虛擬實驗教學系統在遠程教育中的應用與評價

【摘要】近幾年來遠程教育隨科學技術的發展獲得了極大進步，然而受自身特點、實驗條件等因素制約，其中的實驗教學面臨了很大挑戰。網上虛擬實驗的開展是遠程教育順利進行的重要條件。本文將在闡述虛擬實驗發展概括及其意義的基礎上，提出遠程教育中實行虛擬實驗的可行性、必要性，并進一步分析虛擬實驗系統的構建，以供參考。

【關鍵詞】虛擬實驗教學系統 遠程教育 應用 評價

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）06-0040-02

隨著現代經濟水平的快速提升和網絡、多媒體、計算機技術的不斷進步，現代遠程教育得到了越來越好的發展，在對教育教學的探索與實踐中取得了顯著成績。與此同時，由于現代遠程教育發展還不夠成熟，具體應用中有諸多亟待解決的問題，實驗操作便是其中面臨的一大難題。在遠程教育活動逐步深入的背景下，怎樣依靠網絡環境構建起良好的實驗教學環境，成為了當下了遠程教育中所關注的焦點。

一、虛擬實驗

虛擬實驗是在虛擬現實與網絡技術的基礎上衍生而來的實驗模式，它與真實實驗相對存在，共同組成了科學實驗。古往今來，各個領域的學者對虛擬實驗的認識都不盡相同，一般認為虛擬實驗是一種融合網絡、傳感、通信等多種技術來給使用者提供類似真實實驗功能與逼真實驗環境的電子平臺，包含了文字資料、音視頻資料、使用幫助和虛擬物體等多方面信息。

二、虛擬實驗發展概況及在教育中的意義

20世紀末，虛擬實驗技術在虛擬現實（VR）的基礎上產生，實現了實驗教學的遠程化，使教學手段遠距離性同實驗近距離性之間的矛盾得到了根本性改變。經過數十年的改良，目前發達國家的虛擬實驗室日益普及，吸引了許多科研機構與院校的大力支持。但我國的研究工作相對落后，直到近幾年才慢慢重視虛擬實驗，并建立起了部分較為完善的虛擬實驗室。

虛擬實驗突破了時空的限制，學生在有計算機與網絡時便可隨時隨地展開實驗，在交互性強、建模逼真的情況下，學生的積極性得到極大的調動，有效降低了實驗成本，教學效果也大大提升。虛擬實驗教學中豐富網絡資源與靈活、自主、交互性實驗環境的提供實現了實踐、理論教學的緊密結合，提高了遠程教學的效率。

三、遠程教育中虛擬實驗的可行性與必要性

1.可行性。首先，良好的開發工具給虛擬實驗發展的前提，逐漸人性化、智能化、簡單化、多功能化的開發工具給遠程教育中虛擬實驗的開展創造了可能；其次，計算機網絡技術、虛擬現實技術、Web技術和硬件發展給虛擬實驗帶來了可靠保障，確保了虛擬實驗的想象性、沉浸性及交互性，結合Java語言、CSS和HTML等的Web技術使虛擬實驗有了強大的技術支持；再次，數據庫的完善為虛擬實驗教學提供了必要的數據支撐；最后，前人的經驗也給虛擬實驗的順利建立帶來了理論支持。

2.必要性。虛擬實驗教學遠程教育理念和現代遠程教育深入發展的必然要求。現代遠程教育是一種不受對象與時空限制的教育理念，倡導以學習者為中心展開個性化的自主學習。虛擬實驗教學是遠程教學中的關鍵環節，能夠讓學生在交互、自主的實驗環境中融會貫通，有利于現代遠程教育的發展。此外，虛擬實驗的出現也改變了中學生參與遠程教育的受限情況，學生依靠網絡足不出戶便可完成實驗，在直觀感受實驗過程的同時也節省了大量的學習時間。

四、虛擬實驗系統的構建分析

1.構建原則

在遠程教育中構建虛擬實驗系統時應當遵循以下幾個設計原則：①界面友好。系統要在具有實用功能的同時為學生營造舒適、愉快和輕松的實驗環境，令學生樂學、好學；②良好導航。學生一旦在虛擬實驗中迷失方向便極易失去實驗興趣，故虛擬實驗系統必須擁有足夠精確的導航作用；③最佳反饋效果。實驗效果反饋與學生接受、理解狀況息息相關，虛擬實驗教學要想真正實現因人而異，就必須要做到原因說明并提出意見，通過良好的反饋來鼓勵、引導學生發現規律；④虛實結合。作為實驗教學的一種輔助方法，虛擬實驗并不能完全代替實際實驗，針對Flash等不適合開展虛擬實驗的課程，應當合理放棄。

2.構建方案

（1）主要結構。用戶通過互聯網對Web服務器進行訪問，各地實驗者利用本地電腦進行對虛擬世界的訪問并實現協作或異地實驗，獲得相應的實驗結果。實驗者通過瀏覽器對實驗現象、實驗參數做出實時觀察與修改，在此基礎上完成實驗操作。實驗儀器、用戶信息、虛擬實驗數據儲存于數據庫中，本地平臺所提供的插件與瀏覽器與硬件平臺具有無關性。

（2）功能模塊。虛擬實驗主要有以下四個功能模塊：①管理。包括實現虛擬實驗室軟硬件系統資源管理的系統管理、對用戶進行管理員-老師-用戶分級權限管理的用戶管理、增加刪除試驗項目和更新內容的實驗項目管理、添加或更新實驗虛擬儀器的實驗儀器管理；②實驗。包括知識庫、實驗列表、實驗展示和指導思考等子模塊，其中知識庫主要給師生提供實驗相關名著、簡史、人物等拓展知識，實驗列表包含實驗的目的、內容、簡介和操作要點等，實驗展示通過動畫、視頻等形式提示學生正確操作步驟，指導思考則為學生提供解題和出題服務；③結果評價。包含實驗提交、評閱與老師答疑。該模塊主要讓教師結合評閱結果給學生學習提出針對性指導并安排下一步實驗計劃，解答實驗中學生遇到的問題；④交流討論。分為生生、師生交流，旨在通過零距離交流了解學生具體知識掌握情況與教學進度，引導學生對實驗問題做出深入探討。

五、討論

作為一個支持遠程實驗的系統，虛擬實驗技術的出現完善了遠程教育的理論，進一步拓寬了教育思路。伴隨網絡技術、虛擬現實技術等先進科技的不斷進步與硬件設備價格的逐步降低，這一新的遠程教育媒體將以其巨大的教學優勢與潛力在遠程教育領域得到更加廣泛的應用，獲得越來越好的發展前景。

參考文獻：

[1]葉小英. 虛擬實驗教學系統在遠程教育中的應用與評價研究[D].北京郵電大學，2011.

[2]張明文. 初中化學虛擬實驗半自動實驗報告系統的設計與實現研究[D].西北師范大學，2012.

[3]劉蒸蔚. 大型分析儀器虛擬實驗訓練系統設計與開發研究[D].第二軍醫大學，2014.

作者簡介：趙媛（1991），性別：女，民族：漢，籍貫：四川廣元，學歷：研究生在讀，單位：湖南師范大學教育科學學院，研究方向：遠程與虛擬教學設計。