劉蕓++張文輝

10.3969/j.issn.1671-489X.2014.12.003

摘要 采用內(nèi)容分析法對中國知網(wǎng)上檢索到的教育技術(shù)學(xué)專業(yè)期刊中的論文從數(shù)量、作者情況、研究內(nèi)容等方面進行統(tǒng)計分析，考察我國虛擬實驗教學(xué)應(yīng)用的研究進展情況，探討近期虛擬實驗在教學(xué)應(yīng)用中的研究重點和熱點，就此提出存在的問題，并給出相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞 虛擬實驗；仿真實驗；教育技術(shù)學(xué)；內(nèi)容分析法

中圖分類號：G642.423文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-489X(2014)12-0003-04

Research of Virtual Experimental Teaching Application based on Content Analysis//LIU Yun, ZHANG Wenhui

Abstract In this paper, virtual experimental learning research is analyzed with the content analysis method. It investigates the research progress of virtual experimental teaching application in China, and discusses the research focus and hotspot recently. At the last, it puts forward the existing problems and the relevant suggestions.

Key words virtual experiment; simulation experiment; educational technology; content analysis method

1 引言

虛擬實驗這個詞自從出現(xiàn)到如今，人們早已屢見不鮮，由于是伴隨著信息技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型實驗技術(shù)和實驗方法，因此，各個領(lǐng)域都對其進行了研究，教育領(lǐng)域也不例外。

鑒于虛擬實驗已經(jīng)引起各個領(lǐng)域的研究興趣并付諸實施，那么在教育領(lǐng)域的目前研究現(xiàn)狀正呈現(xiàn)什么樣的圖景呢？針對這些問題，本文試圖采用內(nèi)容分析法，通過對中國知網(wǎng)上檢索到的教育技術(shù)學(xué)專業(yè)期刊中的有關(guān)虛擬實驗教學(xué)應(yīng)用的論文進行全面的統(tǒng)計、歸類分析，根據(jù)統(tǒng)計的數(shù)據(jù)及其分布來了解我國虛擬實驗在哪些方面存在不足，盡可能地提出相關(guān)建議，以求對該方面以后的研究和實踐產(chǎn)生借鑒意義。

2 研究方法

內(nèi)容分析法是對于明顯的傳播內(nèi)容做客觀而又系統(tǒng)的量化并加以描述的一種研究方法，它將“用語言表示而非數(shù)量表示的文獻轉(zhuǎn)換為用數(shù)量表示的資料”，并將分析結(jié)果采用統(tǒng)計數(shù)字描述[1]。通過對文獻內(nèi)容“量”分析，找出能反應(yīng)文獻內(nèi)容本質(zhì)且易于計數(shù)的特征，從而克服定性研究的主觀性和不確定性，達到對文獻“質(zhì)”的更深刻、更精確的認識[2]。

本文選取數(shù)據(jù)的統(tǒng)計源是《電化教育研究》《中國電化教育》《開放教育研究》《現(xiàn)代教育技術(shù)》《遠程教育雜志》《中國教育信息化》《中國遠程教育》《現(xiàn)代遠距離教育》《中國教育技術(shù)裝備》《現(xiàn)代遠程教育研究》《中國現(xiàn)代教育裝備》這11份教育技術(shù)學(xué)專業(yè)期刊，以中國知網(wǎng)（www.cnki.com）為平臺進行高級檢索，從2001年開始到2013年截止，以虛擬實驗或者仿真實驗和教學(xué)或教育為搜索關(guān)鍵詞，剔除不相關(guān)文獻，最終確定242篇為本文分析的有效樣本，以所抽樣本的數(shù)量年度分析、文獻作者情況分析、研究內(nèi)容分析三個方面為研究緯度。數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析和圖表生成均采用Excel2007軟件。

3 研究結(jié)果與分析

文章數(shù)量分布因為并沒有檢索到2001年以前教育技術(shù)核心期刊上的相關(guān)文章，所以文章數(shù)量統(tǒng)計圖表是從2001年開始進行統(tǒng)計。從搜索結(jié)果來看，我國對虛擬實驗在教學(xué)中應(yīng)用的研究，2001—2013年在上述所列期刊中共搜到242篇，其數(shù)據(jù)顯示為圖1。從圖1中可以看出，我國整體上在虛擬實驗方面進行的研究，發(fā)展迅速，其趨勢呈現(xiàn)上升狀態(tài)。

作者情況對242篇文章的作者所在地區(qū)和單位進行統(tǒng)計，通過分析可以得出下面的結(jié)論。

1）第一作者所屬地區(qū)分布情況。根據(jù)圖2所示《第一作者所屬地區(qū)分布圖》可以看出，我國對虛擬實驗發(fā)展的研究不平衡。廣東、浙江、江蘇、北京等國內(nèi)改革開放較早、經(jīng)濟較發(fā)達地區(qū)研究相對比較多，而像黑龍江、山西、內(nèi)蒙、貴州等經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)相關(guān)研究就較少。

2）第一作者所屬機構(gòu)分布情況。根據(jù)圖3所示《第一作者所屬機構(gòu)所占比例圖》可以看出，虛擬實驗研究人員基本上來自高等學(xué)院、大中專院校，占總數(shù)的90%，職業(yè)技術(shù)學(xué)校、中學(xué)的研究者很少。

研究內(nèi)容從所搜到的文章來看，在教學(xué)中運用虛擬實驗所進行的研究，其范圍較廣，考慮到有些文章的標(biāo)題并沒有完全準(zhǔn)確地概括文章內(nèi)容，或者文章的摘要沒有完全描述出所在文章所研究的內(nèi)容，所以在對文章研究的關(guān)注點進行歸類的時候，先看文章標(biāo)題，再看文章摘要，最后看完全文后，選取有用的文章進行分類。所選用的文章進行分類后的結(jié)果如圖4所示。表1是對所選用文章的研究內(nèi)容進行細致分類后的結(jié)果。

關(guān)于虛擬實驗教學(xué)理論方面的研究文章，占總數(shù)量的28.9%，包括理論概述和方法介紹兩個方面。理論概述主要是虛擬實驗應(yīng)用于教學(xué)中的特點、功能、優(yōu)點，對教學(xué)的影響，創(chuàng)建過程、創(chuàng)建時所涉及的方面，與真實實驗的比較等。方法介紹主要涉及結(jié)合實例介紹虛擬現(xiàn)實技術(shù)在實踐教學(xué)中的使用、虛擬儀器的演示、虛擬實驗室的建設(shè)實施步驟和設(shè)計思路方法、虛擬實驗的教學(xué)環(huán)境和實驗環(huán)境的設(shè)計方案等方面。

所選取文章中占總數(shù)量33.1%的是有關(guān)于虛擬實驗的設(shè)計和開發(fā)方面的研究。在該方面，又包括了虛擬實驗的實驗室、系統(tǒng)、模式、界面設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)課程、虛擬學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計（包括實驗平臺、學(xué)習(xí)平臺、學(xué)習(xí)環(huán)境等）、教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計（包括教學(xué)環(huán)境、教學(xué)平臺、教學(xué)管理系統(tǒng)等）、虛擬儀器的設(shè)計開發(fā)。可見，關(guān)于虛擬實驗的設(shè)計、開發(fā)目前是研究熱點，學(xué)科性質(zhì)對虛擬實驗的研究很重要[3]。

研究內(nèi)容中的應(yīng)用研究指的是在教學(xué)方面，應(yīng)用已經(jīng)設(shè)計實現(xiàn)的虛擬實驗系統(tǒng)、虛擬儀器、虛擬組件等，對其應(yīng)用的過程、結(jié)果及效果方面的研究。該方面大部分是關(guān)于如何學(xué)習(xí)使用計算機、電子電路和不同學(xué)科中重點訓(xùn)練某些學(xué)習(xí)部分等內(nèi)容，關(guān)于實驗用于教學(xué)的各個方面如何進行設(shè)計的相關(guān)文章很少。由此可見，在教學(xué)中還沒有大量應(yīng)用已經(jīng)開發(fā)出的虛擬實驗，尤其是對于應(yīng)用的整個過程的分析研究更是少之又少。

關(guān)于工具介紹方面的文章，主要有Flash、Virtools、Matlab、Proteus、3D、VRML-Java、Multisim、OMNeT++、LabVIEW等，統(tǒng)計的文章中主要涉及每種工具的基本特點、工作原理、使用條件、使用方法。工具并沒有好與壞之分，只有合適與不合適之說，只要選合適的工具，就可以減少系統(tǒng)開發(fā)的時間、成本，降低難度，為使用者提供好的虛擬實驗學(xué)習(xí)環(huán)境和平臺[4]。

在整體概述和前瞻虛擬現(xiàn)實在教學(xué)中應(yīng)用的現(xiàn)狀以及未來發(fā)展的狀況進行研究的文章中，有2篇分析的內(nèi)容是有關(guān)于建設(shè)虛擬實驗室和虛擬實驗系統(tǒng)的，3篇是對虛擬實驗的實例進行驗證，分析效果及應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r的，2篇是涉及虛擬實驗平臺建設(shè)的。由此可見，目前，對虛擬實驗應(yīng)用于教學(xué)中的現(xiàn)狀進行總結(jié)概括的較少，對其未來的發(fā)展方式和發(fā)展方向等方面進行思索與探究的研究很少。

endprint

如何利用虛擬實驗進行教學(xué)的教學(xué)模式研究的文章中，提出采用虛實整合的教學(xué)模式、探索式教學(xué)模式以及對個別學(xué)科的個別科目進行教學(xué)模式的設(shè)計。這些設(shè)計真正運用于教學(xué)中效果如何，目前并沒有任何相關(guān)文章論述。至今看來，虛擬實驗對于人們早已經(jīng)不再新鮮，但經(jīng)過文章的檢索與分析，虛擬實驗的各種開發(fā)與應(yīng)用都是各家之言，對將虛擬實驗應(yīng)用到教學(xué)中模式的設(shè)計的研究并沒有上升到理論指導(dǎo)的地步。

4 目前虛擬實驗教學(xué)研究存在的問題及建議

鑒于上述統(tǒng)計分析，我國關(guān)于虛擬實驗教學(xué)應(yīng)用的研究存在的問題有：1）關(guān)于虛擬實驗理論層面和各方面設(shè)計開發(fā)研究的文章比較多，虛擬實驗教學(xué)應(yīng)用模式和實際應(yīng)用效果的研究較少，沒有關(guān)于虛擬實驗教學(xué)評價和管理方面的研究，缺乏對虛擬實驗全面性、綜合性的研究；2）用某種具體的技術(shù)對同種虛擬實驗系統(tǒng)重復(fù)開發(fā)，開發(fā)資源成本浪費；3）進行虛擬實驗研究的人員大部分來自高等、大中專院校，職業(yè)技術(shù)學(xué)院、中學(xué)的教師參與很少；4）對于虛擬實驗的研究，改革開放較早、經(jīng)濟較發(fā)達地區(qū)關(guān)注很多，而經(jīng)濟相對落后地區(qū)則較少。

虛擬實驗在教學(xué)中的作用主要表現(xiàn)在兩個方面：一是真實實驗環(huán)境的部分替代；二是真實實驗的有力支持（如為真正的實驗做準(zhǔn)備）[5]。因此，要加強對利用虛擬實驗進行教學(xué)的各方面的研究與實踐，以達到改善教學(xué)效果的目的。通過以上分析，虛擬實驗教學(xué)應(yīng)用的研究應(yīng)注重以下幾個方面。

1）加強系統(tǒng)性研究，鼓勵更多主體參與。文獻[6]指出，教學(xué)要素系統(tǒng)包括教學(xué)目標(biāo)系統(tǒng)、教學(xué)對象系統(tǒng)、教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)、教學(xué)方法系統(tǒng)、教學(xué)環(huán)境系統(tǒng)、教學(xué)評價系統(tǒng)等。

在教學(xué)目標(biāo)系統(tǒng)和教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)兩方面，根據(jù)文章的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和問題三發(fā)現(xiàn)，目前虛擬實驗研究人員缺少職業(yè)技術(shù)學(xué)院、中學(xué)教師的參與，而來自高校的研究人員沒有進行教學(xué)的實踐或者是缺乏詳細指導(dǎo)學(xué)生實驗的經(jīng)歷，僅僅是按照手邊的資料進行設(shè)計開發(fā)，實踐過程中并不能滿足使用者的需求。因此，文獻[7]提出可由一線教師從基礎(chǔ)課實驗、專業(yè)基礎(chǔ)課實驗到專業(yè)課實驗一條龍，編寫少而精、實際技能培養(yǎng)、便于設(shè)置成虛擬實驗的文字教材。

在教學(xué)對象系統(tǒng)方面，教學(xué)對象包括教師和學(xué)生，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)也發(fā)現(xiàn)，虛擬實驗的應(yīng)用方面的研究較少。設(shè)計開發(fā)虛擬實驗時就要考慮到教師和學(xué)生的全體參與性，同時能進行創(chuàng)造性的設(shè)計實驗。在整個實驗的過程中，虛擬儀器的選擇、實驗內(nèi)容的設(shè)計與實施等，教師與學(xué)生會根據(jù)自身角色、興趣點、任務(wù)等方面的不同而對虛擬實驗的要求有不同。因此，文獻[8]提出虛擬實驗的過程需要縱向開放。

教學(xué)方法系統(tǒng)方面，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，關(guān)于虛擬實驗教學(xué)模式的研究很少。而且大部分應(yīng)用了虛擬實驗的教學(xué)模式，還是課上教師演示一點兒虛擬實驗的內(nèi)容，學(xué)生不能當(dāng)場進行實驗操作，然后以作業(yè)的形式布置虛擬實驗的進行，很少單獨開設(shè)實驗課程。因此，文獻[9]提出，創(chuàng)造條件，拓寬教學(xué)的時間和空間，提供給學(xué)生自主學(xué)習(xí)的平臺和師生交互的平臺，進行現(xiàn)代化教學(xué)信息管理，以滿足個性化教育和全面提高學(xué)生科學(xué)實驗素質(zhì)的需要。

教學(xué)環(huán)境系統(tǒng)方面，教學(xué)環(huán)境的好壞會影響教學(xué)活動的全部過程，在教學(xué)過程中應(yīng)用虛擬實驗，就是希望應(yīng)用虛擬實驗后的教學(xué)環(huán)境能夠為教學(xué)活動的全體提供更有效的教與學(xué)的氛圍，就需要研究虛擬實驗設(shè)計開發(fā)時應(yīng)遵循的規(guī)范等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以盡量確保虛擬實驗創(chuàng)造出的實驗環(huán)境能滿足不同程度的學(xué)習(xí)者的使用。

教學(xué)評價系統(tǒng)方面，統(tǒng)計的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)并沒有關(guān)于虛擬實驗教學(xué)的評價和管理方面的文章。虛擬實驗缺乏有效的教學(xué)管理、過程指導(dǎo)和效果評價，會導(dǎo)致虛擬實驗的優(yōu)越性在實踐教學(xué)中難以發(fā)揮[10]。因此，要廣泛地將已有的虛擬實驗室、系統(tǒng)應(yīng)用到教學(xué)中，在使用虛擬實驗之后，要及時分析學(xué)生使用虛擬實驗的過程有指導(dǎo)和無指導(dǎo)的情況，觀察不同狀況下產(chǎn)生的效果，在總結(jié)反饋回來的需求和建議后，吸取有利部分更加合理地推動虛擬實驗的建設(shè)發(fā)展。文獻[10]也指出應(yīng)開發(fā)虛擬實驗指導(dǎo)與管理系統(tǒng)，包括實驗知識輔助學(xué)習(xí)、實驗智能指導(dǎo)、實驗結(jié)果自動評估、實驗答疑、實驗教學(xué)效果評估等功能。

2）減少資源浪費，實現(xiàn)重復(fù)使用。在所選取的文章中，進行統(tǒng)計分析時，發(fā)現(xiàn)對于同一門課程，甚至是虛擬實驗系統(tǒng)，不同的作者在用不同的軟件或者技術(shù)來進行設(shè)計開發(fā).這說明研究者們在調(diào)研設(shè)計的過程中只是考慮了開發(fā)的實現(xiàn)情況，并沒有就設(shè)計開發(fā)出來的虛擬實驗進行推廣使用做調(diào)研，或者推廣后并沒有針對推廣過程中出現(xiàn)的問題提出解決方案或進行改進，以期望減少用其他軟件工具再次開發(fā)該同類內(nèi)容，減少開發(fā)過程的資源浪費。因此，文獻[11]指出要實現(xiàn)資源的高度共享，提高共性和復(fù)用性。同時，文獻[9]提出開發(fā)虛擬實驗的整個過程要著眼于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和各層次模塊設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化，實現(xiàn)兼容和通用。

3）加強虛擬實驗向經(jīng)濟相對落后的地區(qū)推進。從對發(fā)文第一作者所在地區(qū)分布情況的統(tǒng)計結(jié)果來看，經(jīng)濟相對落后的地區(qū)對虛擬實驗的研究較少。經(jīng)濟相對落后，而且傳統(tǒng)的實驗教學(xué)需要實驗設(shè)備以及設(shè)備的更新，這些都阻礙了實驗教學(xué)的順利進行。因虛擬實驗有著開放性、可重復(fù)使用、經(jīng)濟性等特點，可以彌補傳統(tǒng)實驗中出現(xiàn)的許多問題。同時，利用網(wǎng)絡(luò)功能，虛擬實驗在實現(xiàn)遠距離操作和發(fā)展遠程教學(xué)兩方面又突破了實驗教學(xué)在時間和空間上的限制[9]。因此，要加強現(xiàn)有的虛擬實驗在經(jīng)濟相對落后地區(qū)的應(yīng)用，可以考慮發(fā)達地區(qū)與相對落后地區(qū)聯(lián)合協(xié)作進行虛擬實驗研究的方式。在進行研究的過程中，要充分考慮到落后地區(qū)實驗教學(xué)的需求，現(xiàn)有的虛擬實驗?zāi)苡脛t用，不能用則進行修改或者重新設(shè)計后再用。這樣不僅有利于改善經(jīng)濟較不發(fā)達地區(qū)的實驗教學(xué)，而且容易產(chǎn)生規(guī)模效益，同時便于將來制定開發(fā)虛擬實驗的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，有利于虛擬實驗的系統(tǒng)性研究。

5 結(jié)語

虛擬實驗隨著各種技術(shù)的發(fā)展，在教育、科研等方面會有更廣闊的發(fā)展前景，是當(dāng)前教育的重要組成部分，是教育教學(xué)中不可替換的資源。在教學(xué)過程中，使用虛擬實驗，有利于發(fā)揮技術(shù)對改善教學(xué)效果的作用，同時也能夠更好地完成教學(xué)任務(wù)，培養(yǎng)出既具有豐富的知識又具有很強動手能力的創(chuàng)新型人才。

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endprint

如何利用虛擬實驗進行教學(xué)的教學(xué)模式研究的文章中，提出采用虛實整合的教學(xué)模式、探索式教學(xué)模式以及對個別學(xué)科的個別科目進行教學(xué)模式的設(shè)計。這些設(shè)計真正運用于教學(xué)中效果如何，目前并沒有任何相關(guān)文章論述。至今看來，虛擬實驗對于人們早已經(jīng)不再新鮮，但經(jīng)過文章的檢索與分析，虛擬實驗的各種開發(fā)與應(yīng)用都是各家之言，對將虛擬實驗應(yīng)用到教學(xué)中模式的設(shè)計的研究并沒有上升到理論指導(dǎo)的地步。

4 目前虛擬實驗教學(xué)研究存在的問題及建議

鑒于上述統(tǒng)計分析，我國關(guān)于虛擬實驗教學(xué)應(yīng)用的研究存在的問題有：1）關(guān)于虛擬實驗理論層面和各方面設(shè)計開發(fā)研究的文章比較多，虛擬實驗教學(xué)應(yīng)用模式和實際應(yīng)用效果的研究較少，沒有關(guān)于虛擬實驗教學(xué)評價和管理方面的研究，缺乏對虛擬實驗全面性、綜合性的研究；2）用某種具體的技術(shù)對同種虛擬實驗系統(tǒng)重復(fù)開發(fā)，開發(fā)資源成本浪費；3）進行虛擬實驗研究的人員大部分來自高等、大中專院校，職業(yè)技術(shù)學(xué)院、中學(xué)的教師參與很少；4）對于虛擬實驗的研究，改革開放較早、經(jīng)濟較發(fā)達地區(qū)關(guān)注很多，而經(jīng)濟相對落后地區(qū)則較少。

虛擬實驗在教學(xué)中的作用主要表現(xiàn)在兩個方面：一是真實實驗環(huán)境的部分替代；二是真實實驗的有力支持（如為真正的實驗做準(zhǔn)備）[5]。因此，要加強對利用虛擬實驗進行教學(xué)的各方面的研究與實踐，以達到改善教學(xué)效果的目的。通過以上分析，虛擬實驗教學(xué)應(yīng)用的研究應(yīng)注重以下幾個方面。

1）加強系統(tǒng)性研究，鼓勵更多主體參與。文獻[6]指出，教學(xué)要素系統(tǒng)包括教學(xué)目標(biāo)系統(tǒng)、教學(xué)對象系統(tǒng)、教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)、教學(xué)方法系統(tǒng)、教學(xué)環(huán)境系統(tǒng)、教學(xué)評價系統(tǒng)等。

在教學(xué)目標(biāo)系統(tǒng)和教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)兩方面，根據(jù)文章的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和問題三發(fā)現(xiàn)，目前虛擬實驗研究人員缺少職業(yè)技術(shù)學(xué)院、中學(xué)教師的參與，而來自高校的研究人員沒有進行教學(xué)的實踐或者是缺乏詳細指導(dǎo)學(xué)生實驗的經(jīng)歷，僅僅是按照手邊的資料進行設(shè)計開發(fā)，實踐過程中并不能滿足使用者的需求。因此，文獻[7]提出可由一線教師從基礎(chǔ)課實驗、專業(yè)基礎(chǔ)課實驗到專業(yè)課實驗一條龍，編寫少而精、實際技能培養(yǎng)、便于設(shè)置成虛擬實驗的文字教材。

在教學(xué)對象系統(tǒng)方面，教學(xué)對象包括教師和學(xué)生，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)也發(fā)現(xiàn)，虛擬實驗的應(yīng)用方面的研究較少。設(shè)計開發(fā)虛擬實驗時就要考慮到教師和學(xué)生的全體參與性，同時能進行創(chuàng)造性的設(shè)計實驗。在整個實驗的過程中，虛擬儀器的選擇、實驗內(nèi)容的設(shè)計與實施等，教師與學(xué)生會根據(jù)自身角色、興趣點、任務(wù)等方面的不同而對虛擬實驗的要求有不同。因此，文獻[8]提出虛擬實驗的過程需要縱向開放。

教學(xué)方法系統(tǒng)方面，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，關(guān)于虛擬實驗教學(xué)模式的研究很少。而且大部分應(yīng)用了虛擬實驗的教學(xué)模式，還是課上教師演示一點兒虛擬實驗的內(nèi)容，學(xué)生不能當(dāng)場進行實驗操作，然后以作業(yè)的形式布置虛擬實驗的進行，很少單獨開設(shè)實驗課程。因此，文獻[9]提出，創(chuàng)造條件，拓寬教學(xué)的時間和空間，提供給學(xué)生自主學(xué)習(xí)的平臺和師生交互的平臺，進行現(xiàn)代化教學(xué)信息管理，以滿足個性化教育和全面提高學(xué)生科學(xué)實驗素質(zhì)的需要。

教學(xué)環(huán)境系統(tǒng)方面，教學(xué)環(huán)境的好壞會影響教學(xué)活動的全部過程，在教學(xué)過程中應(yīng)用虛擬實驗，就是希望應(yīng)用虛擬實驗后的教學(xué)環(huán)境能夠為教學(xué)活動的全體提供更有效的教與學(xué)的氛圍，就需要研究虛擬實驗設(shè)計開發(fā)時應(yīng)遵循的規(guī)范等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以盡量確保虛擬實驗創(chuàng)造出的實驗環(huán)境能滿足不同程度的學(xué)習(xí)者的使用。

教學(xué)評價系統(tǒng)方面，統(tǒng)計的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)并沒有關(guān)于虛擬實驗教學(xué)的評價和管理方面的文章。虛擬實驗缺乏有效的教學(xué)管理、過程指導(dǎo)和效果評價，會導(dǎo)致虛擬實驗的優(yōu)越性在實踐教學(xué)中難以發(fā)揮[10]。因此，要廣泛地將已有的虛擬實驗室、系統(tǒng)應(yīng)用到教學(xué)中，在使用虛擬實驗之后，要及時分析學(xué)生使用虛擬實驗的過程有指導(dǎo)和無指導(dǎo)的情況，觀察不同狀況下產(chǎn)生的效果，在總結(jié)反饋回來的需求和建議后，吸取有利部分更加合理地推動虛擬實驗的建設(shè)發(fā)展。文獻[10]也指出應(yīng)開發(fā)虛擬實驗指導(dǎo)與管理系統(tǒng)，包括實驗知識輔助學(xué)習(xí)、實驗智能指導(dǎo)、實驗結(jié)果自動評估、實驗答疑、實驗教學(xué)效果評估等功能。

2）減少資源浪費，實現(xiàn)重復(fù)使用。在所選取的文章中，進行統(tǒng)計分析時，發(fā)現(xiàn)對于同一門課程，甚至是虛擬實驗系統(tǒng)，不同的作者在用不同的軟件或者技術(shù)來進行設(shè)計開發(fā).這說明研究者們在調(diào)研設(shè)計的過程中只是考慮了開發(fā)的實現(xiàn)情況，并沒有就設(shè)計開發(fā)出來的虛擬實驗進行推廣使用做調(diào)研，或者推廣后并沒有針對推廣過程中出現(xiàn)的問題提出解決方案或進行改進，以期望減少用其他軟件工具再次開發(fā)該同類內(nèi)容，減少開發(fā)過程的資源浪費。因此，文獻[11]指出要實現(xiàn)資源的高度共享，提高共性和復(fù)用性。同時，文獻[9]提出開發(fā)虛擬實驗的整個過程要著眼于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和各層次模塊設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化，實現(xiàn)兼容和通用。

3）加強虛擬實驗向經(jīng)濟相對落后的地區(qū)推進。從對發(fā)文第一作者所在地區(qū)分布情況的統(tǒng)計結(jié)果來看，經(jīng)濟相對落后的地區(qū)對虛擬實驗的研究較少。經(jīng)濟相對落后，而且傳統(tǒng)的實驗教學(xué)需要實驗設(shè)備以及設(shè)備的更新，這些都阻礙了實驗教學(xué)的順利進行。因虛擬實驗有著開放性、可重復(fù)使用、經(jīng)濟性等特點，可以彌補傳統(tǒng)實驗中出現(xiàn)的許多問題。同時，利用網(wǎng)絡(luò)功能，虛擬實驗在實現(xiàn)遠距離操作和發(fā)展遠程教學(xué)兩方面又突破了實驗教學(xué)在時間和空間上的限制[9]。因此，要加強現(xiàn)有的虛擬實驗在經(jīng)濟相對落后地區(qū)的應(yīng)用，可以考慮發(fā)達地區(qū)與相對落后地區(qū)聯(lián)合協(xié)作進行虛擬實驗研究的方式。在進行研究的過程中，要充分考慮到落后地區(qū)實驗教學(xué)的需求，現(xiàn)有的虛擬實驗?zāi)苡脛t用，不能用則進行修改或者重新設(shè)計后再用。這樣不僅有利于改善經(jīng)濟較不發(fā)達地區(qū)的實驗教學(xué)，而且容易產(chǎn)生規(guī)模效益，同時便于將來制定開發(fā)虛擬實驗的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，有利于虛擬實驗的系統(tǒng)性研究。

5 結(jié)語

虛擬實驗隨著各種技術(shù)的發(fā)展，在教育、科研等方面會有更廣闊的發(fā)展前景，是當(dāng)前教育的重要組成部分，是教育教學(xué)中不可替換的資源。在教學(xué)過程中，使用虛擬實驗，有利于發(fā)揮技術(shù)對改善教學(xué)效果的作用，同時也能夠更好地完成教學(xué)任務(wù)，培養(yǎng)出既具有豐富的知識又具有很強動手能力的創(chuàng)新型人才。

參考文獻

[1]李克東.教育技術(shù)學(xué)研究方法[M].北京:北京師范大學(xué)出版社,2004.

[2]馬文峰.試析內(nèi)容分析法在社科情報學(xué)中的應(yīng)用[J].社科情報學(xué),2000(4):346-349.

[3]朱敏,張際平.虛擬實驗室及其教學(xué)應(yīng)用[J].實驗室研究與探索,2006(5):626-628.

[4]郭桂蘋,南岳松.虛擬實驗教學(xué)研究現(xiàn)狀及問題分析[J].實驗室科學(xué),2010(5):175-178.

[5]石中軍.虛擬實驗教學(xué)應(yīng)用研究[D].大連:遼寧師范大學(xué),2008.

[6]董志峰.教學(xué)基本要素及其運行方式構(gòu)建[J].教育理論與實踐,2005(13):52-55.

[7]連紅,戴遠亞.開放教育中實驗教學(xué)媒體的運用[J].現(xiàn)代遠程教育研究,2004(4):60-62.

[8]宋正國,刁秀麗.虛擬實驗教學(xué)環(huán)境研究現(xiàn)狀及趨勢探悉[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2009(12):115-118.

[9]朱敏.虛擬實驗與教學(xué)應(yīng)用研究[D].上海:華東師范大學(xué),2006.

[10]文福安.虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].中國教育信息化,2008(21):37-39.

[11]單菊芬.淺析虛擬實驗與教學(xué)應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,

2012(35):178-179.

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如何利用虛擬實驗進行教學(xué)的教學(xué)模式研究的文章中，提出采用虛實整合的教學(xué)模式、探索式教學(xué)模式以及對個別學(xué)科的個別科目進行教學(xué)模式的設(shè)計。這些設(shè)計真正運用于教學(xué)中效果如何，目前并沒有任何相關(guān)文章論述。至今看來，虛擬實驗對于人們早已經(jīng)不再新鮮，但經(jīng)過文章的檢索與分析，虛擬實驗的各種開發(fā)與應(yīng)用都是各家之言，對將虛擬實驗應(yīng)用到教學(xué)中模式的設(shè)計的研究并沒有上升到理論指導(dǎo)的地步。

4 目前虛擬實驗教學(xué)研究存在的問題及建議

鑒于上述統(tǒng)計分析，我國關(guān)于虛擬實驗教學(xué)應(yīng)用的研究存在的問題有：1）關(guān)于虛擬實驗理論層面和各方面設(shè)計開發(fā)研究的文章比較多，虛擬實驗教學(xué)應(yīng)用模式和實際應(yīng)用效果的研究較少，沒有關(guān)于虛擬實驗教學(xué)評價和管理方面的研究，缺乏對虛擬實驗全面性、綜合性的研究；2）用某種具體的技術(shù)對同種虛擬實驗系統(tǒng)重復(fù)開發(fā)，開發(fā)資源成本浪費；3）進行虛擬實驗研究的人員大部分來自高等、大中專院校，職業(yè)技術(shù)學(xué)院、中學(xué)的教師參與很少；4）對于虛擬實驗的研究，改革開放較早、經(jīng)濟較發(fā)達地區(qū)關(guān)注很多，而經(jīng)濟相對落后地區(qū)則較少。

虛擬實驗在教學(xué)中的作用主要表現(xiàn)在兩個方面：一是真實實驗環(huán)境的部分替代；二是真實實驗的有力支持（如為真正的實驗做準(zhǔn)備）[5]。因此，要加強對利用虛擬實驗進行教學(xué)的各方面的研究與實踐，以達到改善教學(xué)效果的目的。通過以上分析，虛擬實驗教學(xué)應(yīng)用的研究應(yīng)注重以下幾個方面。

1）加強系統(tǒng)性研究，鼓勵更多主體參與。文獻[6]指出，教學(xué)要素系統(tǒng)包括教學(xué)目標(biāo)系統(tǒng)、教學(xué)對象系統(tǒng)、教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)、教學(xué)方法系統(tǒng)、教學(xué)環(huán)境系統(tǒng)、教學(xué)評價系統(tǒng)等。

在教學(xué)目標(biāo)系統(tǒng)和教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)兩方面，根據(jù)文章的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和問題三發(fā)現(xiàn)，目前虛擬實驗研究人員缺少職業(yè)技術(shù)學(xué)院、中學(xué)教師的參與，而來自高校的研究人員沒有進行教學(xué)的實踐或者是缺乏詳細指導(dǎo)學(xué)生實驗的經(jīng)歷，僅僅是按照手邊的資料進行設(shè)計開發(fā)，實踐過程中并不能滿足使用者的需求。因此，文獻[7]提出可由一線教師從基礎(chǔ)課實驗、專業(yè)基礎(chǔ)課實驗到專業(yè)課實驗一條龍，編寫少而精、實際技能培養(yǎng)、便于設(shè)置成虛擬實驗的文字教材。

在教學(xué)對象系統(tǒng)方面，教學(xué)對象包括教師和學(xué)生，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)也發(fā)現(xiàn)，虛擬實驗的應(yīng)用方面的研究較少。設(shè)計開發(fā)虛擬實驗時就要考慮到教師和學(xué)生的全體參與性，同時能進行創(chuàng)造性的設(shè)計實驗。在整個實驗的過程中，虛擬儀器的選擇、實驗內(nèi)容的設(shè)計與實施等，教師與學(xué)生會根據(jù)自身角色、興趣點、任務(wù)等方面的不同而對虛擬實驗的要求有不同。因此，文獻[8]提出虛擬實驗的過程需要縱向開放。

教學(xué)方法系統(tǒng)方面，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，關(guān)于虛擬實驗教學(xué)模式的研究很少。而且大部分應(yīng)用了虛擬實驗的教學(xué)模式，還是課上教師演示一點兒虛擬實驗的內(nèi)容，學(xué)生不能當(dāng)場進行實驗操作，然后以作業(yè)的形式布置虛擬實驗的進行，很少單獨開設(shè)實驗課程。因此，文獻[9]提出，創(chuàng)造條件，拓寬教學(xué)的時間和空間，提供給學(xué)生自主學(xué)習(xí)的平臺和師生交互的平臺，進行現(xiàn)代化教學(xué)信息管理，以滿足個性化教育和全面提高學(xué)生科學(xué)實驗素質(zhì)的需要。

教學(xué)環(huán)境系統(tǒng)方面，教學(xué)環(huán)境的好壞會影響教學(xué)活動的全部過程，在教學(xué)過程中應(yīng)用虛擬實驗，就是希望應(yīng)用虛擬實驗后的教學(xué)環(huán)境能夠為教學(xué)活動的全體提供更有效的教與學(xué)的氛圍，就需要研究虛擬實驗設(shè)計開發(fā)時應(yīng)遵循的規(guī)范等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以盡量確保虛擬實驗創(chuàng)造出的實驗環(huán)境能滿足不同程度的學(xué)習(xí)者的使用。

教學(xué)評價系統(tǒng)方面，統(tǒng)計的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)并沒有關(guān)于虛擬實驗教學(xué)的評價和管理方面的文章。虛擬實驗缺乏有效的教學(xué)管理、過程指導(dǎo)和效果評價，會導(dǎo)致虛擬實驗的優(yōu)越性在實踐教學(xué)中難以發(fā)揮[10]。因此，要廣泛地將已有的虛擬實驗室、系統(tǒng)應(yīng)用到教學(xué)中，在使用虛擬實驗之后，要及時分析學(xué)生使用虛擬實驗的過程有指導(dǎo)和無指導(dǎo)的情況，觀察不同狀況下產(chǎn)生的效果，在總結(jié)反饋回來的需求和建議后，吸取有利部分更加合理地推動虛擬實驗的建設(shè)發(fā)展。文獻[10]也指出應(yīng)開發(fā)虛擬實驗指導(dǎo)與管理系統(tǒng)，包括實驗知識輔助學(xué)習(xí)、實驗智能指導(dǎo)、實驗結(jié)果自動評估、實驗答疑、實驗教學(xué)效果評估等功能。

2）減少資源浪費，實現(xiàn)重復(fù)使用。在所選取的文章中，進行統(tǒng)計分析時，發(fā)現(xiàn)對于同一門課程，甚至是虛擬實驗系統(tǒng)，不同的作者在用不同的軟件或者技術(shù)來進行設(shè)計開發(fā).這說明研究者們在調(diào)研設(shè)計的過程中只是考慮了開發(fā)的實現(xiàn)情況，并沒有就設(shè)計開發(fā)出來的虛擬實驗進行推廣使用做調(diào)研，或者推廣后并沒有針對推廣過程中出現(xiàn)的問題提出解決方案或進行改進，以期望減少用其他軟件工具再次開發(fā)該同類內(nèi)容，減少開發(fā)過程的資源浪費。因此，文獻[11]指出要實現(xiàn)資源的高度共享，提高共性和復(fù)用性。同時，文獻[9]提出開發(fā)虛擬實驗的整個過程要著眼于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和各層次模塊設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化，實現(xiàn)兼容和通用。

3）加強虛擬實驗向經(jīng)濟相對落后的地區(qū)推進。從對發(fā)文第一作者所在地區(qū)分布情況的統(tǒng)計結(jié)果來看，經(jīng)濟相對落后的地區(qū)對虛擬實驗的研究較少。經(jīng)濟相對落后，而且傳統(tǒng)的實驗教學(xué)需要實驗設(shè)備以及設(shè)備的更新，這些都阻礙了實驗教學(xué)的順利進行。因虛擬實驗有著開放性、可重復(fù)使用、經(jīng)濟性等特點，可以彌補傳統(tǒng)實驗中出現(xiàn)的許多問題。同時，利用網(wǎng)絡(luò)功能，虛擬實驗在實現(xiàn)遠距離操作和發(fā)展遠程教學(xué)兩方面又突破了實驗教學(xué)在時間和空間上的限制[9]。因此，要加強現(xiàn)有的虛擬實驗在經(jīng)濟相對落后地區(qū)的應(yīng)用，可以考慮發(fā)達地區(qū)與相對落后地區(qū)聯(lián)合協(xié)作進行虛擬實驗研究的方式。在進行研究的過程中，要充分考慮到落后地區(qū)實驗教學(xué)的需求，現(xiàn)有的虛擬實驗?zāi)苡脛t用，不能用則進行修改或者重新設(shè)計后再用。這樣不僅有利于改善經(jīng)濟較不發(fā)達地區(qū)的實驗教學(xué)，而且容易產(chǎn)生規(guī)模效益，同時便于將來制定開發(fā)虛擬實驗的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，有利于虛擬實驗的系統(tǒng)性研究。

5 結(jié)語

虛擬實驗隨著各種技術(shù)的發(fā)展，在教育、科研等方面會有更廣闊的發(fā)展前景，是當(dāng)前教育的重要組成部分，是教育教學(xué)中不可替換的資源。在教學(xué)過程中，使用虛擬實驗，有利于發(fā)揮技術(shù)對改善教學(xué)效果的作用，同時也能夠更好地完成教學(xué)任務(wù)，培養(yǎng)出既具有豐富的知識又具有很強動手能力的創(chuàng)新型人才。

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