計算機虛擬實驗教學系統發展淺析

摘要：虛擬實驗教學系統可以彌補傳統教學實驗的不足。本文闡述了國內網絡虛擬實驗教學系統的現狀，并針對我國虛擬實驗教學系統存在的問題，有針對性地提出了相關建議。

關鍵詞：虛擬實驗 教學系統 現狀 問題 建議

一、我國虛擬實驗教學系統研究現狀

1.我國虛擬實驗教學系統研究起步晚發展快。隨著人工智能、仿真技術、數據庫技術、多媒體技術等相關技術的快速發展，虛擬實驗的研究越來越受到重視。我國部分大學已陸續建立了網絡虛擬實驗系統。

華中科技大學遠程教育“液壓與氣壓傳動”小組研發了“液壓回路性能和液壓元件裝拆”虛擬實驗。基于三維環境基礎上，實現了“液壓元件裝拆”虛擬實驗運行，學生在虛擬現實環境中，觀摩各零件的結構形態特征，明確零件相互裝配關系，并且可以動手進行元件的裝配和拆卸。運用JAVA技術開發了“液壓回路性能測試”虛擬實驗，學生在實驗界面輸入不同的實驗參數，觀察對應的實驗現象變化和實驗結果曲線圖變化。

2.我國虛擬實驗發展極度不平衡。（1）地域不均衡。江蘇、北京、浙江、廣東等東部發達地區研究相對比較多；甘肅、寧夏、西藏、新疆等中西部地區研究較少。（2）人員不均衡。虛擬實驗研究人員基本上來自高等學院，占總數的94%，并且是高等學校的教育技術研究者或理工科研究者；大專院校、職業技術學校、中學的研究者很少，特別是缺少一線教師的參與。

二、目前我國虛擬實驗研究存在的問題

1.虛擬實驗系統通用模型缺乏，造成資源浪費、技術對比、重復開發。

2.系統性研究缺乏。虛擬實驗室設計開發的比較多，對應用虛擬實驗進行教學的研究比較少，沒有關于虛擬實驗教學的教學設計和教學模式的研究，沒有關于虛擬實驗評價和管理方面的研究。

3.虛擬實驗界面設計與導航方面存在以下問題：一是缺乏提示和幫助；二是沒有統一的操作界面和規范；三是缺乏虛擬實驗過程模型的設計。

4.虛擬實驗開發人員大部分來自高等院教師和研究生，中學一線教師參與少。

三、我國虛擬實驗教學系統研究的建議

1.開發虛擬實驗系統通用模型。采用合適的工具，開發某一學科的虛擬實驗系統模型，使用者和研究者根據需要在此基礎上進行二次開發，節省時間，提高績效。

2.加強系統性研究。一是要推廣現有虛擬實驗系統在教學中的應用。通過學生和教師的使用，才知道虛擬實驗室的設計是否合理。學生和教師在使用過程中，提出需求和建議，推動虛擬實驗合理的建設發展。二是加強虛擬實驗教學模式和設計的研究。虛擬實驗雖然不是新鮮事物，但是關于成熟的虛擬實驗教學模式還沒有。目前還需根據真實實驗的要求和虛擬實驗教學的功能和特點，以及學生的知識水平，探究虛擬實驗教學的教學設計和模式。三是開展測試、管理、評價等標準和規范的研究。制定虛擬實驗平臺和系統的測試、管理、評價等標準和規范，為建立統一的虛擬實驗教學環境提供依據和保障。實現平臺和資源的高度共享，通過標準與規范的有機結合，解決分布式實驗教學與現有教學系統協同工作問題，提高共性和復用性。

3.注重教學設計。虛擬實驗教學是為了彌補傳統教學的不足，提高學習績效，提高學生解決實際問題的能力。研究者設計開發前進行教學設計很重要，也很必要。在教學設計中注意以下原則：一是強調對虛擬實驗環境的設計；二是從學習者自身出發，強調以學習者為中心；三是重視“情景”對學習者的意義建構功能；四是重視學習者之間的交流關鍵作用；五是強調實驗室、課堂和網絡三種學習情景的有機結合；六是強調實驗內容相關信息對學習者“學”的強化，加強“素質拓展”部分的設計。

4.良好的操作界面，加強人性化設計。虛擬實驗系統使用者在操作過程中很難通過感官來預期操作結果，容易迷航，不知所措。我們新買的手機、電子詞典、MP3等電子產品，如果在沒有仔細閱讀說明書的情況下，就會操作不順利，要花一定時間去熟悉才可以順利進行使用。沒有良好直觀的操作界面與導航按鈕，使用者就會為熟悉操作步驟和找自己需要的相關信息而浪費時間。界面設計是軟件與用戶交互的最直接的層面，界面好壞決定用戶對軟件的第一印象，而且設計良好的界面能夠引導用戶自己完成相應的操作，起到向導的作用。同時界面如同人的面孔，加強人性化設計，能夠吸引使用者進行操作。系統在相應的時間給出相應的提示、或意見、或激勵性的話語，加強人性化設計，能夠幫助學生順利完成任務

結語

虛擬實驗是信息時代的產物，是重要的數字資源。任何事物的發展都需要一個過程，現在，我國虛擬實驗的研究還存在很多問題與不足，需要研究人員結合人類認知過程、教學設計理論、多媒體信息呈現方式等方面研究，形成一套系統的設計、開發、實施、管理、評價模型與方案，逐步推廣輔助教學。相信，隨著計算機技術、網絡技術、人工智能技術、多媒體技術、神經網絡以及教育學、心理學等綜合發展，網絡帶寬速度的提高，網絡虛擬實驗系統的建設將取得更大的進展，遠程教學將有更加美好的未來。

參考文獻：

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