虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在心理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用

向遠(yuǎn)明, 范 炤, 王伏玲

(1. 華中師范大學(xué) 心理學(xué)院, 湖北 武漢 430079； 2. 國(guó)家級(jí)心理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心/國(guó)家級(jí)心理與行為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心, 湖北 武漢 430079； 3. 華中師范大學(xué) 實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處, 湖北 武漢 430079)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在心理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用

向遠(yuǎn)明1,2, 范 炤1,2, 王伏玲3

(1. 華中師范大學(xué) 心理學(xué)院, 湖北 武漢 430079； 2. 國(guó)家級(jí)心理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心/國(guó)家級(jí)心理與行為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心, 湖北 武漢 430079； 3. 華中師范大學(xué) 實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處, 湖北 武漢 430079)

在現(xiàn)代教育信息化新常態(tài)下,運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立心理與行為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室,實(shí)現(xiàn)了一批在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室中無(wú)法做到的有高風(fēng)險(xiǎn)和高成本的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室能夠有效地拓展實(shí)踐研究領(lǐng)域,豐富心理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,全面提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室； 心理學(xué)； 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

心理學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué),它是探討人的行為的發(fā)生、發(fā)展及變化規(guī)律的科學(xué)。科學(xué)的心理學(xué)的誕生是以德國(guó)心理學(xué)家馮特于1879年在萊比錫大學(xué)創(chuàng)建第一個(gè)心理學(xué)實(shí)驗(yàn)室為標(biāo)志的,獨(dú)立的心理學(xué)實(shí)驗(yàn)室使心理學(xué)被確立為一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)[1]。在現(xiàn)代教育信息化新常態(tài)下開(kāi)展心理學(xué)教學(xué)和研究,絕不能忽視實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。

1 建立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的必要性

實(shí)驗(yàn)室是現(xiàn)代大學(xué)的心臟,是實(shí)踐創(chuàng)新設(shè)想、產(chǎn)生創(chuàng)新思維和培養(yǎng)創(chuàng)新能力的重要場(chǎng)所。21世紀(jì)信息化的快速發(fā)展使教育發(fā)生了重大變革,教育信息化受到了國(guó)家的高度重視。《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》指出:信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性影響,必須予以高度重視[2]。教育部印發(fā)了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020)》,要求“利用先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù),整合資源,構(gòu)建先進(jìn)、高效、實(shí)用的高等教育信息基礎(chǔ)設(shè)施”,推進(jìn)“實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)等信息化建設(shè)”[3]。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)順應(yīng)了新常態(tài)下高等教育的發(fā)展趨勢(shì),是高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化的最新舉措。以華中師范大學(xué)為例,近年來(lái),學(xué)校堅(jiān)持“一體兩翼,建設(shè)高水平大學(xué)”的辦學(xué)思想,大力推進(jìn)信息化、國(guó)際化兩項(xiàng)重點(diǎn)改革舉措。在數(shù)字化建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)教育建設(shè)的基礎(chǔ)上,華中師范大學(xué)整合心理、信息、工程等學(xué)科資源,依托2010年獲批的“青少年網(wǎng)絡(luò)心理與行為教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”和2012年獲批的“國(guó)家級(jí)心理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”,大力推進(jìn)心理與行為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè),并于2014年1月獲批建設(shè)“國(guó)家級(jí)心理與行為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中心”)。

該中心旨在貫徹教育部“科學(xué)規(guī)劃、共享資源、突出重點(diǎn)、提高效益、持續(xù)發(fā)展”的指導(dǎo)思想,將虛擬仿真技術(shù)引入心理學(xué)的教學(xué)和科研,更好地促進(jìn)對(duì)處于多維信息空間中的個(gè)體如何與外部世界進(jìn)行信息交流的理解和探索,成功模擬、實(shí)現(xiàn)了一批在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室中無(wú)法做到,或者具有高風(fēng)險(xiǎn)和高成本的心理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目,體現(xiàn)了綠色實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理念,有效地拓展了實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和空間,提高了心理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在心理學(xué)實(shí)驗(yàn)中的作用

1989年,美國(guó)的Wulf教授提出了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室概念。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室使用虛擬現(xiàn)實(shí)(virtual reality,VR)技術(shù),綜合了各種計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),是現(xiàn)代仿真技術(shù)的延伸。它是由計(jì)算機(jī)模擬真實(shí)的環(huán)境,參與人員對(duì)虛擬環(huán)境中的目標(biāo)進(jìn)行操控和交流,從而產(chǎn)生與真實(shí)環(huán)境相同或相近的體驗(yàn)[4]。對(duì)于心理學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以很好地呈現(xiàn)視覺(jué)圖形,也能呈現(xiàn)聽(tīng)覺(jué)刺激,而這兩種通道是人獲得外部世界信息的主要通道,占人所獲得外部信息量的95%,是進(jìn)行心理學(xué)研究的主要領(lǐng)域。VR技術(shù)不但可以較好地模擬、再現(xiàn)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景,構(gòu)建某些基于倫理學(xué)原因無(wú)法通過(guò)其他手段使用的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景(例如道德兩難問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景),還可以對(duì)其所模擬場(chǎng)景中的元素(包括刺激的內(nèi)容和表象、任務(wù)的復(fù)雜度和被試的響應(yīng)等)實(shí)施精確、實(shí)時(shí)、全面的控制與記錄。總之,以虛擬現(xiàn)實(shí)為代表的虛擬仿真技術(shù)在心理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、研究中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和深遠(yuǎn)的意義。

2.1 突破時(shí)空和各種因素的限制

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室是基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)室,因此學(xué)生可隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)和交流,不受時(shí)間、空間和實(shí)驗(yàn)次數(shù)的限制。對(duì)于某些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中需要數(shù)天或更長(zhǎng)時(shí)間才能觀察到的變化過(guò)程,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室則可在較短的時(shí)間內(nèi)將全部過(guò)程及結(jié)果模擬、呈現(xiàn)給學(xué)生進(jìn)行觀察分析[5]。

以虛擬“數(shù)字化生理心理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”為例,它的界面設(shè)置簡(jiǎn)潔、選單操作清晰,只需進(jìn)行點(diǎn)選就能完成高度復(fù)雜的虛擬解剖實(shí)驗(yàn)操作,獲得連續(xù)人體斷層掃描數(shù)據(jù)信息(每個(gè)斷層厚度約1 mm),能涵蓋人體所有的解剖結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)有助于教師和學(xué)生全方位觀察人體任一器官的形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、在人體中的位置以及斷層中的位置,并且可以做任意角度的旋轉(zhuǎn)觀察,可方便地用于系統(tǒng)解剖學(xué)、局部解剖學(xué)、斷層解剖學(xué)以及運(yùn)動(dòng)解剖學(xué)等多門(mén)課程的教學(xué),擺脫了傳統(tǒng)生理解剖實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和人體器官模型實(shí)物的依賴(lài)。

此外,通過(guò)借助校園高速無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò),學(xué)生在校園各場(chǎng)所(教室、圖書(shū)館、宿舍、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)等)都可以隨時(shí)隨地登錄客戶(hù)端,高速、快捷、互動(dòng)地開(kāi)展生理心理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,從而達(dá)到突破實(shí)驗(yàn)課時(shí)空限制,隨時(shí)隨地開(kāi)展數(shù)字化生理、心理實(shí)驗(yàn)操作。

2.2 創(chuàng)新虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的靈魂。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在改進(jìn)、完善傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)補(bǔ)充了有助于提高學(xué)生研究、創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力的創(chuàng)新型虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。中心在實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)方面明確提出:在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)中體現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛的原則。中心明確要求骨干實(shí)驗(yàn)課教師根據(jù)自己實(shí)驗(yàn)課程的專(zhuān)業(yè)特色,將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相融合,將每門(mén)實(shí)驗(yàn)課程安排20%～30%的學(xué)時(shí)開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面,新增加的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目既包括相關(guān)學(xué)科最新、最前沿的一些實(shí)驗(yàn),也包括一些利用已有科研成果轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。通過(guò)持續(xù)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè),實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫(kù)不斷擴(kuò)大和創(chuàng)新,大大地豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,為學(xué)生提供了實(shí)驗(yàn)的多樣性和靈活性[6]。目前,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫(kù)中已增加了近30項(xiàng)心理學(xué)綜合性、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn),例如:“虛擬學(xué)習(xí)情境中注意多動(dòng)障礙兒童認(rèn)知加工特征”、“虛擬現(xiàn)實(shí)在社交焦慮癥治療中的應(yīng)用”、“虛擬現(xiàn)實(shí)在恐高癥治療中的應(yīng)用”、“虛擬創(chuàng)造性問(wèn)題解決實(shí)驗(yàn)”、“虛擬兒童養(yǎng)育系統(tǒng)”、“虛擬情境下執(zhí)行功能檢測(cè)和訓(xùn)練”、“虛擬情景中人類(lèi)空間導(dǎo)航”等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

2.3 模擬高危環(huán)境，避免實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)

利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室可以模擬一些在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室中無(wú)法做到的有高度風(fēng)險(xiǎn)、高成本的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。以虛擬心理咨詢(xún)與治療實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為例,通過(guò)構(gòu)建一系列能夠使恐高癥患者產(chǎn)生恐高心理的模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景(例如觀光電梯、高樓頂層、空中索道、懸崖頂端等),然后讓患者反復(fù)暴露在這些場(chǎng)景中,利用系統(tǒng)脫敏法減少患者的恐高心理。虛擬仿真治療中的任何一個(gè)恐高癥模擬場(chǎng)景,都可以應(yīng)患者要求隨時(shí)開(kāi)始、暫停、中止和結(jié)束。這使得虛擬場(chǎng)景治療方法更安全、也更具有彈性。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)真實(shí)事物的模擬,使危險(xiǎn)系數(shù)較真實(shí)實(shí)驗(yàn)降低很多,學(xué)生無(wú)需為自己的失誤承擔(dān)后果,給他們帶來(lái)更多的安全感,滿(mǎn)足學(xué)生心理安全的需要。

2.4 開(kāi)放性和共享性

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的模式。學(xué)生利用課余時(shí)間登錄網(wǎng)站,輸入正確的用戶(hù)名、密碼就可進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室,選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目就可以進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作。以虛擬現(xiàn)實(shí)心理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為例,該平臺(tái)依托虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體呈現(xiàn)、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)和高速網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù),構(gòu)建高度仿真的心理與行為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境,讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn),達(dá)到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)效果[7]。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,教師和學(xué)生無(wú)需親歷每個(gè)真實(shí)環(huán)境,卻能最大化地體驗(yàn)真實(shí)環(huán)境,開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)和示范應(yīng)用。

中心的虛擬仿真平臺(tái)還可以幫助尚不具備真實(shí)實(shí)驗(yàn)條件和心理學(xué)應(yīng)用服務(wù)條件的地區(qū),大幅度提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)和心理學(xué)應(yīng)用服務(wù)水平,實(shí)現(xiàn)心理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的地區(qū)平衡和最大化共享。

再以“數(shù)字化生理心理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”為例,該平臺(tái)所有教學(xué)過(guò)程的中間環(huán)節(jié)都能夠以圖像方式輸出,并支持音頻、視頻文件導(dǎo)入。因此,教師的教學(xué)過(guò)程、學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程以及師生的互動(dòng)過(guò)程都可以通過(guò)添加語(yǔ)音、視頻標(biāo)簽的方式保留記錄。該設(shè)計(jì)思路旨在方便教師編輯教案和解答學(xué)生提出的疑問(wèn)。教師和學(xué)生也可以就虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題,在中心教學(xué)管理平臺(tái)的“互動(dòng)交流”頻道開(kāi)展反饋與交流。

2.5 提供多項(xiàng)虛擬心理學(xué)實(shí)踐技能訓(xùn)練項(xiàng)目

華中師范大學(xué)是一所具有鮮明的“教師教育”特色的部屬重點(diǎn)師范大學(xué),不但重視培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的基礎(chǔ)教育和基礎(chǔ)研究能力,也高度重視培養(yǎng)面向社會(huì)、面向市場(chǎng)的理論與實(shí)踐結(jié)合的復(fù)合型、高技術(shù)人才。利用本中心的專(zhuān)業(yè)資源優(yōu)勢(shì)和虛擬仿真技術(shù),華中師范大學(xué)心理與行為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心面向校內(nèi)高年級(jí)本科生、研究生,提供了多項(xiàng)以實(shí)踐技能為導(dǎo)向的大型綜合性心理學(xué)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

這些大型實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,依托當(dāng)代最前沿的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),廣泛采用網(wǎng)絡(luò)視頻、在線(xiàn)交流、多媒體演示等信息化教育手段,模擬學(xué)生在課堂管理、教學(xué)技術(shù)、心理咨詢(xún)與治療等過(guò)程中所接觸的實(shí)踐場(chǎng)景與環(huán)節(jié)。通過(guò)數(shù)字化教學(xué)演示和學(xué)生在虛擬實(shí)踐平臺(tái)中的反復(fù)練習(xí),讓學(xué)生將心理學(xué)理論知識(shí)與解決實(shí)際問(wèn)題的實(shí)踐技能相結(jié)合[8]。這種虛擬仿真的實(shí)訓(xùn)方式既生動(dòng)又安全,又可對(duì)場(chǎng)景多次重復(fù),有助于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

2.6 綠色環(huán)保,降低成本

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)需要借助于具體實(shí)驗(yàn)設(shè)備,然而實(shí)際使用的一些實(shí)驗(yàn)設(shè)備昂貴、損耗大、實(shí)驗(yàn)成本較高；而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室最大的優(yōu)點(diǎn)是成本低。虛擬設(shè)備只是概念上的設(shè)備,沒(méi)有磨損、損壞,可供學(xué)生無(wú)限次重復(fù)使用。另外,由于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室設(shè)備是由軟件虛擬出來(lái)的,因此可有效避免大型設(shè)備重復(fù)購(gòu)置,在同一計(jì)算機(jī)中運(yùn)行不同的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)就可構(gòu)建不同的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室,使實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成本降低。

此外,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室不會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室因管理不善造成的儀器損壞、器械丟失等問(wèn)題,使實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行成本降低。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在教學(xué)前無(wú)須準(zhǔn)備各種器械、材料,教學(xué)結(jié)束也無(wú)須進(jìn)行瑣碎的整理工作,維護(hù)管理工作量減少,使實(shí)驗(yàn)室管理成本降低[9-14]。

3 結(jié)束語(yǔ)

將以虛擬現(xiàn)實(shí)為代表的虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于心理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科學(xué)研究,發(fā)揮了其獨(dú)特、不可替代的作用,極大地促進(jìn)了對(duì)處于多維信息空間中的個(gè)體與外部世界進(jìn)行信息交流的理解和探索,拓展了實(shí)踐研究領(lǐng)域、豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,全面提高了學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。實(shí)踐證明,虛擬仿真技術(shù)在教育領(lǐng)域具有重要的作用,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室是現(xiàn)代教育信息化的重要組成部分,是新常態(tài)下高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的必然發(fā)展方向。

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Benefits of virtual simulation laboratory in experimental psychology teaching

Xiang Yuanming1,2, Fan Zhao1,2, Wang Fuling3

(1. School of Psychology, Central China Normal University, Wuhan 430079, China; 2.National Experimental Teaching Demonstration Center of Psychology/National Experimental Teaching Center of Virtual Simulations for Psychology and Behavior, Wuhan 430079, China; 3.Office of Laboratory and Equipment Management, Central China Normal University, Wuhan 430079, China)

With the rapid development of information technology in modern education, numerous high-risk and high-cost experimental teaching projects are made possibly by the virtual simulation laboratory of psychology and behavioral sciences. By using the virtual Simulation laboratory, more practical research areas can effectively be explored, the boundaries of experimental teaching of psychology can be expanded, and students’ innovative spirit and ability can also be enhanced.

virtual simulation laboratory; psychology; experimental teaching

2015- 06- 02

向遠(yuǎn)明(1962—)，女，湖北沙市，本科，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事心理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科研和實(shí)驗(yàn)室管理

E-mail：xym@mail.ccnu.edu.cn

范炤(1973—),男,甘肅蘭州,博士,副教授,國(guó)家級(jí)心理與行為虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心副主任,主要研究方向?yàn)橐曋X(jué)、網(wǎng)絡(luò)心理學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)在心理學(xué)中的應(yīng)用.

G642；B84-4

A

1002-4956(2015)12- 0120- 03