農(nóng)遠工程的價值再挖掘——虛擬實驗教學(xué)應(yīng)用探討

☆張東曉 傅鋼善

（陜西師范大學(xué)新聞與傳播學(xué)院，陜西西安 710062）

我國西部地區(qū)農(nóng)村中學(xué)由于條件的限制，實驗課程的開展存在許多問題，例如：實驗設(shè)備短缺、實驗課程開設(shè)少、學(xué)校對實驗投入的資金不足等。連續(xù)幾年來，筆者所在學(xué)校都會針對大學(xué)一年級新生展開調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括“在初高中階段，理科實驗課程是否按照課程標(biāo)準(zhǔn)開展實驗課的教學(xué)”等問題，通過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)部分中學(xué)實驗課程開設(shè)不全，有的學(xué)校甚至沒有開設(shè)。對學(xué)生的實驗?zāi)芰φ{(diào)查顯示，部分學(xué)生缺乏動手操作能力，基礎(chǔ)不扎實，對大學(xué)階段相關(guān)課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生一定的影響。沒有開設(shè)實驗課程的中學(xué)大部分處于我國西部地區(qū)農(nóng)村。造成這一現(xiàn)象的原因涉及到教育資源的分配、教育公平的機制等方面，如何才能最大化地利用現(xiàn)有的資源來縮短中西部的實驗教學(xué)上的差距，實現(xiàn)教育相對公平，成為我國實現(xiàn)教育現(xiàn)代化面臨的難題。

一、西部地區(qū)農(nóng)村中學(xué)實驗課程存在的問題

由于傳統(tǒng)觀念的影響，我國的西部地區(qū)農(nóng)村中學(xué)物理和化學(xué)的實驗教學(xué)存在重理論、輕實踐的現(xiàn)象。筆者對甘肅省通渭縣的農(nóng)村中學(xué)展開調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)實驗課程的開展主要存在如下幾個問題。

1.實驗設(shè)備少

實驗設(shè)備的缺乏是大部分偏遠地區(qū)中學(xué)尤其是農(nóng)村中學(xué)普遍存在的問題。這些地區(qū)由于地理條件、經(jīng)濟發(fā)展水平的限制，相較于東部發(fā)達地區(qū)而言，教育資源嚴(yán)重不足、教育資金短缺，導(dǎo)致無力購買實驗設(shè)備，加上部分教育部門或?qū)W校對實驗不重視，對學(xué)校的實驗設(shè)施及實驗器材的投資更加的少。

2.實驗課程少

在傳統(tǒng)觀念和應(yīng)試教育的影響下，許多教師往往注重學(xué)生理論知識的學(xué)習(xí)，忽視了對學(xué)生動手能力的培養(yǎng)。他們認(rèn)為不一定必須開設(shè)實驗課程，單純的理論講解同樣可以使學(xué)生做好實驗題，當(dāng)然，這與當(dāng)前大教育背景有密切的聯(lián)系，許多教師在升學(xué)率及高考的壓力下，根本就不考慮學(xué)生能力和興趣的培養(yǎng)，學(xué)生缺乏實踐和創(chuàng)新的精神。

3.學(xué)校不重視

素質(zhì)教育已經(jīng)開展多年，中西部地區(qū)大部分學(xué)校仍然普遍存在“應(yīng)試教育”的思想，采取的教學(xué)方式也是傳統(tǒng)的填鴨式教育，缺乏新的教學(xué)理念、教學(xué)方法。對于實驗課程的開設(shè)存在得過且過的心態(tài)，缺乏重視。

4.實驗質(zhì)量低

一些學(xué)校即便開設(shè)了少量的實驗課程，由于教師及學(xué)校的不重視導(dǎo)致實驗課效果不佳，實驗質(zhì)量低，教師不能很好地引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生進行實驗。此外，教師缺乏相應(yīng)的教學(xué)理論、技能，也會導(dǎo)致實驗教學(xué)不能達到預(yù)期目標(biāo)。

以上四個問題中，實驗器材的短缺是主要的問題。因此，筆者認(rèn)為可以利用虛擬實驗來解決學(xué)校實驗課教學(xué)的問題，在一定程度上彌補不足。筆者在調(diào)查的過程中發(fā)現(xiàn)，因為“農(nóng)遠工程”的全面完工，這些沒有能力購買大量實驗設(shè)備的學(xué)校也大都配備有計算機網(wǎng)絡(luò)教室，因此，為虛擬實驗開設(shè)提供了平臺。

二、虛擬實驗的內(nèi)涵和特點

1.虛擬實驗的涵義

虛擬實驗是隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展而興起的一種新的實驗技術(shù)和實驗方法，仍然處于發(fā)展和深化的階段。關(guān)于虛擬實驗的概念界定，可以從不同的維度來解釋。

有的學(xué)者從實驗的原理和工具的角度出發(fā)，認(rèn)為虛擬實驗是以數(shù)學(xué)理論、相似原理、信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)及與其應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具，采用“面向?qū)ο蟆彼枷雱?chuàng)建的能夠?qū)崟r操作的、非實在的實驗空間，在此環(huán)境中，實驗者可以像在真實的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實驗項目。[1]

有的學(xué)者從實驗的效果維度對虛擬實驗進行描述，“虛擬實驗是指在計算機系統(tǒng)中采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)的各種虛擬實驗環(huán)境，實驗者可以像在真實的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實驗項目，所取得的學(xué)習(xí)或訓(xùn)練效果等價于甚至優(yōu)于在真實環(huán)境中所取得的效果。”[2]

除此之外，還有學(xué)者從遠程協(xié)作、環(huán)境構(gòu)成的維度對虛擬實驗進行了描述，本文主要從實驗效果的維度進行探討。

2.虛擬實驗的優(yōu)勢

（1）經(jīng)濟適用性。傳統(tǒng)實驗往往需要購買大量的設(shè)備，在實驗的過程中也容易產(chǎn)生損耗，而且有的實驗器材和設(shè)備價格高昂，這也是農(nóng)村中學(xué)不能有效地開展實驗教學(xué)的主要原因，虛擬實驗因為是計算機仿真，模擬的虛擬實驗器材有無損耗、無污染、可重復(fù)的優(yōu)點，大大減少實驗室設(shè)備的投入與維護，實驗項目可無限進行，減少了實驗器材的耗損。[3]

（2）安全性。有的實驗具有一定的危險性，操作要求非常的嚴(yán)格，如果操作不當(dāng)會導(dǎo)致人身安全問題和財產(chǎn)的損失，因此，有些危險、有毒、有危害的實驗，也可以利用虛擬實驗開展，以保障師生安全，減少財產(chǎn)損失。

（3）時空開放性。傳統(tǒng)實驗課要求有固定的時間和固定的地點進行操作，實驗室很難做到全天24小時開放，學(xué)生不可能把實驗器材移到別的場所，虛擬實驗可以借助網(wǎng)絡(luò)隨時隨地開展實驗，打破了時間和空間的限制。

（4）可控性。虛擬實驗具有高仿真的特點，可以營造一個和現(xiàn)實環(huán)境相同的模擬環(huán)境，每個學(xué)生相當(dāng)于擁有了自己的獨立的實驗室，針對每個學(xué)生的特點，虛擬實驗還可以有效地控制實驗的進程，對實驗的細節(jié)可以加快或者放慢，有效地加強了學(xué)生對事物的理解能力，實驗中相應(yīng)的數(shù)據(jù)還可以及時地反饋給實驗操作者。

3.利用虛擬實驗的優(yōu)勢解決農(nóng)村中學(xué)實驗課程存在的問題

虛擬實驗具有的優(yōu)勢充分說明了虛擬實驗在中學(xué)實驗教學(xué)中能夠很好地幫助學(xué)生理解相關(guān)的理論，增強學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，改變枯燥的課堂教學(xué)環(huán)境，讓學(xué)生在真實的情景中去體驗并且加深對理論的理解。

由于實驗設(shè)備的不足，許多農(nóng)村落后地區(qū)的中學(xué)無法開展相關(guān)的實驗，虛擬實驗針對實驗設(shè)備的短缺提供了一個很好的解決思路，虛擬實驗?zāi)軌蛟谝欢ǔ潭壬蠌浹a真實實驗開設(shè)的不足，加強學(xué)生對實驗的理解，很好地理解理化課程中的相關(guān)理論。在幾年前，開設(shè)虛擬實驗仍然只是一個設(shè)想，落后地區(qū)缺少相關(guān)的多媒體設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)教室，但是如今，“農(nóng)遠工程”的建設(shè)為虛擬實驗的開展提供了堅實的物質(zhì)條件。

三、依托“農(nóng)遠工程”開展虛擬實驗教學(xué)

1.“農(nóng)遠工程”的實施現(xiàn)狀

2003年11月，教育部、國家發(fā)展和改革委員會、財政部聯(lián)合發(fā)布《農(nóng)村中小學(xué)現(xiàn)代遠程教育工程試點工作方案》，開始在全國農(nóng)村中小學(xué)實施“農(nóng)村中小學(xué)現(xiàn)代遠程教育工程”（簡稱“農(nóng)遠”或“農(nóng)遠工程”）試點工作。至2007年底，歷時五年，共計投資100億元，“農(nóng)遠工程”在全國農(nóng)村中小學(xué)全面實施完工。

眾所周知，“農(nóng)遠工程”分為三種模式進行，第一種模式采取的是教學(xué)光盤播放點，該模式主要是針對邊遠地區(qū)的小學(xué)教學(xué)點。第二種模式是衛(wèi)星教學(xué)接受點，該模式主要是建立衛(wèi)星教學(xué)收視點，配備衛(wèi)星接收系統(tǒng)、計算機、電視機、DVD播放機和1～6年級所需的教學(xué)光盤。通過中國教育衛(wèi)星寬帶傳輸網(wǎng)，快速大量接收優(yōu)質(zhì)教育資源，并同時具有教學(xué)光盤播放點的功能。配備對象為鄉(xiāng)中心小學(xué)和村小，該模式主要針對農(nóng)村完全小學(xué)。[4]

本文主要介紹的是第三種模式（以下簡稱模式三）：該模式主要是建立計算機教室，每套裝置主要由衛(wèi)星教學(xué)收視系統(tǒng)、多媒體教學(xué)系統(tǒng)和聯(lián)網(wǎng)的計算機教室系統(tǒng)構(gòu)成。包括服務(wù)器1臺、交換機1臺、教師機（多媒體配置，帶有源音箱）1臺、學(xué)生機25臺。該模式主要針對農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)初級中學(xué)。

依托模式三，農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)的初級中學(xué)配備計算機網(wǎng)絡(luò)教室，為虛擬實驗提供了堅實的設(shè)備支持。

2.模式三和虛擬實驗的整合

模式三為教師和學(xué)生提供了大量的資源，能夠讓教師和學(xué)生進行自主的搜索和加工。根據(jù)模式三的特點，可以實施探究式學(xué)習(xí)、群體式教學(xué)、小組協(xié)作式教學(xué)三種教學(xué)策略。[5]群體式教學(xué)是教師采取廣播的方式向?qū)W生展示同一教學(xué)內(nèi)容，這一模式有利于學(xué)生觀摩和學(xué)習(xí)，偏重于以教師為中心的教學(xué)模式。

由于虛擬實驗需要借助網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，符合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下學(xué)習(xí)的認(rèn)知規(guī)律。虛擬實驗的優(yōu)勢在于能夠支持自主探究式學(xué)習(xí)，在自主探究的過程中，學(xué)生可以反復(fù)地假設(shè)、驗證，有利于對實驗過程的理解和知識的內(nèi)化。

根據(jù)虛擬實驗的特點和探究式學(xué)習(xí)的相關(guān)理論，筆者設(shè)計了一教學(xué)模式（如圖1）：

圖1 虛擬實驗教學(xué)模式

從圖1可以看出，利用虛擬實驗進行試驗教學(xué)，教師在學(xué)習(xí)之初需要對學(xué)生的整體認(rèn)知情況進行了解，然后針對課程目標(biāo)確定實驗的主題，學(xué)生根據(jù)自己習(xí)得的經(jīng)驗提出猜想，接著自己動手進行驗證，這個過程完全由學(xué)生自己完成，不斷推翻自己的假設(shè)，直到得出滿意的結(jié)論。學(xué)生完成這一步驟之后，和其他學(xué)生進行交流、討論，闡述自己的觀點，吸取別的學(xué)生的經(jīng)驗。評價試驗階段，可以采取學(xué)生自評、互評的方式，之后，教師針對每個學(xué)生的情況做出評價。

四、虛擬實驗開展的保障措施

1.發(fā)揮校長的帶頭作用

“農(nóng)遠工程”在絕大部分地區(qū)都處于低水平的利用狀態(tài)，關(guān)鍵問題是校長不重視，管理不規(guī)范，無管理制度，無管理辦法。[6]校長的管理能力起到關(guān)鍵的作用，校長的觀念與意識會對學(xué)校應(yīng)用發(fā)展的速度與水平起主導(dǎo)作用。[7]在這個過程中，校長積極營造良好的教育信息化文化環(huán)境，爭取外部環(huán)境的支持，采取多種積極的措施鼓勵師生利用資源，按照課程內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計的理念和思路，開發(fā)教育教學(xué)課件，開展校本培訓(xùn)，有效地利用校本資源，利用現(xiàn)代教育技術(shù)手段開展教學(xué)。

2.保障資源獲取

“農(nóng)遠工程”教學(xué)資源庫提供了大量的資源，其中不乏相關(guān)的虛擬實驗軟件，并且有大量的教學(xué)資源，這就要求教師有很好的甄別能力，根據(jù)自身的情況選取合適的資源進行教學(xué)，由于虛擬實驗具有很強操作性，因為條件限制而不能進行的實驗都可以通過虛擬實驗完成。另一方面，農(nóng)遠資源庫中不一定有完整的資源，可以在一些軟件開放商處購買，或通過當(dāng)?shù)亟逃块T統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，獲取相關(guān)資源。

3.加強教職工的教育技術(shù)能力培訓(xùn)

校領(lǐng)導(dǎo)要高度重視教師教育技術(shù)能力的培訓(xùn)，要派遣學(xué)校的技術(shù)帶頭人參加教育技術(shù)能力培訓(xùn)，與此同時，校長本人至少參加縣一級的培訓(xùn)，以提高自己對現(xiàn)代教育技術(shù)的應(yīng)用、管理水平，提升自己對“農(nóng)遠工程”建設(shè)前沿動態(tài)的洞察力和信息技術(shù)涵養(yǎng)，[8]加強校本培訓(xùn)，聘請技術(shù)專家，培養(yǎng)學(xué)校技術(shù)骨干，開展技術(shù)交流研討等活動，調(diào)動教師運用現(xiàn)代教育技術(shù)的積極性。

五、結(jié)束語

虛擬實驗是對真實實驗的模擬，能夠在一定程度上彌補傳統(tǒng)實驗的不足，雖然有很多優(yōu)勢，但是仍然不能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)實驗，學(xué)生在真實的實驗中獲得的情景體驗和動手實踐能力是虛擬實驗無可替代的，用虛擬實驗代替真實的試驗操作，只是在部分地區(qū)缺乏實驗設(shè)備的情況下采取的權(quán)宜之計，在今后的發(fā)展中仍然要重視真實實驗，兩種試驗方法相互結(jié)合才能更好地發(fā)揮作用。

[1]單美賢,李藝.虛擬實驗原理與教學(xué)應(yīng)用[M].北京:教育科學(xué)出版社,2005.

[2]汪詩林,吳泉源.虛擬實驗系統(tǒng)的研究和應(yīng)用[J].計算機工程與科學(xué),2000,(2):33－35.

[3]黃飛,王世運.淺議基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實驗教學(xué)模式[J].科技信息,2011.

[4]畢猛,王玉等.農(nóng)遠工程“三種模式”下信息技術(shù)與課程整合的方法[J].新課程研究,2011,(8).

[5]宇星,張杰,唐夏蕓.我國農(nóng)遠工程三種模式的教學(xué)應(yīng)用策略探究[J].電化教育研究,2009,(2):93－96.

[6]楊改學(xué).農(nóng)村教育信息化發(fā)展中的關(guān)鍵問題[J].中國電化教育,2010,(9).

[7]王珠珠.對農(nóng)村中小學(xué)現(xiàn)代遠程教育工程存在的問題分析[J].中國遠程教育,2009,(8):61－65.

[8]陳學(xué)軍,黃利華,周益發(fā).農(nóng)遠工程建設(shè)中校長的地位和作用[J].中國電化教育,2010,(6):63－64.