摘要：目前国外还未见大规模成功应用的实例，也未形成国际通用的标准；而国内出现的虚拟实验室都或多或少的存在着通用性较差、灵活性不强、交互性差的问题。因此，研究和开发通用性强、交互性能好、灵活性强的云实验室具有相当的理论价值和实际应用价值。《机械制造》课程的任务是使学生了解机械制造过程，掌握制造技术文化的基础知识，建立材料与工艺之间的相互关系。目前高校中的实验资源紧张这一现实状况，是本门课程在实践教学中存在很多难以达到教学目标的困难。我们利用云实验室构建技术，结合机械制造实验室的云实验室建设项目而开展工作的。运用仿真技术、多媒体技术和网络技术，构建一个智能化的云实验室。我们从实训实践技术入手，不但是完成一个完整的试验系统，也是一个引导性的研究。其总体目标是设计实现一个互联网的虚拟实验室环境，让学生在网上虚拟的实验室平台上作实践活动，使他们深入了解机械制造的原理、检测技术以及相关实践知识，并提高了学生的实践能力。本云实验室能实现从辅助教学、自主实验到实验报告的网上提交与批阅的全程操作与管理，完成实践教学的基本内容，具有开放、安全、经济更新快的优点，使实践教学方法和手段得到突破与创新，从而探索出更科学的教学模式。

关键词：元宇宙技术；智能化；机械制造；虚拟仿真；云实验室

一、虚拟云实验室建设重要性及特点

云实验室用软件代替常规实验室的硬件设备，编写程序模拟实验的过程，很大程度的简化了常规实验的操作过程。虚拟仪器技术与认知模拟方法的结合大大提高了虚拟云实验室的智能化特性，学生或者科研人员，都可以很方便地利用云实验室的虚拟仪器进行实验，这不仅给某些实验性课程教学提供了有利的条件支持，还可以及时的更新更先进的仪器设备。虚拟云实验室与现代常规的实验室相比具有很多优势和特点，归纳起来有以下几个：

（一）开放性

虚拟实验室的建设能改变以往实验场地局限在高校校内的情况，为学生提供了更加便利的学习空间，学生能随时随地开展虚拟实践练习、研究性学习，减少了线下实验中耗时较长的问题，能促进学生学习效率的提升。

（二）经济性

线下实验室需要运用实验设备、实验器具，同时需要对实验设备进行维护与检修工作，购买、更换设备、在实验过程中设备的损耗等问题均需要投入大量的资金，学生的实践成本较高。建设虚拟云实验室就能解决设备与资金的问题，网络虚拟实验室中的设备不会磨损、不需要维护，能满足大量、同时使用的教学需求，能节省高校的资金投入，提高教学效率。

（三）交互性

虚拟云实验室中，实验者可以根据自身的需求进行实验的设计、实验设备选择，运用控制技术完成实验进程并对实验者的操作进行评价与反馈，使操作者获得更多有用的信息。

（四）重要性

用户可以根据自己的需要构建新的实践模块、添加新的实验仪器或在已有的功能模块基础上用改进、组合的方法构建新的模块。在模块化设计的情况下，虚拟实验室更加容易维护，随时能够扩充学习资源，构建新的模块。

（五）安全性

理工类机械类教学中会涉及一些具有危险性的实验，在普通实验室中操作者疏忽导致严重后果的情况时有发生，同时一些设计到有毒有害物的实验也具备一定的风险，需要重点关注。但在虚拟实验室中开展这类实验能消除实验中的危险性，保障实验者的安全，消除相关的风险。同时，对环境有危害的实验也能够转为线上开展，突出虚拟实验的优势。

（六）抗干扰性

线上虚拟实验室能避免或减少线下教学与实验中出现的问题，线下实验中，仪器设备的故障需要进行维修，对电力的要求也较高，设备运行的过程较为复杂，需要定期进行维护检修。在网络支持下的虚拟实验室技术则只需要通过计算机网络实现线上实验，学科教学的资源能够实现共享与充分使用，大幅减少了总体的投资，能够实现科研水平的上升，改善各个高校的办学条件。

（七）采用远程学习交互系统。

第一、学习材料的设置。学习材料作为与学习者的高频次交互对象，是虚拟教学中的关键组成部分之一。学习材料的代表有数字化媒体、视频教学资源、文字材料等，在计算机网络与媒体的辅助下，远程教育的发展逐渐进步，在线学习为代表的网络化学习是远程教育的重点应用对象。

二、虚拟云实验室实际应用价值

高等院校内部设立的实验室需要投入大量的资源、投入资金进行建设、采购、维护等工作，虽然实验体系方面较为完善，但在资源的投入量方面消耗过大。当下高校的机械专业逐渐扩大招生规模，实验室逐渐难以满足教学与学生的需求，资源的总量需要补充、实验设备需要更新换代。高校的科研经费较为紧张，现有能力与资金、资源不足以支持满足全部的教学需求，无法做到实验室的完善。所以虚拟云实验室的建设是势在必行的，云实验室具有开放性、经济型、安全性等特点，可以让学生或者科研人员更自由的进入“实验室”进行实验操作，进行实践学习和科学研究；能够用更少的资金来提供更多的资源，保障学生拥有更多的时间、机会通过时间来检验在书本上学习的知识；还能够切实保障学生以及科研人员在科学实验过程中的生命安全。虚拟实验室的建设不仅是能够弥补传统实验室的各项不足，还能够改变传统的理工科教学方式，可以更高效地完成教学任务，提高学生的学习兴趣、学习效果，更适应现代大学的建设理念。

参考文献：

[1] 王石峰.《机械制造》虚拟云实验室建设的研究[J].经贸实践，2016（01）.

[2]王涌，李国丽，应艳杰，贾立新.建设网络虚拟实验室，深化实验教学改革[J].实验技术与管理，2010（09）.

[3]姚奕，苏广和，冯林平.工程专业网络虚拟实验室的建设与探索[J].实验室研究与探索，2013（05）.

中国教育技术协会高校远程教育专业委员会2022年度“基于元宇宙技术的《机械制造》虚拟云实验室建设的研究与实践”课顾（课题批准号：GYY2218）成果