虛擬仿真實驗教學項目評價研究

孫 福，孫佳怡，劉國慶，賈 帥

（1. 陸軍工程大學石家莊校區 職業教育中心，河北 石家莊 050003；2. 上海海事大學 信息工程學院，上海 201306）

目前各學校開發的虛擬仿真實驗教學項目的質量、水平和應用效果差異很大，有些項目的實驗教學效果和推廣應用情況不盡人意，如何對這些項目進行評價是一個值得研究的問題。

1 虛擬仿真實驗教學項目概述

虛擬仿真實驗教學可以集文字、圖形、圖像、三維動畫和聲音于一體，利用人工智能和超鏈接能力，為操作者提供一個人機交互、界面友好、開放式的虛擬環境[1]。虛擬仿真實驗教學項目是現代信息技術與實驗教學深度整合的產物，是依據實物實驗的實驗要求、實驗原理、實驗流程等，運用多媒體技術、虛擬現實技術、數據庫與網絡通信技術等信息技術，針對那些真實實驗項目條件不具備或實際運行困難，涉及高危或極端環境，具有高成本、高消耗、不可逆操作、大型綜合訓練等特點的實驗而開發的實驗教學項目[2]。其本質就是運用虛擬仿真技術構建全系統統一、完整的虛擬實驗環境，還原真實實驗的教學要求、實驗原理、操作環境及互動感受，具有沉浸性、交互性、虛幻性、逼真性等特點。虛擬仿真實驗教學項目內容精彩、構思巧妙、技術先進、做法靈活、形象展現抽象，有利于拓展實驗教學廣度和深度及推進實驗教學與理論教學的平衡發展[3]，能夠獲得教學環境虛擬化、實驗手段信息化、實驗過程高效化的功效，與實物實驗相比，危險程度低、實驗消耗少、學生興趣濃。

2 虛擬仿真實驗教學項目評價的功能與作用

虛擬仿真實驗教學項目評價屬于教育評價范疇。教育評價是指在一定教育價值觀的指導下，依據確立的教育目標，通過使用一定的技術和方法，對所實施的各種教育活動、教育過程和教育結果進行科學判定的過程[4]。虛擬仿真實驗教學項目評價的實質，就是運用教育評價理論和系統工程方法，對實驗教學項目的內容、設計、應用等全要素，以及實驗全流程和項目應用等情況，進行科學分析和價值判斷。

虛擬仿真實驗教學項目評價的功能與作用主要體現在三個方面[5]。第一，評價是具有導向作用的指揮棒。評價引導著虛擬仿真實驗項目研發和應用的方方面面，能夠引起學校決策層的重視，激發教師投身項目研發的積極性和主動性。第二，評價是發掘缺陷與問題的診斷器。評價作為一種反饋—矯正系統，能夠幫助教師發現教學過程中存在的缺陷與問題，查清影響教學效果的重要環節和關鍵因素，為教師更新實驗內容、改進教學方式、完善教學手段等提供依據和參考。第三，評價是評判質量水平的度量衡。評價是學校和各級教育主管部門評定虛擬仿真實驗教學項目等級的有效途徑和手段，也是進行各類評優獎勵的常規做法。此外，評價結果也可以為管理者決策提供參考[6]。

3 設計虛擬仿真實驗教學評價項目評價指標的原則

虛擬仿真實驗具有真實實驗的屬性，同時又是信息技術與傳統實驗的深度整合。在設計評價指標時，既要關注傳統實驗所包含的要素，又要充分考慮虛擬現實、計算機仿真、數據庫等信息技術的特點。具體操作中，應重點把握以下原則。

（1）導向性原則。設計評價指標應遵循實驗教學規律，樹立以學生為中心的教學理念，站在立德樹人的高度，融入課程思政元素，符合實驗教學目標要求，體現評價的導向功能與激勵作用，使評價指標具有鮮明的導向性[7-8]

（2）科學性原則。各評價指標既相對獨立，相互間又具有一定的邏輯關系，在確立評價指標時應避免出現指標間的沖突和相互矛盾。應遵循科學的教育理論和統計學的資料分類要求，對各類指標進行科學分類[9]。

（3）全面性原則。每個指標應能反映總體目標的一個點或一個面，在確立評價指標時應使各個層面的評價信息都能顯現出來，從而無遺漏地再現和反映整個目標的要求。

（4）可操作性原則。評價指標應能通過可操作化的語言和數據進行測量或定義。各個指標的表達應清晰準確，每個觀測點的描述應具體、切實可行、便于操作[10]，末端指標應可通過一定的測量手段獲得信息，取得結論，以達到評價的可靠性、準確性和可操作性。

4 虛擬仿真實驗教學項目評價指標體系框架

虛擬仿真實驗教學項目評價指標主要來源于實驗教學項目本身所包含的實驗內容、實驗教學方法等要素，項目開發所采用的媒體素材和開發技術，以及項目教學服務情況等信息。在設計評價指標體系框架時，應運用現代教育評價理論與方法，對評價指標的科學性、準確性和可行性進行深入研究，梳理出影響虛擬仿真實驗教學項目價值評定的6個維度：項目定位、內容、設計、研發、應用、團隊，即6個一級指標。對每個一級指標再進行分解，得出若干個二級指標，再分別對二級指標進行分解獲得相應的觀測點，最后對每個觀測點進行界定和描述，即構成了評價指標體系框架。

4.1 “項目定位”的二級指標及觀測點

一級指標“項目定位”可分解為教學理念和開發思路2個二級指標。教學理念指標重點考察培養目標要求貫徹情況、與虛擬仿真實驗教學特點的符合度，以及實驗教學中塑造人、培養人的功能定位等；開發思路指標重點考察項目服務對象是否明確，開發思路是否清晰，開發模式與項目類型的符合度等。一級指標“項目定位”的二級指標及觀測點如表1所示。

表1 一級指標“項目定位”的二級指標及觀測點

4.2 “項目內容”的二級指標及觀測點

一級指標“項目內容”可分解為內容選取、教學資源和內容核查3個二級指標。內容選取指標重點考察項目是否屬于學校教學計劃的實驗內容，選取的項目是否為由于實物實驗安全性差、難以實現、成本高昂、時空限制等因素而不便開展的實驗教學內容[11]；教學資源指標重點考察開展實驗所需要的虛擬設備、器材、工具和輔助的配套資料是否齊備；內容核查指標重點考察項目的原創性，考察是否存在版權爭議以及政審和密級是否合規等。一級指標“項目內容”的二級指標及觀測點如表2所示。

4.3 “項目設計”的二級指標及觀測點

一級指標“項目設計”可分解為教學設計、教學方法和實驗流程3個二級指標。教學設計指標重點考察原理闡釋、實驗時數和實驗步驟要求等；教學方法指標重點考察教學方法是否具有多樣性，是否適應學生的學習需求等；實驗流程指標重點考察實驗步驟、操作流程等是否明確、規范。一級指標“項目設計”的二級指標及觀測點如表3所示。

4.4 “項目研發”的二級指標及觀測點

一級指標“項目研發”可分解為媒體應用和技術運用 2個二級指標。媒體應用指標重點考察所選素材是否豐富，媒體呈現方式是否合適，以及實驗系統界面的可視性等；技術運用指標重點考察開發技術和工具是否先進、適用，技術架構是否合理可行，實驗平臺功能是否完備，實驗接口是否滿足要求等。一級指標“項目研發”的二級指標及觀測點如表4所示。

表2 一級指標“項目內容”的二級指標及觀測點

表3 一級指標“項目設計”的二級指標及觀測點

表4 一級指標“項目研發”的二級指標及觀測點

4.5 “項目應用”的二級指標及觀測點

一級指標“項目應用”可分解為運行服務、教學效果、改進措施3個二級指標。運行服務指標重點考察系統鏈接有效性、運行穩定性、教師在線服務、面向社會提供服務等情況；教學效果指標重點考察項目在本校及其他學校的應用、學生實驗參與度和認可度、對學生能力培養的貢獻度等方面的情況；改進措施指標重點考察項目方案提出的后續建設計劃和持續服務計劃落實情況，以及實驗內容更新和資源完善情況等。一級指標“項目應用”的二級指標及觀測點如表5所示。

表5 一級指標“項目應用”的二級指標及觀測點

4.6 “項目團隊”的二級指標及觀測點

一級指標“項目團隊”可分解為負責人和團隊成員2個二級指標。負責人指標重點考察負責人的教學能力、學術水平、師德師風，以及虛擬仿真實驗開發能力和經驗等；團隊成員指標重點考察團隊結構，以及各類人員的能力水平是否符合項目服務要求等。一級指標“項目團隊”的二級指標及觀測點如表 6所示。

表6 一級指標“項目團隊”的二級指標及觀測點

在對一級指標、二級指標及觀測點構建的基礎上，接下來應根據二級指標的重要程度分配相應的權重，再對二級指標的觀測點賦值，即將所有的一級指標、二級指標（含權重）及其觀測點（含賦值）整合在一起，即可形成完整的虛擬仿真實驗教學項目評價指標體系。根據不同的評價目的選取所需的一級指標，并對相應的二級指標及其觀測點進行取舍，給出相應的計算公式，即可形成滿足不同評價要求的指標體系。

5 結語

對虛擬仿真實驗教學項目開展評價是推動虛擬仿真實驗教學項目建設的有力舉措。其中，構建一套科學、合理、可行的評價指標體系尤為重要，該體系需要在實踐中不斷創新和完善，從而更好地發揮其評價功能與作用，促進虛擬實驗教學項目的研發和實驗教學質量的提升[12]。