本文指的學(xué)具是提供給學(xué)生按照教學(xué)要求進(jìn)行動(dòng)手加工、組裝或操作的基本材料和器具。心理學(xué)研究表明，個(gè)體認(rèn)知規(guī)律是“感知一表象一概念”，學(xué)生思維的具體性與學(xué)科知識的抽象性之間存在矛盾，而學(xué)具為學(xué)生提供便于抽象概括的感知材料，讓學(xué)生在操作的學(xué)習(xí)過程中，變被動(dòng)地聽講為主動(dòng)地探究，使其充分調(diào)動(dòng)各種感官參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，體驗(yàn)知識的動(dòng)態(tài)生成，形成知識的表象，從事物的表象中概括出事物的本質(zhì)特征和規(guī)律，建構(gòu)新概念，并能深刻地理解運(yùn)用。因而，基于學(xué)具的教學(xué)歷來是學(xué)科教學(xué)的重要方式之一。
　　學(xué)具的發(fā)展，經(jīng)歷了兩次“飛躍”，從傳統(tǒng)的木質(zhì)、塑質(zhì)等學(xué)具，飛躍到電動(dòng)學(xué)具，再飛躍到虛擬學(xué)具，每一次飛躍都滲透著科技發(fā)展的深刻影響。隨著信息技術(shù)對人們社會(huì)文化生活影響的加劇，虛擬世界逐漸成為現(xiàn)實(shí)世界不可忽視的存在，因此，虛擬學(xué)具完全有可能成為未來學(xué)具的主要形式之一且被廣泛應(yīng)用于日常教學(xué)中。
　　現(xiàn)代教育技術(shù)的新產(chǎn)物：虛擬學(xué)具及其特點(diǎn)
　　虛擬現(xiàn)實(shí)是利用計(jì)算機(jī)模擬產(chǎn)生一個(gè)三度空間的虛擬世界，為使用者提供了關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者身臨其境，可以及時(shí)、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。使用者進(jìn)行位置移動(dòng)時(shí)，電腦還可以立即進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，將精確的3D影像傳回，令使用者產(chǎn)生現(xiàn)場感。作為新一代計(jì)算機(jī)的產(chǎn)物，虛擬學(xué)具主要是指應(yīng)用于學(xué)科教學(xué)的專題性工具軟件，是一種為學(xué)生提供學(xué)習(xí)活動(dòng)的互動(dòng)多媒體程序，或者說，虛擬學(xué)具是一種為了幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)而開發(fā)的基于電腦設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)的交互式、可視化、模擬人或物的數(shù)字化學(xué)習(xí)工具，它允許學(xué)生像使用真實(shí)學(xué)具那樣，通過操控動(dòng)態(tài)的虛擬物件，進(jìn)行相應(yīng)的學(xué)習(xí)和探索。
　　較之傳統(tǒng)學(xué)具，虛擬學(xué)具在感知維度、擴(kuò)展使用、狀態(tài)保存等方面都更具優(yōu)勢，可以解決實(shí)物學(xué)具成本高、數(shù)量少、設(shè)計(jì)單一、使用效率不高及管理、維護(hù)困難等問題。同時(shí)，不同于以單向信息傳遞為主的計(jì)算機(jī)模型演示，虛擬學(xué)具能創(chuàng)設(shè)具有交互式及動(dòng)態(tài)特性的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，它具有以下特點(diǎn)：一是交互性，學(xué)生可以在模擬環(huán)境中直接通過鼠標(biāo)操控或手控操作虛擬化的物件進(jìn)行學(xué)習(xí)探索，二是動(dòng)態(tài)性，靜態(tài)三維圖形能隨著具體的操作進(jìn)行連續(xù)的變化，從而展現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化的過程，三是虛擬學(xué)具不受學(xué)習(xí)時(shí)間、空間的約束，可以最大限度地共享資源，等等。正是由于虛擬學(xué)具的特性，能夠使其在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)揮出更大的、特殊的功用。
　　當(dāng)代學(xué)生學(xué)習(xí)方式變革的新支架：虛擬學(xué)具研發(fā)的教育背景及其功能分析
　　新課程改革重點(diǎn)之一是促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的變革。轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式就是要倡導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)；就是要突出學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的發(fā)現(xiàn)、探究和研究等認(rèn)知過程，就是要培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。學(xué)習(xí)方式的變革除教育觀念上的革新外，最重要的是要為新的學(xué)習(xí)方式提供必要的課程資源，即向?qū)W生提供主動(dòng)探索、有效思維和積極體驗(yàn)的物質(zhì)載體。而虛擬學(xué)具的研發(fā)和使用正是把現(xiàn)代信息技術(shù)作為學(xué)生學(xué)習(xí)的強(qiáng)有力工具，其最根本的價(jià)值目標(biāo)就是最大限度地為學(xué)生提供實(shí)踐活動(dòng)的平臺和物質(zhì)載體，盡可能地給學(xué)生提供機(jī)會(huì)進(jìn)行直觀形象的觀察、切實(shí)深刻的操作及獨(dú)立思考理解，將學(xué)生自主性、探索性的學(xué)習(xí)活動(dòng)落到實(shí)處，在實(shí)際的操作、整理、分析和探索中體驗(yàn)學(xué)習(xí)過程并有效地發(fā)展創(chuàng)新思維。新課改要求我們以全新的視角去審視虛擬學(xué)具的現(xiàn)實(shí)內(nèi)涵，以發(fā)展的眼光全面解讀它的價(jià)值取向。
　　1.虛擬學(xué)具的使用能夠促進(jìn)學(xué)生主體意識的發(fā)展。促進(jìn)學(xué)生自主性，探究性學(xué)習(xí)
　　新課程改革要求努力實(shí)現(xiàn)師生關(guān)系的民主與平等，把課程目標(biāo)的達(dá)成集中于現(xiàn)實(shí)的、有意義的、富有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)活動(dòng)之中，倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、勤于動(dòng)手、樂于探究。虛擬學(xué)具可以創(chuàng)設(shè)高技術(shù)含量的學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生大膽探索實(shí)踐，充分體現(xiàn)了學(xué)生在教學(xué)過程中的主體地位。學(xué)生通過直接操控虛擬學(xué)具可以進(jìn)行主動(dòng)的學(xué)習(xí)探索，從“看”到“做”，把學(xué)習(xí)變成學(xué)生主動(dòng)性、能動(dòng)性和獨(dú)立性不斷發(fā)展和提升的過程。
　　2.虛擬學(xué)具的使用能夠?qū)⒄J(rèn)知信息化靜為動(dòng)，突出學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)、探究等認(rèn)知過程
　　新課程改革倡導(dǎo)關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的認(rèn)知和體驗(yàn)。心理學(xué)家認(rèn)為，學(xué)生智力技能的形成，常常是在外部動(dòng)作技能的基礎(chǔ)上發(fā)生、發(fā)展的，是一個(gè)由外部的物質(zhì)活動(dòng)向內(nèi)部的認(rèn)知心理活動(dòng)轉(zhuǎn)化的過程。虛擬學(xué)具以或顏色、或形狀、或操作的方式，具體呈現(xiàn)豐富的、動(dòng)態(tài)的變化過程。學(xué)生在操作虛擬學(xué)具過程中從靜態(tài)思維切換到動(dòng)態(tài)思維，將認(rèn)知信息融會(huì)貫通，不斷內(nèi)化深入，建構(gòu)復(fù)雜抽象的概念和原理，并在操作學(xué)習(xí)活動(dòng)的過程中嘗試應(yīng)用、積極體驗(yàn)，使學(xué)習(xí)的過程成為發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的過程，從而提高學(xué)習(xí)效益。
　　3.虛擬學(xué)具的使用能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維提供平臺
　　新課程改革關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生面對靜態(tài)呆板的課本和板書，難免枯燥乏味，而虛擬學(xué)具能為教學(xué)創(chuàng)設(shè)一個(gè)生動(dòng)有趣的教學(xué)情境，使教學(xué)具有形象性、多樣性、新穎性、趣味性、直觀性、豐富性等特點(diǎn)，從而改善學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和態(tài)度。新課程改革強(qiáng)調(diào)素質(zhì)教育要以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神為重點(diǎn)。虛擬學(xué)具的使用可以展示學(xué)生創(chuàng)造性思維的過程，從而發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造性的思維品質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。
　　總之，虛擬學(xué)具作為新的高科技課程資源，能夠成為促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的認(rèn)知工具、情感激勵(lì)工具、豐富教學(xué)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)工具，能夠促進(jìn)學(xué)生傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的根本變革，籽極大推動(dòng)教學(xué)模式、教學(xué)技術(shù)手段的優(yōu)化和創(chuàng)新。由此可見，虛擬學(xué)具在教學(xué)實(shí)踐中具有極大的研發(fā)和應(yīng)用價(jià)值。
　　學(xué)習(xí)科學(xué)研究的新拓展：虛擬學(xué)具基于設(shè)計(jì)的研究及其開發(fā)
　　1.基于學(xué)習(xí)科學(xué)的虛擬學(xué)具研究與開發(fā)
　　學(xué)習(xí)科學(xué)無疑是當(dāng)代關(guān)于學(xué)習(xí)研究的前沿地帶。作為一個(gè)多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，學(xué)習(xí)科學(xué)的研究共同體以研究和探索學(xué)習(xí)的本質(zhì)與機(jī)制、創(chuàng)新學(xué)習(xí)的理論與方法、創(chuàng)建高技術(shù)含量的學(xué)習(xí)環(huán)境、探索和提高人類學(xué)習(xí)績效為己任。借助現(xiàn)代教育技術(shù)，在以學(xué)習(xí)者為中心的設(shè)計(jì)理念的催生下，學(xué)習(xí)科學(xué)逐漸演化成了教育改革與發(fā)展的核心動(dòng)力與思想源泉。虛擬學(xué)具的研究和開發(fā)體現(xiàn)著學(xué)習(xí)科學(xué)研究的基本特征。
　　其一，學(xué)習(xí)科學(xué)研究充分重視以智能技術(shù)為研究工具和支撐，重視學(xué)習(xí)技術(shù)的研發(fā)。學(xué)習(xí)科學(xué)實(shí)踐共同體通過對學(xué)習(xí)的理解設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)軟件和開發(fā)課程材料，把設(shè)計(jì)變成產(chǎn)品。虛擬學(xué)具作為學(xué)習(xí)技術(shù)研發(fā)的產(chǎn)物，正是貫穿學(xué)習(xí)科學(xué)用技術(shù)改變?nèi)祟悓W(xué)習(xí)績效的基本原則和重要思想，為學(xué)生的深度學(xué)習(xí)提供支架，實(shí)現(xiàn)將內(nèi)隱知識外化和闡明，為深度理解進(jìn)行反思或元認(rèn)知，建構(gòu)從具體知識到抽象知識的學(xué)習(xí)過程，從而使學(xué)習(xí)科學(xué)創(chuàng)造一個(gè)區(qū)別于傳統(tǒng)的、高技術(shù)含量的學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)想成為可能。
　　其二，學(xué)習(xí)科學(xué)重視科學(xué)研究與教育實(shí)踐的緊密結(jié)合，在探索學(xué)習(xí)基本規(guī)律的同時(shí)，力求把學(xué)習(xí)科學(xué)的研究成果應(yīng)用于學(xué)校系統(tǒng)，推進(jìn)教育創(chuàng)新。學(xué)習(xí)科學(xué)由于關(guān)注真實(shí)世界的學(xué)習(xí)現(xiàn)象而有別于傳統(tǒng)研究，明確提出把研究對象從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)向課堂并超越課堂，體現(xiàn)了學(xué)習(xí)科學(xué)之于教育創(chuàng)新的重要價(jià)值。虛擬學(xué)具作為學(xué)習(xí)科學(xué)的教育實(shí)踐課題，來自于教育真實(shí)世界的需要，能夠解決學(xué)校、課堂及各種學(xué)習(xí)情境中的具體問題，真正實(shí)現(xiàn)以技術(shù)促進(jìn)學(xué)習(xí)和革新教育。在虛擬學(xué)具開發(fā)的平臺上，學(xué)習(xí)科學(xué)致力于學(xué)習(xí)工具的開發(fā)和學(xué)習(xí)理論的構(gòu)建，給學(xué)習(xí)研究和實(shí)踐帶來新突破，在學(xué)習(xí)理論與實(shí)踐之間搭建起了一座橋梁。
　　2.虛擬學(xué)具基于設(shè)計(jì)的研究范式
　　由于學(xué)習(xí)科學(xué)研究者來自不同的領(lǐng)域，有關(guān)基于設(shè)計(jì)研究的涵義解讀也是見仁見智。我國學(xué)者祝智庭將基于設(shè)計(jì)的研究特征概括為實(shí)用性、務(wù)實(shí)性、迭代性、整合性和情境性，虛擬學(xué)具設(shè)計(jì)開發(fā)體現(xiàn)基于設(shè)計(jì)的研究特征。首先，基于設(shè)計(jì)的研究作為一種統(tǒng)合的研究范式給予虛擬學(xué)具研究一種全新視角。虛擬學(xué)具通過對學(xué)習(xí)工具的系統(tǒng)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)的研究，將學(xué)具設(shè)計(jì)、整合的實(shí)踐和理論的應(yīng)用與學(xué)習(xí)過程的研究更緊密地結(jié)合起來。其次，基于設(shè)計(jì)的研究為虛擬學(xué)具的設(shè)計(jì)研究、開發(fā)及應(yīng)用提供一套工作模式。在課堂真實(shí)、自然的研究情境中，虛擬學(xué)具研發(fā)者采用研究者參與設(shè)計(jì)、在課堂情境中實(shí)施、研究情境中的學(xué)習(xí)、提煉學(xué)習(xí)理論、參與重新設(shè)計(jì)、繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)的研究模式，其過程要經(jīng)歷多個(gè)開發(fā)階段。新的學(xué)習(xí)科學(xué)理論的發(fā)展會(huì)給虛擬環(huán)境的開發(fā)指明新的方向，新的計(jì)算機(jī)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)也會(huì)給虛擬學(xué)具的設(shè)計(jì)帶來許多新構(gòu)想。因此，在虛擬學(xué)具開發(fā)中需遵循基于設(shè)計(jì)研究“迭代”的思想，在每一個(gè)階段都應(yīng)用新技術(shù)注入新思想，使虛擬學(xué)具的功能得以不斷完善，并生成相關(guān)學(xué)習(xí)科學(xué)理論，進(jìn)而促進(jìn)理論、技術(shù)與實(shí)踐的和諧發(fā)展。
　　學(xué)習(xí)工具設(shè)計(jì)開發(fā)的新構(gòu)想：虛擬學(xué)具的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及其研發(fā)機(jī)制
　　在學(xué)習(xí)科學(xué)理論指導(dǎo)下的虛擬學(xué)具的設(shè)計(jì)與開發(fā)，從最初的學(xué)習(xí)需求分析到最終的產(chǎn)品使用評價(jià)及迭代設(shè)計(jì)，其間需經(jīng)歷一個(gè)復(fù)雜的過程，只有對這個(gè)過程進(jìn)行科學(xué)合理的統(tǒng)籌規(guī)劃，遵循可持續(xù)的技術(shù)開發(fā)原則，合理利用資源，才能保證其開發(fā)過程順利、高效地進(jìn)行，也才能實(shí)現(xiàn)虛擬學(xué)具在教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)用價(jià)值的最大化。
　　1.虛擬學(xué)具的設(shè)計(jì)研發(fā)應(yīng)建立全新的設(shè)計(jì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
　　虛擬學(xué)具應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐，尚處在探索和嘗試階段，這是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，其教學(xué)效果并不一定能完全通過顯性的指標(biāo)和外在的行為表現(xiàn)出來，可能更多的是一種潛在的、隱性的和長期的效果，應(yīng)建立新的設(shè)計(jì)、評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
　　第一，教育性標(biāo)準(zhǔn)。虛擬學(xué)具作為服務(wù)于教學(xué)的課程資源，必須以實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)、滿足教學(xué)實(shí)際需求為原則。應(yīng)緊緊圍繞課程標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)將學(xué)科基本知識技能及要求做系統(tǒng)的梳理，形成各學(xué)科的知識體系和知識點(diǎn)，據(jù)此進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)具設(shè)計(jì)開發(fā)。虛擬學(xué)具設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿都應(yīng)該是促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，它所追求的主要是學(xué)具的內(nèi)在特征。虛擬學(xué)具應(yīng)當(dāng)是學(xué)生探究學(xué)習(xí)中的“腳手架”，其設(shè)計(jì)應(yīng)確保學(xué)生在這樣的支架上可以順利進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，應(yīng)避免跟隨技術(shù)潮流盲目設(shè)計(jì)開發(fā)而導(dǎo)致實(shí)用價(jià)值的降低。
　　第二，體驗(yàn)性標(biāo)準(zhǔn)。虛擬學(xué)具是要讓學(xué)生在積極的體驗(yàn)中獲得準(zhǔn)確的知識技能，所以，對其評價(jià)不能僅僅用考試分?jǐn)?shù)等傳統(tǒng)的考核標(biāo)準(zhǔn)來衡量，而要將學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中獲得知識的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和感受納入其中，突出以人為本。
　　第三，技術(shù)性標(biāo)準(zhǔn)，虛擬學(xué)具的設(shè)計(jì)開發(fā)技術(shù)是重要保障，用于探究學(xué)習(xí)的優(yōu)質(zhì)虛擬教具資源對情境設(shè)計(jì)和技術(shù)要求很高，虛擬學(xué)具技術(shù)性評價(jià)的重點(diǎn)是開發(fā)技術(shù)的可操作性和易實(shí)現(xiàn)性，場景渲染的真實(shí)性，畫面生成的逼真性，圖形繪制的方便性，集成作品的交互性、參與性，管理和可修改性等等。
　　第四，藝術(shù)性標(biāo)準(zhǔn)。虛擬學(xué)具呈現(xiàn)的是多維感官共同作用的立體信息，這些信息符號并非雜亂無章的堆積，而是藝術(shù)思維的滲透。在遵循人類視覺規(guī)律和審美規(guī)律的基礎(chǔ)上，應(yīng)以藝術(shù)的形式呈現(xiàn)學(xué)具內(nèi)容，在融入教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)體現(xiàn)趣味性。虛擬學(xué)具可與教育游戲適度結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以達(dá)到最佳學(xué)習(xí)效果。
　　2.虛擬學(xué)具的設(shè)計(jì)應(yīng)組建強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，建立資源共享平臺
　　優(yōu)質(zhì)的虛擬學(xué)具應(yīng)該具有教育性、科學(xué)性、技術(shù)性和藝術(shù)性等特征，其研發(fā)涉及學(xué)習(xí)科學(xué)、教育技術(shù)學(xué)、心理學(xué)、傳播學(xué)、設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)、計(jì)算軟件與理論、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)等學(xué)科的研究領(lǐng)域，需要包括教學(xué)設(shè)計(jì)專家、心理專家、軟件開發(fā)技術(shù)人員，一線教師甚至是學(xué)生在內(nèi)的專業(yè)團(tuán)隊(duì)來實(shí)現(xiàn)。來自一線的教師負(fù)責(zé)提出課程內(nèi)容，保證虛擬學(xué)具內(nèi)容的正確性與適用性；教育研究人員運(yùn)用相關(guān)學(xué)習(xí)科學(xué)理論，保證虛擬學(xué)具具有教育性；學(xué)具設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)組織，將課程內(nèi)容與虛擬環(huán)境更好地融合，保證虛擬環(huán)境的科學(xué)性，計(jì)算機(jī)科學(xué)家和設(shè)計(jì)藝術(shù)家主要運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來開發(fā)虛擬環(huán)境，并達(dá)到技術(shù)性和藝術(shù)性的統(tǒng)上。同時(shí)，有關(guān)部門應(yīng)協(xié)調(diào)各研發(fā)團(tuán)體建立虛擬學(xué)具資源共享平臺，推動(dòng)優(yōu)質(zhì)學(xué)具資源在最大范圍內(nèi)的共享利用，避免重復(fù)性勞動(dòng)。
　　目前國內(nèi)優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資源十分匱乏，虛擬學(xué)具的研究設(shè)計(jì)尚處于起步階段，開發(fā)和使用缺乏統(tǒng)一的協(xié)調(diào)。但虛擬學(xué)具在提高學(xué)生學(xué)習(xí)績效、促進(jìn)課程改革方面的潛能越來越被關(guān)注，需要各類專業(yè)人才投入研究，這是學(xué)習(xí)科學(xué)實(shí)踐共同體未來工作的重要內(nèi)