□ 王阿習(xí) 張學(xué)軍

虛擬實驗中半自動實驗報告的設(shè)計*

□ 王阿習(xí) 張學(xué)軍

文章首先分析了基于網(wǎng)絡(luò)的實驗報告使用現(xiàn)狀，以及使用過程中存在設(shè)計模式單一、實驗報告和實驗過程“兩張皮”現(xiàn)象、實驗報告評價不及時、不完善等問題；然后為解決上述問題，構(gòu)建了基于虛擬實驗的半自動實驗報告系統(tǒng)，并從功能實現(xiàn)、系統(tǒng)設(shè)計、數(shù)據(jù)庫表的設(shè)計、界面設(shè)計這四個方面分別進(jìn)行了闡述；最后為了使學(xué)生能夠順利熟練地使用該實驗報告系統(tǒng)，給出了相應(yīng)的使用建議。

虛擬實驗；半自動實驗報告；設(shè)計

《初中化學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)》在基本理念中指出：“要讓學(xué)生有更多的機(jī)會主動地體驗探究過程，在知識的形成、聯(lián)系、應(yīng)用過程中養(yǎng)成科學(xué)的態(tài)度，獲得科學(xué)的方法，在‘做科學(xué)’的探究實踐中逐步形成終身學(xué)習(xí)的意識和能力。”[1]按照新課程的設(shè)計理念，化學(xué)教學(xué)中要使學(xué)生有更多的機(jī)會主動地體驗探究過程，從而發(fā)展學(xué)生分析問題、解決問題的能力以及觀察、思考、歸納總結(jié)的能力，而上述目標(biāo)只有在實驗教學(xué)中才能更好地實現(xiàn)。實驗報告是實驗教學(xué)一個極其重要的組成部分，它是學(xué)生對整個實驗工作包括實驗?zāi)康?、原理、方法、步驟和結(jié)果的歸納、分析和全面的總結(jié)，也是對學(xué)生觀察能力、邏輯歸納能力、綜合分析能力、文字表達(dá)能力的培養(yǎng)和鍛煉[2]，撰寫實驗報告的過程就是學(xué)生綜合思維能力的培養(yǎng)過程，是學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)的態(tài)度，獲得科學(xué)方法的重要手段。教師可以通過批改查閱學(xué)生的實驗報告，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的認(rèn)知模糊點，獲得教學(xué)效果的反饋信息。但是，在目前的實驗教學(xué)過程中，對于實驗報告的設(shè)計、使用、評價卻出現(xiàn)了很多問題。為了能夠更好地解決這些問題，改善中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)，優(yōu)化其教學(xué)效果，本文設(shè)計了基于虛擬實驗的半自動實驗報告。這里的“半自動實驗報告”是指實驗報告的一部分是系統(tǒng)自動生成的，另一部分需要學(xué)生手動填寫。

一、基于網(wǎng)絡(luò)的實驗報告的使用現(xiàn)狀

隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬實驗在教學(xué)中的應(yīng)用越來越普遍。筆者在查閱文獻(xiàn)的過程中發(fā)現(xiàn)，關(guān)于虛擬實驗方面的研究很多，國外的有麻省理工學(xué)院的WEBLAB、Science Space等，國內(nèi)的有中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所的虛擬化學(xué)實驗室、浙江大學(xué)的虛擬化學(xué)實驗、VCM仿真實驗網(wǎng)站等。然而，關(guān)于基于網(wǎng)絡(luò)的實驗報告的研究卻不是很多，其中主要有“基于Web構(gòu)建在線實驗報告系統(tǒng)”[3]、“基于網(wǎng)絡(luò)的實驗報告管理系統(tǒng)”[4]、“通用實驗報告網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)”[5]、“電子實驗報告自動批改系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)”[6]等文獻(xiàn)。以上這些文獻(xiàn)對實驗報告的優(yōu)化設(shè)計、使用和管理、減輕教師批改負(fù)擔(dān)等方面進(jìn)行了探討，但是對于如何將虛擬實驗和實驗報告有機(jī)的聯(lián)系起來，使學(xué)生在做實驗的同時將觀察到的實驗現(xiàn)象、問題記錄在實驗報告中；如何有效地利用實驗報告更好地幫助學(xué)生進(jìn)行自我評價，使學(xué)生在填寫實驗報告時發(fā)現(xiàn)還有哪些問題沒有解決；如何利用數(shù)據(jù)庫表自動記錄學(xué)生在操作虛擬實驗時生成的數(shù)據(jù)；如何有效防止學(xué)生互相抄襲實驗報告；如何利用實驗報告更好地培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析、歸納總結(jié)問題的能力等，在現(xiàn)有的研究中幾乎很少提到。

為了能夠更好地解決這些問題，本文設(shè)計了基于虛擬實驗的半自動生成實驗報告。所謂半自動生成實驗報告是指在設(shè)計的過程中，我們將實驗報告分成了三個部分，分別是：①客觀部分（如實驗說明、目的），這是直接記錄在實驗報告里的部分；②學(xué)生在操作虛擬實驗時系統(tǒng)自動記錄的部分；③主觀部分（如實驗中存在的問題、反思等），這是學(xué)生手動填寫的部分。前兩個部分系統(tǒng)可自動判斷正誤、給出評價反饋信息、記錄分?jǐn)?shù)并將分?jǐn)?shù)顯示在實驗報告的客觀題得分部分，第三部分則需要學(xué)生手動填寫，故此稱其為基于虛擬實驗的半自動實驗報告。

二、實驗報告存在的問題及反思

通過查閱大量文獻(xiàn)，調(diào)查研究現(xiàn)有的實驗報告系統(tǒng)，并對部分中學(xué)化學(xué)骨干教師進(jìn)行訪談和問卷調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)目前的實驗報告無論是紙質(zhì)的，還是電子版的，在設(shè)計和使用方面都存在著很多問題，這主要表現(xiàn)在以下五個方面：

1.實驗報告的設(shè)計模式單一

實驗報告的設(shè)計模式比較單一，不能根據(jù)具體的實驗設(shè)計合適的實驗報告。常見的各種初中化學(xué)實驗冊中的實驗報告大多是填空式的，一般包括實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗藥品及儀器、實驗裝置圖、實驗步驟等。通常學(xué)生在填寫實驗報告時積極性不高，對實驗步驟、細(xì)節(jié)考慮不周，不會分析和解釋實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象，不會考慮為什么要這樣做，更不會考慮實驗中可能存在什么問題，以及如何去解決，有的學(xué)生甚至編造或抄襲他人的數(shù)據(jù)，無法對整個實驗進(jìn)行更深入地理解和思考[7]。

2.師生不重視實驗報告的使用

在實際的中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)中，教師和學(xué)生不重視實驗報告的使用，沒有意識到實驗報告的重要性。教師一般對于實驗?zāi)康摹⒃?、操作較為重視，但對學(xué)生書寫的實驗報告往往要求較低，有的甚至只是為了應(yīng)付學(xué)校的教務(wù)檢查，讓學(xué)生突擊書寫實驗報告；有的教師教務(wù)繁重，沒有足夠的時間、精力認(rèn)真批閱大量的實驗報告；有的教師在批閱實驗報告時也不認(rèn)真對待，不能給予學(xué)生及時的反饋，不能給出相應(yīng)的問題解決建議或方法。另外學(xué)生在書寫實驗報告時也不認(rèn)真對待，如書寫潦草、層次不清、不能如實及時地記錄實驗中遇到的問題、不重視實驗結(jié)果的分析和討論等等。

3.實驗報告和實驗過程“兩張皮”現(xiàn)象嚴(yán)重

“兩張皮”指的是相互之間原本存在必然聯(lián)系或依附關(guān)系的兩種事物發(fā)生游離而單獨存在?，F(xiàn)有的基于網(wǎng)絡(luò)的實驗和實驗報告的“兩張皮”現(xiàn)象就十分嚴(yán)重，它們將實驗和實驗報告截然分開，忽視了兩者之間的必然聯(lián)系。目前基于網(wǎng)絡(luò)的在線實驗報告系統(tǒng)，僅僅設(shè)計了實驗報告部分，單單支持實驗報告的上傳、管理與批改，而關(guān)于如何設(shè)計實驗，如何將實驗和實驗報告有機(jī)聯(lián)系起來卻只字未提。我們設(shè)想一下，學(xué)生在真實的環(huán)境中做完實驗之后，再登錄實驗報告系統(tǒng)將實驗數(shù)據(jù)填寫到已經(jīng)設(shè)計好的實驗報告上，暫且不說這一過程是多么的繁瑣，只要想到實驗中觀察到的現(xiàn)象、存在的問題、實驗數(shù)據(jù)等如何當(dāng)場記錄就是一個很大的問題。然而，學(xué)生在真實的實驗室中，可以邊做實驗邊將觀察到的實驗現(xiàn)象、得到的實驗數(shù)據(jù)及時地填寫在實驗報告中。因此，在線的實驗報告系統(tǒng)只有具備這種功能，才符合化學(xué)實驗教學(xué)的實際，才能為學(xué)生實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)提供一個較好的平臺。

4.不能動態(tài)的增減實驗項目和實驗報告

現(xiàn)有的實驗報告系統(tǒng)大多是靜態(tài)的，不能動態(tài)的增添、刪除、修改實驗項目和實驗報告。它們只是設(shè)計了幾個實驗科目和相應(yīng)的實驗報告，支持實驗報告的上傳、管理和批改查閱。但是，如果學(xué)科教師根據(jù)課堂實際，想增減實驗報告項目，就不得不重新制作網(wǎng)頁、規(guī)劃網(wǎng)站。這既加重了教師的負(fù)擔(dān)，也不利于實驗報告系統(tǒng)的后期管理和使用。

5.實驗報告的評價不及時、不完善

在當(dāng)前的中學(xué)實驗教學(xué)中，教師和學(xué)生之所以不重視實驗報告的使用，一個很重要的原因就是缺乏評價實驗報告的有效機(jī)制。目前實驗報告在評價方面存在的問題主要有以下三點：①對實驗報告本身的評價功能不完備，如設(shè)計模式、內(nèi)容的難易程度等等，不能充分評價學(xué)生的實驗?zāi)芰Γ虎诮處煵恢匾晫嶒瀳蟾娴脑u價功能，不能將學(xué)生實驗報告中存在的問題及時地反饋給學(xué)生；③學(xué)生不能依據(jù)實驗報告的反饋，發(fā)現(xiàn)實驗中存在的問題，找出學(xué)習(xí)上的不足之處。

三、基于虛擬實驗的半自動實驗報告的設(shè)計

為了解決上述實驗報告設(shè)計與應(yīng)用中存在的問題，更好地利用實驗報告提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性、提高學(xué)生實驗操作能力、培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力[8]，依據(jù)中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)的特點，我們構(gòu)建了基于虛擬實驗的半自動生成實驗報告，以下主要從功能實現(xiàn)、系統(tǒng)設(shè)計、數(shù)據(jù)庫表的設(shè)計、界面設(shè)計這四個方面進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

1.功能實現(xiàn)

首先，用戶依據(jù)身份登錄或注冊，進(jìn)入相應(yīng)的模塊。圖1中的VCE是Virtual Chemical Experiment虛擬化學(xué)實驗室的簡稱，學(xué)生、教師、管理員分別以各自的學(xué)號或教師號登錄，同時，用戶也可根據(jù)要求注冊賬號，取得相應(yīng)的權(quán)限后才可進(jìn)入。一般情況下教師只能選擇進(jìn)入教師模塊，同理學(xué)生也只能選擇進(jìn)入學(xué)生模塊，而不可隨意選擇，任意進(jìn)入其他模塊，以避免造成使用和管理上的混亂。

其次，預(yù)習(xí)實驗。對于學(xué)生來說，應(yīng)選擇即將要學(xué)的實驗項目并預(yù)習(xí)實驗，在這一項操作中，學(xué)生可以了解實驗演示、實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗說明、儀器藥品五項內(nèi)容。其中實驗演示這部分我們設(shè)計了兩種不同的演示實驗，一種是在真實的實驗室中操作的實驗，這種設(shè)計有利于學(xué)生熟悉真實的實驗儀器，給學(xué)生以形象直觀的感受，從而盡量減少學(xué)生在虛擬實驗環(huán)境中產(chǎn)生的不真實感；另一種是Flash演示實驗，該實驗的設(shè)計與本系統(tǒng)中的虛擬實驗也不一樣，它是以其他的方法實現(xiàn)的，例如“實驗室制取氫氣”一課，在演示部分我們設(shè)計了“啟普發(fā)生器制取氫氣”的動畫，這樣設(shè)計有利于拓寬學(xué)生思路，熟悉不同的操作方法。從而在“實驗準(zhǔn)備”環(huán)節(jié)中使學(xué)生能夠熟悉實驗的要求、知道實驗的目的和原理、熟知儀器藥品的使用方法、注意事項等。以便學(xué)生更加深入地學(xué)習(xí)與實驗相關(guān)的內(nèi)容，做到心中有數(shù)，盡量減小實驗操作的失誤率。對于教師來說，則可在實驗前或后，在多媒體教室中為學(xué)生集體講授實驗準(zhǔn)備部分的相關(guān)知識，也可邊操作“演示實驗”邊告知學(xué)生實驗的目的、原理、注意事項等事宜。

再次，做虛擬實驗、填寫實驗報告。這一環(huán)節(jié)是整個系統(tǒng)中最為重要的組成部分，前面已經(jīng)介紹該實驗報告是半自動生成的，這一說法也體現(xiàn)在此。如圖2所示，該實驗報告共有三部分組成：①客觀部分（如實驗說明、目的等）是設(shè)計者直接記錄在實驗報告里的，而不需要學(xué)生再去花時間、精力去填寫這一部分，從而在一定程度上減輕了學(xué)生的負(fù)擔(dān)；②學(xué)生在操作虛擬實驗時系統(tǒng)自動記錄的內(nèi)容，如在設(shè)計虛擬實驗時，為了讓學(xué)生能夠熟練地掌握本實驗用到的儀器藥品，我們設(shè)計了“選擇實驗儀器藥品”這一環(huán)節(jié)，同時為了降低選擇的難度，使學(xué)生有足夠的信心去做，我們?yōu)閷W(xué)生提供了三次選擇的機(jī)會并同時給出了相應(yīng)的提示，如“有三次選擇機(jī)會，共需三種”。在分值的計算上，我們采用了依次遞減計分的方法即第一次全選對計為滿分（如本題的30分），第二次選對則為30*90%，第三次選對為30*80%，否則計為0分。這些得分是直接記錄在數(shù)據(jù)庫文件“實驗操作表”中，然后系統(tǒng)從“實驗操作表”中調(diào)取該部分得分到實驗報告中；③主觀部分（如實驗中存在的問題、反思等）是學(xué)生填寫的內(nèi)容。前兩個部分系統(tǒng)可以自動生成，第三部分則需要學(xué)生完成虛擬實驗后手工填寫。前兩個部分系統(tǒng)可自動判斷正誤、記錄分?jǐn)?shù)并將分?jǐn)?shù)顯示在實驗報告的客觀題得分部分。而對于第三部分的主觀性問題，由于學(xué)生思維的靈活多樣性，每一個學(xué)生在做實驗時遇到的問題也存在差異性，因此，系統(tǒng)不會以一種標(biāo)準(zhǔn)答案的方式來評判學(xué)生。這就需要教師在批改報告時具體問題具體分析，共性問題著重講解，發(fā)揮教師評價反饋的作用，這也在一定程度上體現(xiàn)了多元化評價的思想。

最后，批改查閱實驗報告。在學(xué)生完成并提交實驗報告之后，教師可直接調(diào)取實驗報告進(jìn)行批改，此時教師只需批改實驗報告中的主觀性問題，如學(xué)生填寫的實驗現(xiàn)象，這一部分是學(xué)生在做虛擬實驗時直接觀察并記錄的內(nèi)容，該部分可自動生成在報告中的相應(yīng)位置，呈灰色顯示，并且不支持修改。這樣設(shè)計的目的是防止學(xué)生隨意抄襲他人的實驗報告、更改實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，從而為以后評價學(xué)生的實驗?zāi)芰μ峁┛茖W(xué)的依據(jù)。另外，教師在批閱主觀性問題時，如實驗中存在哪些問題、實驗反思評價等，由于此項是學(xué)生回顧、反思、總結(jié)和拓展知識的過程，應(yīng)給予足夠的重視。要考慮到由于學(xué)生思維的靈活多樣性，對于同一問題，不同的學(xué)生有不同的理解，教師應(yīng)根據(jù)具體問題具體分析，而不可用一種評價標(biāo)準(zhǔn)去統(tǒng)一的評價學(xué)生。要注意到學(xué)生思維的閃光點，培養(yǎng)他們分析和解決問題的能力，更重要的是培養(yǎng)他們敢于思考、敢于創(chuàng)新的勇氣和能力。因此從培養(yǎng)學(xué)生思維能力、評價學(xué)生的角度來說，此項內(nèi)容的書寫應(yīng)是實驗報告的重點和難點[9]。

教師批改完實驗報告之后，系統(tǒng)自動將實驗報告標(biāo)記為已修改。學(xué)生再次進(jìn)入虛擬實驗系統(tǒng)，直接點擊“實驗報告批改查詢”項，查閱教師批改后的實驗報告。此時，實驗每一項的具體得分都已在實驗報告中顯示，該系統(tǒng)可將得分評語快速、準(zhǔn)確地反饋給學(xué)生，并可自動匯總實驗報告中出現(xiàn)的問題，以便于學(xué)生查漏補(bǔ)缺，更便于教師發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問題，及時地為學(xué)生提供解決問題的建議或方法，這種設(shè)計方式既可以體現(xiàn)出該實驗報告評價得及時性和針對性，又能清楚地告訴學(xué)生在操作實驗時存在的問題、認(rèn)知上的薄弱點，從而可較好地解決目前實驗報告評價不及時、不完善等問題。

現(xiàn)有的實驗報告系統(tǒng)大多是靜態(tài)的，不能動態(tài)地增添、刪除、修改實驗項目和實驗報告。為了解決這個問題，我們結(jié)合ASP技術(shù)在“管理員模塊”特意加入了動態(tài)的添加、刪減實驗項目部分。如果任課教師根據(jù)教學(xué)的需要，欲增加一個實驗項目，可以直接點擊“添加”項，將實驗準(zhǔn)備、實驗操作、實驗報告等內(nèi)容上傳即可。倘若需要修改、刪除某些實驗項目，其方法同上。這種動態(tài)增減、修改的設(shè)計方法既不需要任課教師去修改網(wǎng)頁，又可根據(jù)教學(xué)需要快速地更新實驗內(nèi)容。這樣不但減輕了學(xué)科教師的負(fù)擔(dān)，更便于后期的使用和管理。

不同類型的實驗其實驗報告的模式也不一樣，因此明確實驗類型和實驗?zāi)繕?biāo)是我們設(shè)計實驗報告的第一步。為了解決實驗報告設(shè)計模式單一（呆板）的問題，我們將中學(xué)化學(xué)中的所有實驗依次歸類，共分為以下幾種類型：基礎(chǔ)操作性實驗、驗證性實驗、探究性實驗、綜合設(shè)計性實驗等?；A(chǔ)操作性實驗強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生熟知各種儀器的操作要求、使用方法；驗證性實驗強(qiáng)調(diào)實驗技能的訓(xùn)練、實驗結(jié)果的分析、知識性結(jié)論的獲得；探究性實驗強(qiáng)調(diào)學(xué)生參與探究的過程。針對不同類型的實驗，我們設(shè)計了不同的實驗報告模式。如在設(shè)計驗證性實驗報告時，我們特意加入了“實驗中還存在哪些問題？”“你認(rèn)為該實驗如何改進(jìn)？”等問題，以便于學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)的態(tài)度，在“做科學(xué)”的實踐活動中體驗知識能力形成的過程，培養(yǎng)自身觀察、分析、歸納總結(jié)的能力。

2.系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)采用Brower/Web模式。服務(wù)器端采用IIS+數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)+ASP來構(gòu)成半自動生成實驗報告的應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)；客戶端采用瀏覽器和Flash等軟件來完成初中化學(xué)實驗報告的設(shè)計。系統(tǒng)設(shè)計的模塊圖如圖3所示，該系統(tǒng)共分為三個模塊：學(xué)生模塊、教師模塊、管理員模塊。學(xué)生主要進(jìn)行虛擬實驗課前預(yù)習(xí)準(zhǔn)備、實驗的操作、實驗報告的填寫、實驗報告的查閱、實驗作業(yè)的上傳下載、實驗拓展等；教師主要進(jìn)行實驗報告的批改、虛擬實驗的講解等；管理員主要負(fù)責(zé)用戶的管理、實驗報告的增添、刪除等操作。

3.數(shù)據(jù)庫表的設(shè)計

對于數(shù)據(jù)庫表的設(shè)計，我們考慮了幾種形式，如將該系統(tǒng)中的全部實驗報告設(shè)計成一個大表的形式，但是考慮到每個虛擬實驗所對應(yīng)實驗報告形式和內(nèi)容都不一樣，倘若都設(shè)計進(jìn)一個表里面，將面臨數(shù)據(jù)庫表字段的分配、字段的拆分、變量層次級別問題等等。易出現(xiàn)管理混亂、層次不清的局面，更不利于以后用戶的管理、實驗報告的添加以及后續(xù)的開發(fā)利用。

鑒于此，我們采取了如圖4所示的形式，為每個虛擬實驗設(shè)計兩個表：一個是實驗操作表；另一個是實驗報告表。兩個表之間的關(guān)系是：①學(xué)生做虛擬實驗。系統(tǒng)將學(xué)生在操作虛擬實驗的過程中生成的數(shù)據(jù)、填寫的實驗現(xiàn)象等記錄在實驗操作表中，同時將實驗操作表中的數(shù)據(jù)傳送給實驗報告表。②學(xué)生填寫實驗報告。這是實驗報告中的主觀性問題部分，需要學(xué)生手動填寫。③教師批改實驗報告。在此環(huán)節(jié)教師只需批改報告的主觀部分。④學(xué)生查閱教師批改過的實驗報告。另外，在設(shè)計實驗報告表時，為了便于以后查找錯誤、增添實驗內(nèi)容，特意采用了層級劃分字段的形式，如實驗步驟設(shè)計成“sybz1、 sybz11、sybz12、sybz13、sybz2、sybz21、sybz 22、sybz 23……”這種形式，并根據(jù)變量的類型、大小分配相應(yīng)的字段，具體內(nèi)容如圖5所示。

如前面所述，一個虛擬實驗由兩個表組成：實驗操作表和實驗報告表，那么二者是如何通信的呢？如圖5中的箭頭所示，學(xué)生在完成虛擬實驗之后，系統(tǒng)將相關(guān)的實驗數(shù)據(jù)、填寫的實驗現(xiàn)象等記錄在實驗操作表中，此時，客觀部分每個項目的得分將分別用相應(yīng)的字段記錄（如檢查氣密性的字段是qmfs2），并用“zongfen”這個字段記錄客觀部分的總分，實驗報告表則直接從實驗操作表中調(diào)取“zongfen”，再用“zdcj”這個字段記錄。同樣對于主觀部分，也是先記錄在實驗操作表中的，然后由實驗報告表調(diào)取，最后自動顯示在實驗報告中的相應(yīng)位置。如氫氣集滿的現(xiàn)象“jmfs5”、氫氣純凈的現(xiàn)象“ycfs6”分別對應(yīng)與實驗報告表中的“sybz32”和“sybz42”這兩個字段。

4.界面設(shè)計

界面設(shè)計主要包括界面布局設(shè)計、視覺界面的邏輯關(guān)系設(shè)計、視覺效果設(shè)計等內(nèi)容。好的界面設(shè)計應(yīng)符合美感、操作舒適，簡潔且具有索引功能，使用戶在使用過程中始終保持愉快的心情[10]?？紤]到學(xué)生的認(rèn)知特點及化學(xué)實驗的特殊性，該系統(tǒng)分為三個獨立的主頁面：學(xué)生界面、教師界面和管理員界面。其界面布局設(shè)計上主要采用了左、上架構(gòu)的方式，即主導(dǎo)航欄在頁面的左側(cè)，次導(dǎo)航欄在上側(cè)。視覺效果的設(shè)計主要關(guān)注色彩的搭配，因為顏色能夠?qū)τ脩舻那榫w產(chǎn)生很大影響。而藍(lán)色給人以簡潔、安靜的感覺，鑒于此該界面設(shè)計主要以淡藍(lán)色系為主。另外界面的交互設(shè)計、信息反饋的設(shè)計等，都考慮到了學(xué)習(xí)者的年齡、認(rèn)知特點，力爭使界面設(shè)計簡潔、美觀，文本、圖形等可視化元素搭配協(xié)調(diào)得當(dāng)。

四、使用的建議

基于虛擬實驗的半自動實驗報告設(shè)計好之后，我們選擇幾所中學(xué)進(jìn)行試用。在試用的過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生進(jìn)入系統(tǒng)之后，不知道該做什么、何時做、怎么做。因此，為了使學(xué)生能夠順利熟練地使用該實驗報告系統(tǒng)，我們特提出以下建議：

1.預(yù)習(xí)實驗，熟悉系統(tǒng)

當(dāng)學(xué)生做虛擬實驗時，由于虛擬實驗系統(tǒng)自身存在的或技術(shù)上的缺陷，加上學(xué)習(xí)者自身認(rèn)知負(fù)荷的增加，就可能會出現(xiàn)所謂的“認(rèn)知摩擦”[11]。所以學(xué)生在使用該基于虛擬實驗的半自動實驗報告系統(tǒng)之前，除了要預(yù)習(xí)實驗，明確實驗?zāi)康?、原理、要求之外，教師還應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生熟悉該系統(tǒng)的使用方法，如怎樣進(jìn)入虛擬實驗系統(tǒng)，如何操作虛擬實驗，如何填寫實驗報告，如何根據(jù)虛擬實驗中提供的反饋改進(jìn)自己的學(xué)習(xí)，盡量避免出現(xiàn)過多的“認(rèn)知摩擦”。

2.實驗報告內(nèi)容難度適宜

該系統(tǒng)的設(shè)計是動態(tài)的，它支持教師添加或刪除一些實驗項目。因此，教師在添加一些實驗項目時，在實驗報告內(nèi)容的設(shè)計上，除了要依據(jù)具體的實驗類型和實驗?zāi)康?，還應(yīng)注意報告內(nèi)容的難易程度要符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。因為過難的內(nèi)容易使學(xué)生產(chǎn)生抵觸情緒；反之，如果設(shè)計的內(nèi)容太容易，則不能充分體現(xiàn)實驗報告的作用，更不利于培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰ΑＲ虼?，實驗報告各個環(huán)節(jié)內(nèi)容的難度應(yīng)體現(xiàn)層次性，以促進(jìn)不同層次學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

3.告知評價方法，及時反饋

首先在做虛擬實驗之前，教師應(yīng)告訴學(xué)生該實驗報告成績的評價方法、一些具體的評價指標(biāo)，讓學(xué)生知道該半自動實驗報告系統(tǒng)是如何對其進(jìn)行評價的，以及在做實驗的過程中，系統(tǒng)會直接給出相應(yīng)操作正確與否的反饋，如“你選擇不正確，請再考慮一下，還有2次選擇機(jī)會”。同時要提醒學(xué)生查閱實驗報告時，注意系統(tǒng)給出的反饋，明確各個學(xué)習(xí)階段處于哪種狀態(tài)，離學(xué)習(xí)目標(biāo)還有多遠(yuǎn)，最終目標(biāo)是否實現(xiàn)，從而調(diào)控自己的學(xué)習(xí)進(jìn)程，維持學(xué)習(xí)動機(jī)，反思學(xué)習(xí)過程，總結(jié)經(jīng)驗，不斷地規(guī)范和調(diào)整自己的學(xué)習(xí)[12]。此外，教師在批閱學(xué)生的實驗報告時，如果發(fā)現(xiàn)報告中存在某些問題，要及時將其反饋給學(xué)生，必要時提供解決問題的建議或方法。

4.虛擬實驗與真實實驗優(yōu)勢互補(bǔ)

在運用該系統(tǒng)時，應(yīng)當(dāng)首先明確虛擬實驗和真實實驗各自的優(yōu)缺點，虛擬實驗的局限性恰恰又是真實實驗的優(yōu)點，二者是相輔相成的。只有發(fā)揮各自的優(yōu)勢，精心組織實驗教學(xué)，才能做到揚(yáng)長補(bǔ)短、優(yōu)勢互補(bǔ)[13]。

結(jié)語

基于虛擬實驗的半自動實驗報告系統(tǒng)的設(shè)計，可以很好地解決現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)實驗報告中存在的問題。它不僅僅包括實驗報告的設(shè)計，還有虛擬實驗項目、實驗準(zhǔn)備、實驗拓展、在線考試等內(nèi)容，可以為中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)提供一個較好的平臺。但是，在設(shè)計的過程中也存在著一些問題，如實驗報告內(nèi)容的設(shè)計，筆者查閱了中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)和實驗報告內(nèi)容設(shè)計的相關(guān)文獻(xiàn)，又訪談了部分中學(xué)化學(xué)骨干教師，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了該系統(tǒng)中的實驗報告。盡管如此，也不能說該實驗報告能全面客觀的評價學(xué)生，其有效性和針對性還待進(jìn)一步的驗證。另外，關(guān)于虛擬實驗的設(shè)計，訪談的部分化學(xué)教師意見不同，他們思考的角度和方法都在某一個方面上有道理，這就給設(shè)計帶來了一些麻煩。以上所有的這些問題都需要進(jìn)一步的研究，再思考，再修正設(shè)計，這也是以后研究的重點。

[1]初中化學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)[DB/OL].http://www.teachercn.com/2004/8-27/143027.htm.

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2011－10－15

王阿習(xí)，碩士研究生；張學(xué)軍，教授，博士，碩士生導(dǎo)師。西北師范大學(xué)教育技術(shù)與傳播學(xué)院（730070）。

責(zé)任編輯 南 嶺

G642.0

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1009—458x（2011）12—0085—06

本文為教育部人文社會科學(xué)研究規(guī)劃基金項目“初中化學(xué)網(wǎng)絡(luò)綜合虛擬實驗教學(xué)平臺的開發(fā)與應(yīng)用研究”（編號：10YJA880182）的階段性研究成果。