利用虛擬實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)獨(dú)立學(xué)院學(xué)生創(chuàng)新思維的研究

【摘 要】 獨(dú)立學(xué)院是我國(guó)高等教育的新生力量，但由于發(fā)展時(shí)間較短，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)在教學(xué)設(shè)備、師資、教學(xué)場(chǎng)所等方面均存在不足。針對(duì)獨(dú)立學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，應(yīng)引入虛擬實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行補(bǔ)充。本文在分析虛擬實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，提出了基于虛擬實(shí)驗(yàn)的學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)方法。

【關(guān)鍵詞】 虛擬實(shí)驗(yàn) 獨(dú)立學(xué)院 創(chuàng)新思維

【文獻(xiàn)編碼】 doi:10.3969/j.issn.0450-9889（C）.2011.04.012

一、 獨(dú)立學(xué)院發(fā)展概況

獨(dú)立學(xué)院是我國(guó)高等教育的新分支，它借助我國(guó)高等教育大眾化的浪潮，實(shí)現(xiàn)從無(wú)到有、由弱漸強(qiáng)，已經(jīng)初具規(guī)模。目前我國(guó)共有300多所獨(dú)立學(xué)院，在校生總數(shù)接近190萬(wàn)人，超過(guò)20世紀(jì)80年代中期全國(guó)高等教育的總規(guī)模。但是，在迅速發(fā)展的同時(shí)，大多數(shù)獨(dú)立學(xué)院很難在短時(shí)間內(nèi)將教學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施、師資隊(duì)伍、學(xué)科建設(shè)等提升至與之規(guī)模相匹配的程度，加之生源本身就與普通高校的學(xué)生在綜合素質(zhì)、基礎(chǔ)知識(shí)上存在一定差距，這些都直接影響著獨(dú)立學(xué)院的發(fā)展。獨(dú)立學(xué)院要取得發(fā)展，就必須培養(yǎng)出適應(yīng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量應(yīng)用型人才。所謂應(yīng)用型人才，就是指不同于高精尖理論型和學(xué)術(shù)型的人才，是掌握直接應(yīng)用型知識(shí)并具有具體實(shí)踐和創(chuàng)新能力的人才。但是，培養(yǎng)高質(zhì)量應(yīng)用型人才的過(guò)程中最難實(shí)現(xiàn)的一點(diǎn)就是培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

所謂創(chuàng)新思維是指人腦在創(chuàng)造活動(dòng)中選擇與調(diào)整所需要的各類(lèi)思維方式與方法，使其達(dá)到有效、辯證統(tǒng)一，從而突破舊思想并以漸進(jìn)或突變的方式對(duì)大腦已儲(chǔ)備的各類(lèi)信息重新組合、擴(kuò)展、升華，最終產(chǎn)生出新概念、新理論、新技術(shù)、新產(chǎn)品的高級(jí)思維活動(dòng)。創(chuàng)新思維是一種高級(jí)復(fù)雜的神經(jīng)心理活動(dòng)，因此生理因素（即腦的結(jié)構(gòu)）成為影響創(chuàng)新能力的重要因素。智力、觀察力、記憶力、邏輯思維能力、想象力與操作能力在創(chuàng)新活動(dòng)中起著重要的作用。情感、意志、興趣、性格的訓(xùn)練環(huán)境因素可以激發(fā)人的創(chuàng)新思維品質(zhì)的形成與發(fā)展。 因此，環(huán)境對(duì)創(chuàng)新思維的培養(yǎng)與創(chuàng)新活動(dòng)的開(kāi)展起著重大作用。

為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，進(jìn)而使他們成為滿足社會(huì)需要的高質(zhì)量應(yīng)用型人才，最好的方法就是在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行訓(xùn)練。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅可以更深入地了解相關(guān)課程的理論基礎(chǔ)，而且可以動(dòng)手進(jìn)行操作，加深印象。實(shí)驗(yàn)的過(guò)程也就成為了提高學(xué)生智力、觀察力、記憶力等方面的過(guò)程，對(duì)學(xué)生的思維能力和動(dòng)手能力的提高和相互結(jié)合具有重要作用。

但是，由于獨(dú)立學(xué)院的成立時(shí)間較短，因而在教學(xué)設(shè)備、師資、教學(xué)場(chǎng)所等方面均存在不足。以上不足使得獨(dú)立學(xué)院很難通過(guò)傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)方式提供大量的動(dòng)手和訓(xùn)練機(jī)會(huì)。這樣使得培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的迫切需要與現(xiàn)實(shí)條件產(chǎn)生了巨大的矛盾。為了解決這個(gè)矛盾，必須找到新的方法替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)是近年應(yīng)運(yùn)而生的新技術(shù)和新手段，它可以提供更開(kāi)放、更靈活也更節(jié)省資金的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑蚨梢杂行Ь徑猹?dú)立學(xué)院開(kāi)設(shè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)所受到的資金、場(chǎng)地、師資等各方面的限制。

二、 目前獨(dú)立學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

目前，獨(dú)立學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在以下幾方面問(wèn)題：一是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容僵化。以計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)為例，各個(gè)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課的實(shí)驗(yàn)均是對(duì)課本上例題的簡(jiǎn)單驗(yàn)證，缺乏對(duì)前沿技術(shù)發(fā)展的反映。此外，實(shí)驗(yàn)的設(shè)置是離散的，沒(méi)有形成統(tǒng)一的體系，如程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言課程的實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的實(shí)驗(yàn)很難銜接，學(xué)生在完成了程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言課程的學(xué)習(xí)后，繼續(xù)上數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程仍然感到非常困難。二是實(shí)驗(yàn)時(shí)間不足。這是目前各個(gè)高校普遍遇到的問(wèn)題，由于學(xué)校的規(guī)模在擴(kuò)大，學(xué)生數(shù)量越來(lái)越多，而實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的增加遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于實(shí)驗(yàn)需求的增長(zhǎng)。這樣，造成實(shí)驗(yàn)安排緊張，即使實(shí)驗(yàn)室從早上開(kāi)放到晚上，仍然只能勉強(qiáng)完成教學(xué)計(jì)劃規(guī)定的課時(shí)，無(wú)法增加創(chuàng)新性的額外實(shí)驗(yàn)。三是實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)不夠。隨著學(xué)生數(shù)量的增多，一個(gè)班上的學(xué)生人數(shù)也較多（一般40～80人）。這么多的學(xué)生在同一次實(shí)驗(yàn)課中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一個(gè)（或少數(shù)幾個(gè)）任課教師顯然無(wú)法應(yīng)付。在很多情況下，往往出現(xiàn)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)應(yīng)付了事而教師也無(wú)心管理的狀況。

因此，對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改革和補(bǔ)充，是非常必要的。虛擬實(shí)驗(yàn)就是針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)而出現(xiàn)的新技術(shù)和手段，它將有效地改善目前獨(dú)立學(xué)院人才培養(yǎng)中實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)比較薄弱的現(xiàn)狀。

三、 虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)分析

虛擬實(shí)驗(yàn)是借助多媒體、仿真以及虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）技術(shù)而產(chǎn)生和發(fā)展的一種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑鹪从?0世紀(jì)末，是以計(jì)算機(jī)為控制中心，利用軟件技術(shù)構(gòu)建系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)模型，協(xié)調(diào)相關(guān)硬件設(shè)備技術(shù)形成虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)形成虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化。在虛擬實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以通過(guò)計(jì)算機(jī)操作，像在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所取得的學(xué)習(xí)或訓(xùn)練效果等于甚至優(yōu)于在真實(shí)環(huán)境中所取得的效果。虛擬實(shí)驗(yàn)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，也是教育領(lǐng)域應(yīng)用信息技術(shù)的一種創(chuàng)新。虛擬實(shí)驗(yàn)一般是通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)室而進(jìn)行的，而虛擬實(shí)驗(yàn)室是由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的一類(lèi)適于進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，有關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，實(shí)驗(yàn)對(duì)象以及實(shí)驗(yàn)信息資源等，可以是某一現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)再現(xiàn)，也可以是虛擬構(gòu)想的實(shí)驗(yàn)室。

虛擬實(shí)驗(yàn)具有如下優(yōu)勢(shì)：一是彌補(bǔ)教學(xué)條件的不足。虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軓浹a(bǔ)因?qū)嶒?yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、教學(xué)經(jīng)費(fèi)投入不夠等原因而無(wú)法開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的不足，使學(xué)生獲得與真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣的體會(huì)，從而豐富感性認(rèn)識(shí)，加深對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。二是避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)或操作所帶來(lái)的各種危險(xiǎn)。虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)苁箤?shí)驗(yàn)者獲得在真實(shí)實(shí)驗(yàn)條件下難以獲得甚至根本無(wú)法得到的關(guān)于客觀對(duì)象的信息。以往對(duì)于危險(xiǎn)的或?qū)θ梭w健康有危害的實(shí)驗(yàn)，一般采用電視錄像的方式來(lái)取代實(shí)驗(yàn)，學(xué)生無(wú)法直接參與實(shí)驗(yàn)以獲得感性認(rèn)識(shí)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，則可以免除這種顧慮。學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，可以放心地去做各種危險(xiǎn)的或會(huì)危害人體的實(shí)驗(yàn)，如虛擬的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以避免化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的燃燒、爆炸所帶來(lái)的危險(xiǎn)，等等。三是徹底打破空間與時(shí)間的限制。虛擬實(shí)驗(yàn)可以徹底打破空間的限制，縮短實(shí)驗(yàn)周期，大到宇宙天體，小至原子粒子，學(xué)生都可以進(jìn)入這些物體的內(nèi)部進(jìn)行觀察。虛擬實(shí)驗(yàn)還可以突破時(shí)間的限制，一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過(guò)程，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以在很短的時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生觀察。

由上可知，虛擬實(shí)驗(yàn)是非常適合于獨(dú)立學(xué)院對(duì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新思維培養(yǎng)的。而且，建立虛擬實(shí)驗(yàn)室的成本也不高，只需要在目前已有的設(shè)備（如服務(wù)器）中加裝相關(guān)軟件即可。因此，建立虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境是完全可行的。

四、 基于虛擬實(shí)驗(yàn)的學(xué)生創(chuàng)新思維培養(yǎng)方法

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，首先，應(yīng)對(duì)學(xué)生的思想進(jìn)行改造和提升，只有當(dāng)學(xué)生從被動(dòng)地接受轉(zhuǎn)變到主動(dòng)地創(chuàng)造，創(chuàng)新才能體現(xiàn)出來(lái)。其次，幫助學(xué)生打下扎實(shí)的基礎(chǔ)和擴(kuò)展知識(shí)面，這樣創(chuàng)新才能源源不斷地在學(xué)生思維中涌現(xiàn)。因此，基于虛擬實(shí)驗(yàn)的學(xué)生創(chuàng)新思維培養(yǎng)方法應(yīng)包括以下方面內(nèi)容：

其一，內(nèi)在動(dòng)員與外部吸引相結(jié)合。所謂內(nèi)在動(dòng)員就是指思想上的動(dòng)員，就是要鼓勵(lì)學(xué)生開(kāi)動(dòng)腦筋，多想多做，主動(dòng)地去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和尋找解決問(wèn)題的方法。只有當(dāng)學(xué)生充滿激情地考慮問(wèn)題，才能獲得積極的效果。外部吸引指虛擬實(shí)驗(yàn)本身要設(shè)置靈活，內(nèi)容豐富有趣，而且便于擴(kuò)展，這樣才能吸引學(xué)生的注意力。在具體教學(xué)當(dāng)中，思想動(dòng)員可以結(jié)合一定的獎(jiǎng)勵(lì)措施來(lái)執(zhí)行。當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)了新的思路或方法時(shí)，應(yīng)該鼓勵(lì)他們?cè)俳釉賲枺@樣學(xué)生的動(dòng)力就會(huì)十分充足。外部吸引可以通過(guò)購(gòu)買(mǎi)好的虛擬實(shí)驗(yàn)軟件或讓學(xué)生參與到虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的建設(shè)中來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的深度和廣度加強(qiáng)后，就能使更多學(xué)生獲得更多的機(jī)會(huì)去嘗試實(shí)現(xiàn)自己的思想。

其二，理論深化和技能訓(xùn)練相結(jié)合。虛擬實(shí)驗(yàn)不應(yīng)只提供課本上的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而應(yīng)該擴(kuò)展課本的內(nèi)容，做到理論知識(shí)的深化。學(xué)生在完成了課本上基礎(chǔ)知識(shí)的訓(xùn)練后，還應(yīng)該有機(jī)會(huì)進(jìn)行更深和更廣的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練。這樣，學(xué)生不僅可以掌握基礎(chǔ)知識(shí)，還能獲得在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中進(jìn)行鍛煉的機(jī)會(huì)，與社會(huì)的需求接軌。

其三，開(kāi)放性與靈活性相結(jié)合。虛擬實(shí)驗(yàn)的重要特性就是不一定需要真實(shí)實(shí)驗(yàn)室的支持，它可以在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)。這樣，虛擬實(shí)驗(yàn)就具有很好的開(kāi)放性，學(xué)生可以在任何時(shí)間任何地點(diǎn)通過(guò)自己的電腦進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成實(shí)驗(yàn)。此外，虛擬實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放性還體現(xiàn)在可以為學(xué)生提供更多的修改和創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的機(jī)會(huì)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的靈活性。學(xué)生可以根據(jù)自己的想法改進(jìn)或增加實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)強(qiáng)大的后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行模擬計(jì)算，驗(yàn)證自己的想法是否正確。學(xué)生在不斷地嘗試中不斷提高自己，反過(guò)來(lái)也能豐富虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的內(nèi)容和功能。

可見(jiàn)，虛擬實(shí)驗(yàn)的建設(shè)和學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)是相輔相成的。目前，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的技術(shù)越來(lái)越成熟，相關(guān)產(chǎn)品越來(lái)越多，安裝和部署都非常簡(jiǎn)單。因此，在獨(dú)立學(xué)院建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并以此來(lái)促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)是完全可行的，并且將會(huì)取得更好的教學(xué)效果。

綜上所述，獨(dú)立學(xué)院是我國(guó)高等教育的新生力量，近年來(lái)獲得了巨大的發(fā)展。但是，要實(shí)現(xiàn)獨(dú)立學(xué)院的跨越式發(fā)展還需要在人才培養(yǎng)上加大力度。學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)是獨(dú)立學(xué)院發(fā)展的關(guān)鍵，符合培養(yǎng)應(yīng)用型人才的總體目標(biāo)。本文針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，結(jié)合虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，提出了利用虛擬實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的新方法。這個(gè)方法具有較高的可行性，能有效提高獨(dú)立學(xué)院的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)更多具有創(chuàng)新思維的應(yīng)用型人才。

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【基金項(xiàng)目】 新世紀(jì)廣西高等教育教學(xué)改革工程“十一五”立項(xiàng)項(xiàng)目（2009C097）；2010年新世紀(jì)廣西高等教育教改工程項(xiàng)目（2010JGA091）

【作者簡(jiǎn)介】 梁俊斌（1979- ），男，廣西南寧人，壯族，廣西大學(xué)行健文理學(xué)院講師，博士，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)教育。

（責(zé)編 吳 筱）