虚拟实验室平台设计的研究与实现.pdf

西南交通大学 硕士学位论文 虚拟实验室平台设计的研究与实现 姓名：陈怡 申请学位级别：硕士 专业：教育技术学 指导教师：黄文培 20100401 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 随着计算机技术、多媒体技术、通讯技术在教育领域的不断推广，虚拟实验室在 教育领域中的应用越来越广泛虚拟实验室除了可以有效辅助高校开展科研工作，在 实验教学方面也有显著的作用本文针对现有虚拟实验室平台设计的不足，就虚拟实 验室平台设计的关键技术进行了深入的研究，提出了一套可行的虚拟实验室平台构建 方案，并根据方案设计，在平台中构建了一个虚拟实验室实例 本文首先介绍了课题的研究背景、国内外研究现状；随后，本文分别从W e b 服务 构建技术、单点登录模型、虚拟实验构建技术等方面对虚拟实验室平台设计中涉及的 相关技术做了分析探讨；本文第三章在分析虚拟实验室平台功能需求的基础上，重点 针对虚拟实验室平台通用服务和统一身份认证对虚拟实验室平台的体系结构以及接口 做了详细的设计，并对平台涉及的相关数据库做了相应的设计；本文的第四章集中介 绍了虚拟实验室平台功能开发的细节，应用W e b 服务技术实现了部分虚拟实验室通用 服务，详细介绍了基于耶鲁大学C A S 认证模型的统一身份认证模块在虚拟实验室平台 服务器端的部署情况；为了验证本文对虚拟实验室平台设计的可行性，本文在第五章 构建了基于大学计算机基础课程的计算机硬件组成虚拟实验室，分别从调用虚拟实验 室平台通用服务、统一身份认证客户端部署、虚拟实验的仿真设计等方面加以实现。

关键字虚拟实验室；通用服务：统一身份认证 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 I 页 A b s t r a c t A l o n gw i t h t h ec o n s t a n t p o p u l a r i z a t i o np r a c t i c e so fc o m p u t e r , m u l t i m e d i aa n d t e l e c o m m u n i c a t i o ni nt h ef i e l do fe d u c a t i o n , v i r t u a ll a b o r a t o r yh a sb e e nw i d e l ya p p l i e d ． V i r t u a ll a b o r a t o r yC a nn o to n l yb eau s e f u lt o o lt os u p p o r tt h er e s e a r c hw o r ko fu n i v e r s i t i e s ， b u ta l s op l a y sas i g n i f i c a n tr o l ei ne x p e r i m e n t a lt e a c h i n g ．H o w e v e r ，d e f i c i e n c i e ss t i l le x i s ti n t h ep r o g r e s so fd e s i g n i n ga n dd e v e l o p i n gt h i sn e wt e a c h i n gm e t h o d ．T h ep u r p o s eo ft h i s t h e s i sW a st om a k ei n t e n s i v es t u d yo nk e yt e c h n o l o g i e si nd e s i g n i n gv i r t u a ll a b o r a t o r y p l a t f o r m ，d e m o n s t r a t eaf e a s i b l ep r o p o s a lf o rv i r t u a ll a b o r a t o r yp l a t f o r ma n di m p l e m e n ta v i r t u a ll a b o r a t o r yo nt h ep l a t f o r m ． T h i st h e s i sf i r s t l yi n t r o d u c e dt h eb a c k g r o u n da n dr e s e a r c hs t a t u sb o t hd o m e s t i ca n d a b r o a d ．F o l l o w i n gi nt h i st h e s i s ，w e bs e r v i c e s ，s i n g l es i g n ·o n , t e c h n o l o g i e si ni m p l e m e n t i n g v i r t u a le x p e r i m e n t sw e r er e f e r r e d ．T h et 1 1 i r dc h a p t e ra n a l y z e dt h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n to f v i r t u a ll a b o r a t o r i e s ，o nt o po ft h a t ，c o m m o ns e r v i c e sa n dC A S ( c e n t r a la u t h e n t i c a t i o ns e r v i c e ) w e r ee x p l i c i t l yd e s i g n e da c c o r d i n gt ot h ei n f r a s t m c t u r eo fv i r t u a ll a b o r a t o r yp l a t f o r m ， p r i m a r y i n t e r f a c e sa n dd a t a b a s ed e s i g nw e r ei n c l u d e da sw e l l ．R e l a t e df e a t u r e i m p l e m e n t a t i o n sw e r ei n v o l v e di nt h ef o n l lp a r t ．c o n c e r n i n gd e t a i l so fu t i l i z i n gw e b s e r v i c e s a n dY a l eC A St oc o n f i g u r et h ev i r t u a ll a b o r a t o r yp l a t f o r m ．I no r d e rt ov a l i d a t et h ef e a s i b i l i t y o ft h ep r o p o s e dp l a t f o r md e s i g nf o rv i r t u a ll a b o r a t o r y , ac o m p o n e n to fc o m p u t e rh a r d w a r e b a s e do nf u n d a m e n t a lo fu n i v e r s i t yc o m p u t e rW a sd e s i g n e d ，w h i c hw a sm a i n l yi m p l e m e n t e d b yi n v o k i n gc o m m o ns e r v i c e s ，d e p l o y i n gC A Sc l i e n t ，a n df i x i n gaw e l ld e s i g n e dv i r t u a l e x p e r i m e n t ． K e yW o r d sV i z t u a ll a b o r a t o r y , C o m m o ns e r v i c e s ，C e n t r a la u t h e n t i c a t i o ns e r v i c e 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文 本学位论文属于 1 ．保密口，在 年解密后适用本授权书； 2 ．不保密马／使用本授权书 ( 请在以上方框内打“4 ”) ⋯一毖名见 日期： d - ≯／ 层 彭一 赘 一r ， 一i 叶 名 ，．． 雠 舡 艴 州 柳 ∥ 导 期 憎 日 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 1 ．在虚拟实验室平台通用功能的设计方面，本文提出了应用W e b 服务技术构建 虚拟实验室通用服务的构想，在此基础上，实现了部分虚拟实验室平台通用功 能 2 ．为了提升用户体验，方便用户在虚拟实验室平台中快速、有效地访问实验室资 源，本文设计了基于耶鲁大学单点登录模型的虚拟实验室平台统一身份认证模 块，并分别在平台服务器和客户端进行了部署 3 ．构建了基于平台的虚拟实验室，验证了验证通用服务、统一身份认证服务在虚 拟实验室平台中应用的可行性，在此基础上，在虚拟实验仿真部分，本文根据 大学计算机基础课程，设计实现了一个虚拟实验的仿真实例。

本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的研究成果对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担 学位论文作者签名： 日期： ∥名 幽4 ．歹 1 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 ．1 研究背景 第一章绪论 信息技术应用在提高信息传递速度和质量的同时，正快速广泛地渗透着人类社会 的各个领域在教育领域，信息技术已经引起了从教育观念、教育模式到教育过程的 巨大变革目前，伴随信息技术发展起来的E - L e a r n i n g [ 1 】在教育领域中的应用日益广泛， 特别是在I T 学位课程的设置中，E ．L e a r n i n g 的支撑作用显得更加显著2 】 J ．W ．R i c k e l 通过研究发现，单纯通过听觉获取知识，学生能获取总知识量的2 5 ％； 结合视觉与听觉，知识获取量可以达到4 5 ％；而如果使用“在实践中学习“ 的方法， 知识的获取量则高达7 0 ％3 】在现代远程教育中，理论课的许多课程需要借助各种多 媒体实现基于网络的教学，而实验的出发点是学生亲自动手实践，因此相对于远程教 育的理论教学模式而言，实验教学是近距离性的，这样一来，在远程教育中就出现了 实验教学与远程教学模式不适应的状况。

此外，目前教育网站中真正的教学内容相对 匮乏，并且静态教程是主要的教学资源，动态教学内容仅占极小一部分，这已成为制 约现代远程教育质量的一个重要因烈4 1 虚拟实验室( V i r t u a lL a b o r a t o r y ) 的概念最早在1 9 8 9 年由弗吉尼亚大学的W i l l i a m w r u l f 教授提出，用来描述一个计算机网络化的虚拟实验室环境【5 】．，是一个“无墙的研 究中心“ 【6 】联合国教科文组织于1 9 9 9 年8 月在美国依阿华州立大学召开的会议确定 了“虚拟科学研究中心“ 和“虚拟研究实验室’’科研和教学模式的构。