1。国外研究现状实验是化学的基础,为了能让学生在实验室以外仍能够获得进行化学实验的机会,让学生通过仿真的药品、仪器进行实验操作,帮助提高学生的动手操作能力,美国霜堡州立大学设计并实现了供学生实验之用的一个能控制仪器的远程化学实验室[5]。82739

霜堡州立大学整个远程实验系统包含两个部分,其一是能在现场控制并进行化学实验的仪器,这会根据学生实验需求的变化而变化,其二是支撑这个远程实验系统的服务器群,其中包括:1)数据服务器,连接数据采集控制模块,主要负责数据的采集、分析处理和历史数据的存放;2)视频服务器,与一个网络摄像头连接,拍摄实验对象的照片与视频;3)Web服务器,负责提供网络连接服务,处理远程用户的实验请求[5]。

霜堡州立大学的整个实验流程如下:待进行实验的学生在用户端通过因特网浏览器便可以直接获得该实验的控制界面。当用户使用控制面板要提交一个实验请求时,在后端的Perl脚本程序就会进行分类并且处理其得到的请求,将这个运行请求写入到服务器的“待进行实验的队列请求”当中,如果前面没有要执行的队列,实验就可以在短时间内进行;相反,该实验请求会被进行合理的调度和安排。化学实验的控制界面在用户端的浏览器中呈现当时实验的实时情形,通过网络Camera,用户能够实时地看到自己化学实验操作的相关实验变化,同时还能够得到准确合理的实验数据。并且该系统还添加了一个“应急按钮”,由于化学实验时常会发生较危险的化学反应,利用该按钮,能够让系统紧急通知实验室管理员,实验室管理员通过网络Camera能够即时了解到当前实验的危险级数,从而进行事故处理。最后,当实验完成后,实验设备还会自动地进行清洗,为下一个用户的使用做好准备[7]。

该远程实验室有如下的特点:

1)拥有图形化界面

2)现场感非常强烈

3)能够采集到精确的实时数据

4)化学实验不受时间及空间的限制

在该远程实验室建成后,当地媒体对该实验室的意义作了如下总结:

1)  该化学实验室的建立促进了教育的平等,让该校的学生能够拥有同等实验和教育的机会。而且后来该实验室也实现了其使用的“市民化”:无论用户是身处城市还是乡村,无论用户是重点大学学生还是一般大学的学生,只要用户有实验的需求,都能通过最简单的互联网连接和最简单的计算机设备远程地进入实验室,并进行相关的实验操作,掌握化学实验技能。

2)  该系统能够突破时间及空间的束缚,能够共享资源。在美国,存在有实验室经费不足的问题,该系统能够减少重复的实验室投资,实现实验室资源的共享,避免资源的闲置与浪费。

3)  该系统能够操作具有一定危险系数的化学实验,能够确保用户的人身安全。化学实验难免要进行一些对人体有害的破坏性实验,这些实验都不宜有人员的近距离操作,该远程实验系统能够使用户与危险的化学药品相隔离,进行安全的实验,而且事后还能自动的清扫化学垃圾。

通过对国外远程实验室的总结和概括,能够发现,国外远程实验室实行的实践开始于上个世纪中叶(具体可追溯到二十世纪50年代的美国)主要是对基础通用遥控机械手的研究,它为远程实验室的构建提供了自动化方面的技术支持。20世纪80年代,美国维吉尼亚大学的William Wolf教授提出了合作实验室(Collaboratory)的概念并称其为“无墙的研究中心”,目的是让分布于世界各地的科学家们可以相互共享资源(如,设备、信息、数据和人才等),它为远程实验室的构建提供了计算机网络方面的技术支持。20世纪90年代,Internet远程控制实验成功实践,美国Telmesseea tchattanooga大学(UTC)于1995年设计了可进行一系列远程控制实验的网上工程实验室,自此,国外进入了远程实验室建设的全盛时期。在美国、欧洲、加拿大等发达国家,远程实验室已得到广泛普及,应用领域也比国内更加广阔,涉及到了航空航天、药学等国内较少研究的学科[6]。 

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