高校虛擬仿真實驗教學評價應用現(xiàn)狀與趨勢的可視化分析

關鍵詞：虛擬仿真；實驗教學評價；可視化分析

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）36-0158-03 開放科學（資源服務） 標識碼（OSID） ：

0 引言

隨著國家虛擬仿真實驗教學項目建設工作的不斷推進，投入力度也在持續(xù)加大。教育部已組織開展了多批次的國家級虛擬仿真實驗教學項目建設，這些項目涵蓋了基礎學科、工科、農(nóng)科、醫(yī)學等多個領域。各高校逐漸認識到虛擬仿真實驗在教育中的價值，紛紛大規(guī)模更新教學設備和改革教學方法，積極推動虛擬仿真實驗教學改革的進程，并作出了實驗教學改革的有益探索。與此同時，學者們也提出了符合中國國情的虛擬仿真實驗教學中心建設評價體系，這一體系對于推進虛擬仿真實驗教學的建設具有重要的價值。

文獻計量學[1]是一門運用數(shù)學和統(tǒng)計學的方法，分析一切知識載體的數(shù)量關系及其發(fā)展規(guī)律的學科。近年來，學者們圍繞虛擬仿真實驗教學評價問題展開了大量的研究，并取得了豐碩的成果。然而，目前還缺少對相關文獻進行全面的梳理與總結(jié)。在我國，虛擬仿真在具體實驗教學評價方面的應用還較為有限，尚未有利用科學計量工具對評價情況進行系統(tǒng)分析的研究。本文應用Citespace軟件對CNKI近7年來關于虛擬仿真實驗教學評價領域的研究文獻進行了分析，并通過可視化分析繪制了知識圖譜。這一分析有助于我們深入了解該領域的主要研究力量、研究熱點及發(fā)展趨勢，為虛擬仿真實驗教學評價研究工作提供有益的借鑒和參考。

1 數(shù)據(jù)來源

本研究以中國知網(wǎng)為數(shù)據(jù)庫來源，對虛擬仿真實驗教學項目評價分析的相關文獻進行了檢索。檢索的時間范圍為2015—2023年（7月） ，通過“高級檢索”功能，設定了檢索條件：“虛擬仿真”AND“實驗教學”AND “評價”。初步檢索出701篇文獻后，排除了報紙、會議、學位論文等類型的文章，剩余521篇。最后，采用人工方法對文獻進行了進一步篩選，排除了與本研究主題不符的文獻，如關于虛擬仿真技術應用、虛擬仿真實驗教學平臺或基地建設、虛擬仿真實驗項目建設等方面的文獻。最終，共納入了206篇文獻進行分析。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 年度發(fā)文量

對收集時間跨度內(nèi)的虛擬仿真實驗教學評價相關文獻進行年度發(fā)文量統(tǒng)計分析，結(jié)果如圖1所示。從圖中可以看出，近8年來，針對虛擬仿真實驗教學評價的文獻呈穩(wěn)步增長趨勢。

2.2 核心作者

納入的206篇文獻中包含288名作者，其中發(fā)文量2篇以上的作者有20名。表1列出了發(fā)文量前5名的作者。從表中數(shù)據(jù)可以看出，近8年來，針對虛擬仿真實驗教學評價領域，作者的發(fā)文量相對較少。

2.3 機構(gòu)合作

納入的206篇文獻中涉及199家機構(gòu)，發(fā)文量4篇的機構(gòu)有1家，發(fā)文量2篇以上的有12家，剩余194家機構(gòu)，表2中只列舉了發(fā)文量≥2篇前5家機構(gòu)。結(jié)果表明，虛擬仿真實驗項目在能源、礦業(yè)、臨床醫(yī)學、護理行業(yè)率先建設與應用，與此同時也逐步探索相應的教學評價。

2.4 關鍵詞共現(xiàn)分析

關鍵詞是對文獻內(nèi)容的高度概括。通過關鍵詞共現(xiàn)分析，檢測到了156個關鍵詞。經(jīng)過對網(wǎng)絡的修剪和切片處理以及合成網(wǎng)絡的分析，得出了關鍵詞共現(xiàn)圖譜，如圖2所示。在去除檢索關鍵詞后，最主要的關鍵詞包括教學改革、教學評價和實踐教學。由于關鍵詞數(shù)量較多，為了提高對研究領域的總結(jié)精確度，我們構(gòu)建了聚類圖譜，將關鍵詞聚為7個主要的研究熱點：虛擬仿真、實驗教學、教學改革、實踐教學、教學效果、教學設計和教學評價。

2.5 關鍵詞突現(xiàn)分析

關鍵詞在短時間內(nèi)被大量研究引用，稱之為關鍵詞突現(xiàn)。關鍵詞突現(xiàn)被認為是研究熱點或新興趨勢的另一個重要指標[2]。在計量分析中，發(fā)現(xiàn)了16個突變詞，見圖3。圖中加粗的線段代表對應關鍵詞的突變時間段，Strength代表突變詞的強度。突現(xiàn)強度越大，說明該研究方向在突現(xiàn)時間內(nèi)是研究熱點。例如，2016年突現(xiàn)了教學改革，2018年突現(xiàn)了教學體系，2019年突現(xiàn)了評價體系。隨著虛擬仿真實驗教學在教學中的應用，相應的教學評價體系也應運而生。在2018—2020年，評價體系構(gòu)建、效果分析、問卷調(diào)查和教學設計等關鍵詞相繼突顯。而2021—2023年，主要突顯的關鍵詞包括實踐能力、線上和產(chǎn)教融合，這表明虛擬仿真實驗教學評價的研究在上述領域內(nèi)得到了擴展和應用。

3 討論

3.1 虛擬仿真實驗教學評價研究現(xiàn)狀

文獻的發(fā)文量在一定程度上能夠反映該領域的關注度和研究趨勢。近8年內(nèi)，發(fā)文量呈現(xiàn)上升趨勢，而總體發(fā)展分為兩個階段。第一階段（2015—2020 年） 的研究文獻數(shù)量相對較少，主要研究集中在實驗教學、教學改革以及實踐教學的應用上，這一時期處于虛擬仿真實驗教學的起始階段，相應的實驗教學評價研究較為匱乏。第二階段（2021—2023年） 的研究文獻則呈現(xiàn)指數(shù)增長，主要研究集中在教學效果、教學設計以及教學評價方面。2020年以來，以線上專業(yè)實訓操作為主體的實驗項目大量開發(fā)，虛擬仿真實驗教學設備和體系不斷完善，虛擬仿真實驗教學評價也逐漸引起了學者們的關注。

從文獻作者的角度來看，作者們主要是在近兩年發(fā)表了較多的虛擬仿真實驗教學評價類相關文獻，并形成了比較穩(wěn)定的團隊。其中，以張敏、劉金庫、張軍、任婷婷等為核心的團隊發(fā)文量最多。對這些團隊的文獻進行分析發(fā)現(xiàn)，他們在虛擬平臺建設、虛擬仿真技術、教學方法以及教學應用等方面都有深入的研究，但在實驗教學評價方面的研究卻相對較少。

從發(fā)文機構(gòu)的角度來看，虛擬仿真實驗教學評價相關發(fā)文量在4篇以上的機構(gòu)僅有一家，發(fā)文量2篇以上的機構(gòu)有12家。這說明在教學評價方面，這些機構(gòu)的發(fā)文量相對有限。發(fā)文機構(gòu)的主要研究方向包括能源、礦業(yè)、網(wǎng)絡、化學、醫(yī)學檢驗、轉(zhuǎn)化醫(yī)學、大型儀器等，這些領域都集中在實物實驗難以實現(xiàn)的方面。例如，中國礦業(yè)大學能源與礦業(yè)學院的陳見行[3]團隊就利用開發(fā)的網(wǎng)絡端虛擬仿真系統(tǒng)，讓學生學習到井下礦山環(huán)境和采煤方法等專業(yè)知識，并在系統(tǒng)上實現(xiàn)效果評價。

3.2 虛擬仿真實驗教學評價的研究熱點與內(nèi)容

結(jié)合頻次信息和關鍵詞共現(xiàn)可視化分析發(fā)現(xiàn)，虛擬仿真實驗教學評價主要涉及教學改革、線上教學、教學模式、教學方法以及教學應用等方面。虛擬仿真實驗教學在護理、新工科、在線教學、教育等領域得到了廣泛應用。然而，教學評價、評價體系以及評價方法的構(gòu)建出現(xiàn)頻次較低，這說明虛擬仿真實驗教學在不同領域內(nèi)的評價體系建立仍處于初步探索階段，還需要不斷深入調(diào)查與研究。

3.3 虛擬仿真實驗教學評價的發(fā)展機制

在實驗教學平臺上開發(fā)虛擬仿真實驗項目，并設置相應的考核題目，同時收集學生實驗過程的數(shù)據(jù)，包括登錄時長、學習時間、測試成績等，以學習過程的綜合情況來檢驗學生的學習效果，從而提高教學效率和質(zhì)量。例如，宋健等人[4]開發(fā)的重載貨運列車緩沖器虛擬仿真實驗項目，在實驗教學模塊構(gòu)建中設置了專門的考核模塊，以提升實驗效率。

針對課程內(nèi)容構(gòu)建虛擬仿真實驗項目，并在具體實驗項目教學中實現(xiàn)教學評價。張軍等人[5]利用虛擬仿真平臺構(gòu)建了實景虛擬仿真項目，并將其用于教學，同時對教學效果進行了評價分析。他們研究發(fā)現(xiàn)，實驗項目在教學專業(yè)要素表達、教學內(nèi)容方面的認可度較高，學生更易于接受。吳學平等人[6]構(gòu)建了虛擬仿真醫(yī)學形態(tài)學實驗項目，教學評價分別從課程考試成績、教學效果問卷調(diào)查以及學生課堂表現(xiàn)三方面進行分析，以對照組和實驗組的方式探究虛擬實驗項目對教學優(yōu)化與學生能力素質(zhì)提升的影響。

從專業(yè)領域角度提出適合某專業(yè)、某行業(yè)或某領域內(nèi)的虛擬仿真實驗教學評價體系。例如，龐冰等人[7]提出針對護理專業(yè)的虛擬仿真實驗教學評價應從醫(yī)患溝通交流、團隊合作以及人文關懷等臨床工作的必備素養(yǎng)出發(fā)，對虛擬仿真實驗教學過程和效果進行評價，實現(xiàn)教師教學過程及學生學習過程的動態(tài)評價和早期干預。

從學校層面上進行多層次、多角度地設計構(gòu)建評價指標體系。指標體系的主體不僅涉及專業(yè)教師與學生，還涉及管理者。評價范圍涵蓋專業(yè)建設水平、教學支持與服務、學生學習效果以及社會影響力等方面。張敏等人[8]就從高校頂層設計視角出發(fā)，圍繞虛擬仿真實驗在高校中的應用范圍、應用效果和保障條件三方面構(gòu)建了三級評價指標體系，共包括42個三級指標，為學校更加客觀全面地評價課程應用情況提供了參考。

4 結(jié)束語

實驗教學評價的目的是利用有效的評價方式激發(fā)學生的學習興趣及學習潛能，提升他們的主觀能動性，并啟發(fā)學生的創(chuàng)造性思維。從研究現(xiàn)狀來看，虛擬仿真實驗教學開展逐年增加，并得到了廣泛應用。更多學者也逐漸關注到虛擬仿真實驗教學評價領域，但該領域仍處于起步和探索階段。現(xiàn)有的評價機制呈現(xiàn)多維度、多層次、多主體的特點，但缺乏評價過程中規(guī)范化的教學要求。主要的研究熱點集中在教學改革、教學模式、教學方法以及教學應用等方面。針對具體實驗項目、專業(yè)領域等在評價方法、評價指標以及教學效果上的研究還缺乏前沿性、針對性以及可操作性的規(guī)范化評價體系。