关falsh，进行自主学习。

公司案例：自主学习平台、上海第二工业大学电工学院Flash

增强现实技术，是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时刻空间范围内专门难体验到的实体信息(视觉信息,声音,味道,触觉等),通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。

公司案例：上海中医药大学化学互动实验室化学互动、护理互动

1.1.5 远程实验

1）基于物联网

系统采纳多种物联设备，猎取实验业务信息及设备运行数据，并进行设备的治理与运行。其中电源治理系统通过网络进行远程