葉翔鷹 伍秀娟 郭海波

（廣州市廣播電視大學(xué)，廣東 廣州 510091）

一、引言

隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程教育也在迅速發(fā)展，各種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式和教學(xué)資源不斷迭代更新涌現(xiàn)，并成為開放教育的主要手段。然而，這些教學(xué)手段大多應(yīng)用在理論教學(xué)上，而遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)卻遲遲未能打開困局，究其原因，一方面也許是觀念問(wèn)題，不論是實(shí)驗(yàn)必須在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的定勢(shì)思維，還是重理論教學(xué)輕實(shí)驗(yàn)教學(xué)的觀念，都極大地影響了遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究和實(shí)踐；另一方面遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)確實(shí)比遠(yuǎn)程理論教學(xué)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度要大得多，使得遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于遠(yuǎn)程理論教學(xué)。遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的滯后明顯拖了遠(yuǎn)程教育的后腿，使得遠(yuǎn)程教育靈活的時(shí)空優(yōu)勢(shì)遜色，成為了遠(yuǎn)程教育的一個(gè)難題。

為此我們以計(jì)算機(jī)專業(yè)、會(huì)計(jì)專業(yè)和管理專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為突破口，研究如何利用成熟的技術(shù)搭建虛擬遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)真正意義上的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索。

二、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的主要問(wèn)題

（一）遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)環(huán)境的局限性

實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須有統(tǒng)一的軟硬件實(shí)驗(yàn)環(huán)境，雖然，計(jì)算機(jī)、金融會(huì)計(jì)管理等專業(yè)的實(shí)驗(yàn)硬件環(huán)境主要是電腦，但軟件環(huán)境卻是千差萬(wàn)別，比如計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程要求的是Windows7系統(tǒng)，若手頭電腦安裝的是Windows8或WindowsXP系統(tǒng)，就可能無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。即使操作系統(tǒng)一樣，應(yīng)用軟件的版本不同也很難完成實(shí)驗(yàn)。因此，采用仿真技術(shù)提供實(shí)驗(yàn)環(huán)境是目前最常使用的方法，但其局限性也是明顯的，仿真環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)一般只能按一種預(yù)先設(shè)定的邏輯關(guān)系和操作步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這就限定了學(xué)生的思考方式，無(wú)法充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。若要仿真出完整的實(shí)驗(yàn)環(huán)境不但制作成本極高，技術(shù)難度也極大，這也是目前極少有高仿真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境的緣故。

（二）遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)過(guò)程中交互與指導(dǎo)的必要性

實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)的區(qū)別在于理論教學(xué)可以是非線性的，跳躍的，而實(shí)驗(yàn)一般是一個(gè)連續(xù)的線性過(guò)程，一環(huán)扣一環(huán)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)都不能將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行下去，而且不能得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果或得出錯(cuò)誤的結(jié)果。因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中對(duì)教師的指導(dǎo)和同學(xué)的相互交流的時(shí)效性要求比遠(yuǎn)程理論教學(xué)要高得多。因此，即使在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)驗(yàn)教師的主要任務(wù)是重在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)而非授課。

（三）遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)信息傳輸成本的經(jīng)濟(jì)性

理論教學(xué)的信息一般為文本類型以及小碼流的音視頻流信息，目前的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境一般都能滿足，但實(shí)驗(yàn)教學(xué)的信息量卻十分龐大，除了音視頻流和文本信息外，還必須傳輸符合要求的實(shí)驗(yàn)環(huán)境以及其運(yùn)行、控制、數(shù)據(jù)、顯示等信息，還要承擔(dān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的應(yīng)用程序信息、圖形文件信息、音視頻及動(dòng)畫文件信息等大信息量的文件傳輸，其信息量遠(yuǎn)比理論教學(xué)要大得多，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求也高得多。

（四）遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)過(guò)程評(píng)價(jià)的技術(shù)可行性

遠(yuǎn)程理論教學(xué)的過(guò)程評(píng)價(jià)一般是只看結(jié)果而不須分析其學(xué)習(xí)過(guò)程，可以依靠在線學(xué)習(xí)時(shí)間或點(diǎn)擊項(xiàng)目來(lái)判斷，但遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)過(guò)程則需要分析學(xué)生的操作過(guò)程來(lái)判斷對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的掌握情況，以及容易產(chǎn)生的問(wèn)題，并及時(shí)糾正，也是改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要參考，但事實(shí)上要提取遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)過(guò)程的信息目前還是有一定難度。

三、基于虛擬技術(shù)的遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)思路

搭建一個(gè)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)既要考慮其可行性、兼容性、實(shí)用性，還要兼顧其可復(fù)制性和經(jīng)濟(jì)性，所以，首先要求選擇成熟且具有很好發(fā)展前景的技術(shù)，其次要求在保證高可用性的同時(shí)減少過(guò)多的二次開發(fā)，以避免過(guò)長(zhǎng)的建設(shè)周期和過(guò)大的資金投入以及開發(fā)成果的不確定性。虛擬技術(shù)的成熟為我們提供了搭建遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的可能性，盡管目前虛擬技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用目的多在于提高實(shí)驗(yàn)室的管理效率和降低建設(shè)成本，但在遠(yuǎn)程移動(dòng)辦公方面已經(jīng)展現(xiàn)出其應(yīng)用前景以及提高管理效率和數(shù)據(jù)安全方面的優(yōu)勢(shì)，這就為我們解決遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)難題提供了可能性。

（一）虛擬技術(shù)簡(jiǎn)述

虛擬技術(shù)以往多指虛擬仿真技術(shù)（Virtual Reality）或稱虛擬現(xiàn)實(shí)和模擬技術(shù)，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)去模仿和生成一個(gè)與現(xiàn)實(shí)環(huán)境一樣，并可被人們體驗(yàn)、感知和交互的虛擬環(huán)境的技術(shù)[1]。

虛擬技術(shù)的另一個(gè)發(fā)展方向是虛擬化技術(shù)（Virtualization），它是通過(guò)計(jì)算機(jī)資源管理技術(shù)，將計(jì)算機(jī)的各種實(shí)體資源，如服務(wù)器、內(nèi)存、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等資源組成一個(gè)資源池，通過(guò)抽象、轉(zhuǎn)換、分區(qū)，形成一到多臺(tái)邏輯計(jì)算機(jī)（即虛擬機(jī)），并可靈活調(diào)配各資源池中的資源，而且虛擬機(jī)之間互不影響，因此可在各虛擬機(jī)上建立相互不同的運(yùn)行環(huán)境，為充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的效率提供了可能性[2]。

目前虛擬化技術(shù)應(yīng)用包括兩個(gè)層面，一個(gè)是底層的服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備資源的虛擬，另一個(gè)則是計(jì)算機(jī)桌面的虛擬（Virtual Desktop Infrastructure），桌面虛擬一般需要依賴于底層資源的虛擬，虛擬化技術(shù)已在云計(jì)算、遠(yuǎn)程移動(dòng)辦公，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境管理等方面得到廣泛應(yīng)用[3]。

以上兩種虛擬技術(shù)的區(qū)別就在于虛擬仿真技術(shù)是虛擬外部環(huán)境，而虛擬化技術(shù)則是虛擬計(jì)算機(jī)內(nèi)部資源。虛擬仿真技術(shù)早已廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中，如中央電大早期的液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)、北郵的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室、廈門網(wǎng)中網(wǎng)的會(huì)計(jì)類的實(shí)驗(yàn)軟件都是基于虛擬仿真技術(shù)。然而，虛擬仿真課程仍然要依賴計(jì)算機(jī)運(yùn)行環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)才能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)，并且對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊笠脖容^高，因此，只有解決遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)傳輸問(wèn)題才能發(fā)揮虛擬仿真課程的作用。

近年來(lái)隨著云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，虛擬化技術(shù)日趨成熟，在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，盡管目前主要是為了提高設(shè)備的使用效率和管理效率，但也足以讓我們看到了虛擬化技術(shù)在解決遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)環(huán)境問(wèn)題以及遠(yuǎn)程教學(xué)應(yīng)用方面有著良好的發(fā)展前景。

（二）遠(yuǎn)程虛擬建設(shè)的可行性分析

本研究課題所選專業(yè)的實(shí)驗(yàn)定向?yàn)橐杂?jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)以及相應(yīng)的軟件或虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程軟件構(gòu)成的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

1.虛擬化技術(shù)有效解決統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)環(huán)境問(wèn)題

遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)首先要解決學(xué)習(xí)者的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，虛擬仿真技術(shù)雖然可以達(dá)到這一目的，但開發(fā)成本和對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求也極高，而虛擬化技術(shù)卻能有效地解決這一問(wèn)題，首先將高性能的服務(wù)器虛擬出多臺(tái)虛擬服務(wù)器，分別為不同的實(shí)驗(yàn)課程服務(wù)，然后再在虛擬服務(wù)器上根據(jù)要求虛擬出很多個(gè)虛擬桌面，每個(gè)虛擬桌面就相當(dāng)于一臺(tái)計(jì)算機(jī)，我們只需將這些虛擬計(jì)算機(jī)按照實(shí)驗(yàn)要求分別安裝好實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使用者可以在家中計(jì)算機(jī)或移動(dòng)智能終端通過(guò)服務(wù)器的IP地址和賬號(hào)密碼就可以登錄到自己的桌面，就能獲得與真實(shí)環(huán)境高度兼容的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境[4]，不但如此，桌面虛擬化還能讓智能移動(dòng)終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲得與PC機(jī)相同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使得一些原本只能在PC機(jī)上運(yùn)行的教學(xué)資源方便地移植到智能移動(dòng)終端上，既擴(kuò)展了教學(xué)資源使用的靈活性，又避免了在移動(dòng)終端上重復(fù)開發(fā)相同的資源，降低了遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的成本。

2.虛擬化技術(shù)有效解決遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)信息傳輸?shù)膯?wèn)題

由于虛擬化桌面是運(yùn)行在服務(wù)器上的計(jì)算機(jī)，因此所有運(yùn)行信息都在服務(wù)內(nèi)部完成，且虛擬桌面之間相當(dāng)于在局域網(wǎng)中運(yùn)行的計(jì)算機(jī)，之間的數(shù)據(jù)傳輸相當(dāng)于在局域網(wǎng)中進(jìn)行，因此，對(duì)于遠(yuǎn)程桌面只需要傳輸顯示信息和控制信息即可完成各種操作，大大降低了對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求，同時(shí)也使得一些本來(lái)只能在局域網(wǎng)中運(yùn)行的軟件可以擴(kuò)展到遠(yuǎn)程桌面上。如一些仿真教學(xué)系統(tǒng)、交互系統(tǒng)和多媒體廣播系統(tǒng)等[5]，有效保護(hù)以往投資，降低了遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室成本，提高了遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室性能。

3.虛擬化技術(shù)有效解決遠(yuǎn)程交互和遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)問(wèn)題

雖然虛擬化技術(shù)并不能直接解決遠(yuǎn)程交互和遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的問(wèn)題，但卻給我們提供了解決問(wèn)題的方便性，因?yàn)樘摂M實(shí)驗(yàn)環(huán)境的安裝和設(shè)置都在服務(wù)器中完成，我們可以預(yù)先將設(shè)計(jì)好的遠(yuǎn)程交互系統(tǒng)以及學(xué)習(xí)者的分組信息嵌入到虛擬桌面系統(tǒng)中，并自動(dòng)運(yùn)行，使學(xué)習(xí)者在獲取遠(yuǎn)程桌面的同時(shí)就看到在線的教師和同學(xué)，等同于一個(gè)面對(duì)面的平臺(tái)，可以隨時(shí)與老師和同學(xué)交互，并申請(qǐng)老師或同學(xué)的協(xié)助指導(dǎo)。

4.虛擬化技術(shù)有效解決遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)信息獲取問(wèn)題

實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)信息包括實(shí)驗(yàn)結(jié)果信息和實(shí)驗(yàn)過(guò)程信息，實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)信息的獲取同樣是有賴于虛擬桌面統(tǒng)一布置的便利性，采取預(yù)先設(shè)置的方法，對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果信息的獲取采取共享文件夾的方式，在虛擬桌面上預(yù)置一個(gè)實(shí)驗(yàn)專用的共享文件夾，學(xué)習(xí)者所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告都存儲(chǔ)在這個(gè)文件夾中，教師通過(guò)該文件獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果信息并對(duì)該學(xué)習(xí)者進(jìn)行評(píng)價(jià)。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程信息則采取嵌入錄屏軟件，對(duì)學(xué)習(xí)者實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行錄制，以獲取實(shí)驗(yàn)者的操作過(guò)程信息供教師評(píng)價(jià)時(shí)調(diào)用分析，并以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

（三）遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的流程設(shè)計(jì)思路

遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)由于師生分離必然使實(shí)驗(yàn)過(guò)程不再是人與人的交互，而是人與機(jī)器的交互，所有人與機(jī)器的交互必定要有一個(gè)相對(duì)固定的流程，只有設(shè)計(jì)出合理的流程才能設(shè)計(jì)出科學(xué)的符合要求的應(yīng)用平臺(tái)，為了避免過(guò)多地改變學(xué)生實(shí)驗(yàn)的習(xí)慣，所以我們?cè)O(shè)計(jì)的原則是讓遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程盡可能的貼近實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，盡可能使用熟悉的軟件系統(tǒng)，并將這些軟件系統(tǒng)與虛擬桌面進(jìn)行整合，使學(xué)生和教師在情感上更容易接受，在使用上更容易上手。根據(jù)這一原則設(shè)計(jì)出以下實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程。

1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)信息管理系統(tǒng)獲取學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程和實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求，以學(xué)號(hào)建立虛擬遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)賬號(hào)[6]，配備實(shí)驗(yàn)環(huán)境，劃分學(xué)習(xí)小組，分派指導(dǎo)教師，并將這些信息關(guān)聯(lián)到教學(xué)交互系統(tǒng)上，方便學(xué)習(xí)者與老師和同學(xué)交流。

2.登錄虛擬遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。平臺(tái)的登錄采用了模仿APP的形式，預(yù)先安裝在學(xué)生的終端設(shè)備上，學(xué)習(xí)者只要安裝了登錄的APP即可以自己的賬號(hào)密碼登錄到相應(yīng)的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中。如果1個(gè)學(xué)生需要多個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，只要在學(xué)生終端設(shè)備上安裝多個(gè)課程附錄的APP，登錄是根據(jù)課程點(diǎn)擊不同的APP，使用同一個(gè)賬號(hào)密碼即可登錄到不同的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中。

3.遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)環(huán)境中以桌面圖標(biāo)的形式安裝了實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)課程的遠(yuǎn)程教學(xué)直播計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師上課時(shí)間表、直播課程的鏈接以及課程資源管理系統(tǒng)的鏈接，這些信息同樣也在實(shí)驗(yàn)中心網(wǎng)上公布。學(xué)習(xí)者在實(shí)驗(yàn)前可先看實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，需要時(shí)再按時(shí)看教學(xué)直播，如時(shí)間不允許可進(jìn)行課程資源管理系統(tǒng)點(diǎn)播學(xué)習(xí)。

4.進(jìn)入實(shí)驗(yàn)，如果是計(jì)算機(jī)類的實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)者可直接在虛擬桌面上按要求操作，如果是非計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)則可點(diǎn)擊桌面上相應(yīng)的圖標(biāo)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

5.實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)和實(shí)時(shí)交互系統(tǒng)進(jìn)行，在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的上課時(shí)間內(nèi)，學(xué)習(xí)者可以通過(guò)實(shí)時(shí)交互系統(tǒng)向老師提問(wèn)，如需老師指導(dǎo)操作時(shí)可在虛擬桌面上的網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)點(diǎn)擊舉手按鈕，在教師端即可看到學(xué)生舉手，并可對(duì)學(xué)生進(jìn)行桌面觀看、控制桌面，廣播教師桌面等操作來(lái)指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)。

6.實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告按規(guī)定存入指定的共享文件夾，同時(shí)通過(guò)預(yù)裝的錄屏軟件對(duì)學(xué)習(xí)者的實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行記錄，供教師進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

7.教師除按時(shí)進(jìn)入遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)外，每周必須檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況，并在實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)上給出評(píng)價(jià)，若發(fā)現(xiàn)沒(méi)有按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)不及格的就通過(guò)師生交互系統(tǒng)通知學(xué)習(xí)者。

（四）基于虛擬技術(shù)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建要素

雖然虛擬技術(shù)為遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室提供了解決問(wèn)題的可行性，但實(shí)驗(yàn)室除了為學(xué)習(xí)者提供實(shí)驗(yàn)環(huán)境外還承擔(dān)著實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)管理任務(wù)，因此，我們認(rèn)為構(gòu)建遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)室至少應(yīng)包括以下幾大要素：

1.遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)要素：包括教師遠(yuǎn)程授課直播、錄播和點(diǎn)播，以及虛擬仿真教學(xué)課程。

2.遠(yuǎn)程交互要素：包括實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)的文字和音視頻交互、遠(yuǎn)程協(xié)作和遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。

3.遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)管理要素：包括學(xué)習(xí)者的賬號(hào)和協(xié)作小組的設(shè)置和分配、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇、實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃、時(shí)間的安排和提醒。

4.遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)環(huán)境要素：主要是在桌面虛擬化的基礎(chǔ)上集成其他各要素，為每個(gè)學(xué)習(xí)者提供一個(gè)符合其所選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)的環(huán)境。

5.遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)要素：包括實(shí)驗(yàn)結(jié)果提交和評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程信息的記錄、提取和評(píng)價(jià)。

6.資源配置和管理要素：主要包括服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源要根據(jù)學(xué)習(xí)者的數(shù)量和學(xué)習(xí)習(xí)慣進(jìn)行合理配置、負(fù)責(zé)均衡、保證學(xué)習(xí)者隨時(shí)隨地獲得這些資源進(jìn)行學(xué)習(xí)。

根據(jù)以上要素，遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的總體框架如下圖所示：

四、構(gòu)建遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的實(shí)踐

（一）桌面虛擬化方案的選擇

桌面虛擬化是遠(yuǎn)程的主體，目前市面上流行的主流桌面虛擬化系統(tǒng)主要有4種，分別是微軟公司的VDI、VMware的VMware View、Redhat（紅帽子）的KVM以及Citrix(思杰)的Xen Desktop。根據(jù)資料顯示，Xen Desktop對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求較低，并通過(guò)高速交付協(xié)議可在任何網(wǎng)絡(luò)條件下提供快速的桌面響應(yīng)速度。而微軟的VDI則在安全性方面以及眾多桌面虛擬化解決方案方面有其突出的優(yōu)勢(shì)，VMware則在對(duì)桌面應(yīng)用程序只需復(fù)制就能完成遷移，大大提高了虛擬桌面的配置效率。Redhat（紅帽子）的KVM則在對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬要求適中，能較好的支持視頻播放，尤其是對(duì)虛擬桌面的配置和管理較為簡(jiǎn)單易用，而且是開源項(xiàng)目，使用成本相對(duì)其他方案要低，因此我們選擇了KVM作為研究遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)的桌面虛擬化系統(tǒng)。

（二）服務(wù)器和存儲(chǔ)的配置

為了保證各虛擬化桌面的性能可以滿足實(shí)驗(yàn)的要求，必須根據(jù)桌面的性能要求和數(shù)量配置相應(yīng)的服務(wù)器、內(nèi)存和存儲(chǔ)?？紤]到實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)的配置最低要求應(yīng)達(dá)到：CPU的主頻大于1G，內(nèi)存為4G，硬盤100G，則一臺(tái)物理服務(wù)器配置2顆Intel_Xeon 2.1G，8核CPU，128G內(nèi)存，8*600G硬盤。服務(wù)器CPU的運(yùn)算主頻為2.1*2*8＝33.6G，滿負(fù)荷最多負(fù)載30臺(tái)虛擬化桌面（相近一個(gè)班的教學(xué)），內(nèi)存和硬盤也大體上可以滿足30臺(tái)虛擬化桌面的運(yùn)行需求[7]，這是考慮到遠(yuǎn)程虛擬桌面一般不會(huì)同時(shí)在線的情況，因?yàn)榉?wù)器自身運(yùn)行還必須占用一定的資源。如果要求配置更高的虛擬化桌面，則要提高服務(wù)器配置或減少虛擬桌面的臺(tái)數(shù)。

（三）實(shí)驗(yàn)課程直播點(diǎn)播系統(tǒng)

遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，我們采取了本地實(shí)驗(yàn)與遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的建設(shè)模式，并在本地實(shí)驗(yàn)室中配置了實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的直播、錄播環(huán)境和直播錄播系統(tǒng)，為了緩解因視頻直播教學(xué)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的壓力，系統(tǒng)使用了流媒體的播放方式，并提供多碼流供學(xué)習(xí)者根據(jù)自己的網(wǎng)絡(luò)情況選擇不同的碼流進(jìn)行播放。同時(shí)系統(tǒng)還使用了攝像機(jī)云自動(dòng)跟蹤話筒技術(shù)，使得直播和錄播過(guò)程中不必有專門的攝像人員介入，一般技術(shù)人員啟動(dòng)了系統(tǒng)，上課教師只需象平時(shí)上課一樣，只是通過(guò)多媒體中央控制系統(tǒng)切換信號(hào)源全能完成課程的自動(dòng)直播和錄播，視頻信號(hào)通過(guò)流媒體服務(wù)器接入互聯(lián)網(wǎng)供學(xué)習(xí)者觀看。而所錄制的視頻教學(xué)課程也同時(shí)傳送到教學(xué)資源管理服務(wù)器，并由管理人員編輯課程信息供不能按時(shí)參加直播學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)者進(jìn)行點(diǎn)播（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見直播點(diǎn)播系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖）。目前只設(shè)計(jì)了一間本地的實(shí)驗(yàn)課程直播室，因此，只要將直播的鏈接以圖標(biāo)形式預(yù)先裝入虛擬桌面上，學(xué)習(xí)者只要在上課時(shí)間點(diǎn)擊圖標(biāo)就可直接進(jìn)入直播課堂，觀看教師的授課，而點(diǎn)播則采用B/S模式，學(xué)習(xí)者需通過(guò)瀏覽器進(jìn)入教學(xué)資源管理系統(tǒng)檢索觀看。

（四）實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)與教學(xué)交互系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)與教學(xué)交互系統(tǒng)也是預(yù)裝在虛擬桌面上并自動(dòng)運(yùn)行的應(yīng)用系統(tǒng)，目前選用的是廣州遠(yuǎn)志的多媒體廣播系統(tǒng)和騰訊的RTX系統(tǒng)，多媒體廣播系統(tǒng)是一款常用在局域網(wǎng)的廣播教學(xué)軟件，能完成屏幕廣播、屏幕轉(zhuǎn)播、終端控制等多項(xiàng)適合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的功能，雖然只為局域網(wǎng)設(shè)計(jì)，但由于虛擬桌面無(wú)論在廣域網(wǎng)登錄還是局域網(wǎng)登錄，其桌面與桌面之間的通訊形式仍是局域網(wǎng)，因此完全能夠應(yīng)用，只是延時(shí)可能稍長(zhǎng)一點(diǎn)，在我們的測(cè)試環(huán)境中延時(shí)大約為3秒，如果只是觀看學(xué)習(xí)者的實(shí)驗(yàn)操作或?yàn)槠涫痉恫僮鬟€是可以接受的。

RTX系統(tǒng)是騰訊公司專為企業(yè)訂制的類似QQ的交互系統(tǒng)，由于系統(tǒng)的服務(wù)是在企業(yè)內(nèi)部，在安全性方面優(yōu)于QQ，在功能上各有千秋。之所以選擇RTX是因?yàn)橐环矫嫫浍@取的成本較低，另一方面其功能比較適合遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)交互的需要，例如，可由系統(tǒng)管理人員預(yù)先將參與交互的人員編排組，這樣我們就可以按專業(yè)、班級(jí)將學(xué)習(xí)者和指導(dǎo)老師預(yù)先編在同一個(gè)組內(nèi)，使學(xué)習(xí)者和教師都能方便地找到自己的同學(xué)和老師，教師對(duì)自己的學(xué)生也一目了然，可直接進(jìn)行交流。

（五）實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)流程，實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)包括兩部分，一是實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)，二是實(shí)驗(yàn)過(guò)程的評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)我們希望以學(xué)習(xí)檔案的形式，將學(xué)習(xí)者實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的文檔存入服務(wù)器上與實(shí)驗(yàn)信息管理系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的文件夾中，方便教師進(jìn)行調(diào)取，但目前虛擬機(jī)暫時(shí)不能將文件直接往服務(wù)器上存，只能通過(guò)郵件或RTX等其他方式上傳，這種方法既不方便也容易出錯(cuò)，還占用網(wǎng)絡(luò)資源，因此只能暫時(shí)設(shè)計(jì)為以共享文件夾的形式存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)文檔，由教師分別到學(xué)習(xí)者的共享文件夾中提取，雖然增加了教師的工作量，但卻方便了學(xué)習(xí)者，且不容易出錯(cuò)。

而對(duì)于遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)過(guò)程的評(píng)價(jià)采取的是錄屏方式，錄屏軟件很多，但大多只是單機(jī)版，為了避免影響遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)，在選擇錄屏軟件時(shí)要求軟件能對(duì)壓縮率、每秒幀數(shù)、錄制范圍進(jìn)行調(diào)整。我們經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的測(cè)試，在以每秒3幀，中等壓縮率下全屏錄制，所占用的虛擬桌面資源的5%到10%，因此，在配置錄屏的虛擬桌面需要相對(duì)提高其資源的分配，如果所有桌面者設(shè)置錄屏，必定會(huì)降低系統(tǒng)的使用效率，配置時(shí)需要根據(jù)課程要求甄別是否需要錄屏。

（六）遠(yuǎn)程虛擬的硬件架構(gòu)

根據(jù)以上設(shè)計(jì)組成遠(yuǎn)程虛擬的總體硬件架構(gòu)如下圖所示：

五、遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用與有待解決的問(wèn)題

遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)在校園網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行，各項(xiàng)教學(xué)、交互、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、錄屏、實(shí)驗(yàn)課程的直播點(diǎn)播都比較順暢，完全符合遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的要求，學(xué)習(xí)者可以隨時(shí)隨地通過(guò)PC和PAD登錄到虛擬桌面系統(tǒng)中學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)，而在廣域網(wǎng)上運(yùn)行虛擬桌面上的各種軟件和教學(xué)交互系統(tǒng)都較為順暢，但屏幕廣播和屏幕控制延時(shí)較大，通過(guò)多媒體廣播系統(tǒng)進(jìn)行視頻廣播基本上不能用，這和該系統(tǒng)本來(lái)只能在局域網(wǎng)運(yùn)行有關(guān)，能夠做到屏幕廣播和屏幕控制已經(jīng)基本滿足實(shí)驗(yàn)的需求。

我們經(jīng)過(guò)對(duì)虛擬化技術(shù)的研究，并借助該技術(shù)整合現(xiàn)有的各種教學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建了切實(shí)可用的遠(yuǎn)程虛擬平臺(tái)，由于這種整合還只是淺層面的整合，因此仍有不少有待解決的問(wèn)題，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面，一是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境仍不是十分理想，在使用較大型的實(shí)驗(yàn)軟件和仿真實(shí)驗(yàn)課程軟件時(shí)仍有一些卡頓現(xiàn)象，遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)也存在延時(shí)過(guò)大的問(wèn)題。二是幾乎找不到基于桌面虛擬化的系統(tǒng)的第三方應(yīng)用軟件。三是如何將遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)課程文件夾整合到實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息管理系統(tǒng)中，通過(guò)管理系統(tǒng)就能方便查看課程文件的內(nèi)容，方便教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

總的來(lái)說(shuō)，遠(yuǎn)程虛擬運(yùn)行的整體效果達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，存在的問(wèn)題相信隨著遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展和虛擬化技術(shù)的進(jìn)步以及更多的學(xué)校、企業(yè)加入到遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)與研究中，未來(lái)將會(huì)有更加完善的解決方案。

[1]百度百科：虛擬技術(shù)http://baike.baidu.com/view/274295.htm.

[2]百度百科：虛擬化 http://baike.baidu.com/view/729629.htm .

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[6]張乃千等. 基于云計(jì)算的虛擬實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)教育，2015(1).

[7]柏忠賢，崔純，張健.高校云計(jì)算實(shí)驗(yàn)室虛擬化解決方案探究[J].軟件導(dǎo)刊，2014(6).