楚文波（遼寧建筑職業(yè)學院,遼寧 遼陽 111000）

淺談翻轉(zhuǎn)教育的虛擬實驗室設(shè)計與實現(xiàn)

楚文波
（遼寧建筑職業(yè)學院,遼寧 遼陽 111000）

摘 要：翻轉(zhuǎn)課堂是源于美國的一種現(xiàn)代化教學模式，就是利用信息技術(shù)來實現(xiàn)教育創(chuàng)新，在該教學模式中，學生利用信息技術(shù)進行充分的預(yù)習，然后在課上完成知識的內(nèi)化?？梢哉f，翻轉(zhuǎn)教育有效解決了傳統(tǒng)實驗教學中實驗時間短、操作機會少等問題，對提高教育教學質(zhì)量和效果具有重要意義。本文在簡要概述翻轉(zhuǎn)教育基本概念的基礎(chǔ)上，重點探討了翻轉(zhuǎn)教育背景下虛擬實驗室的設(shè)計與實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)教育；虛擬實驗室；研究；實現(xiàn)

1　翻轉(zhuǎn)教育

翻轉(zhuǎn)課堂是近年來學界關(guān)注比較多的一大熱點話題，是源于美國的一種現(xiàn)代化教學模式，之所以稱之為翻轉(zhuǎn)，就是要利用信息技術(shù)將傳統(tǒng)課堂的“課上知識講解，課后完成作業(yè)”這一流程完全顛倒過來，學生在課前利用信息技術(shù)進行充分的預(yù)習，教師則充分利用課上時間與學生互動、交流，指導學生完成知識消化與內(nèi)化，提高課堂教學質(zhì)量和學習效果。大量實踐證實，翻轉(zhuǎn)教育在調(diào)動學生課堂參與積極性、提高考試成績和提高教學效果等方面具有顯著作用。

翻轉(zhuǎn)教育屬于較為理想的教學模式，在落實過程中存在諸多不確定影響因素。除了要精心設(shè)計教學活動外，學生預(yù)習的有效與否也是翻轉(zhuǎn)教育能否成功的關(guān)鍵，而該環(huán)節(jié)則完全不受教師控制，在教師缺席的狀態(tài)下學生是否真正進行預(yù)習，預(yù)習效果能否得到保證，預(yù)習中遇到問題該如何處理，教師如何了解學生預(yù)習情況，等等。上述問題都是翻轉(zhuǎn)教育實施過程中的核心問題，對于虛擬實驗室翻轉(zhuǎn)課堂而言，不僅要面對上述問題，而且要考慮如何讓學生在虛擬環(huán)境中全面掌握相關(guān)知識和技能。對此，本文立足于國內(nèi)現(xiàn)狀，在借鑒國外成功模式的基礎(chǔ)上，對基于翻轉(zhuǎn)教育的虛擬實驗室進行了設(shè)計。

2　基于翻轉(zhuǎn)教育的虛擬實驗室設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 虛擬實驗室系統(tǒng)需求分析

在軟件開放過程中，系統(tǒng)需求分析扮演著關(guān)鍵角色，通過了解用戶需求及市場需求，完善系統(tǒng)的功能，預(yù)估軟件開發(fā)成本，包括開發(fā)過程中可能出現(xiàn)的問題及運行風險，最終精心制定開發(fā)計劃的過程。以實驗教學目標為出發(fā)點，論證虛擬實驗室能夠在哪些方面提高實驗教學質(zhì)量和效果，比如，利用虛擬實驗室替代一些現(xiàn)實中無法進行的實驗，或通過實驗室進行課后試練操作。同時也需要考慮虛擬實驗室用戶的操作能力、操作行為及技術(shù)規(guī)范等因素，具體來講，在基于翻轉(zhuǎn)教育的虛擬實驗室開發(fā)過程中，必須明確所開發(fā)系統(tǒng)是否符合學生的認知特征、學習能力和實踐能力等，還要考慮教師對虛擬實驗室的使用需求，包括教師的信息技術(shù)能力、教學能力和教學風格等。

2.2 系統(tǒng)開發(fā)的腳本編寫

腳本編寫是所有為具備教學功能軟件和系統(tǒng)開發(fā)時都必須重視的實踐環(huán)節(jié)。在進行基于翻轉(zhuǎn)教育虛擬實驗室的開發(fā)時，需要編寫兩類腳本，一類是文字腳本，一類是制作腳本。前者主要包括虛擬實驗室的使用細則、總體架構(gòu)、內(nèi)容目標、單元教學結(jié)構(gòu)等。而制作腳本主要是用戶在人機互動界面所看到的虛擬實驗室的細節(jié)，包括各種實驗內(nèi)容和操作信息呈現(xiàn)的位置、風格、交互方式等，集中體現(xiàn)在虛擬實驗室的界面設(shè)計上，簡單來講就是界面中要包含哪些畫面元素、布局元素和交互元素等。在進行制作腳本編寫時，一定要堅持落實統(tǒng)一性、互動性、便捷性及導航性等編寫原則，以強化虛擬實驗室的藝術(shù)性、實用性和交互性，充分揮發(fā)其應(yīng)用的教育教學作用，推動翻轉(zhuǎn)教育的實踐與落實。

2.3 基于翻轉(zhuǎn)教育虛擬實驗室的系統(tǒng)集成

在前期開發(fā)準備工作做好后，需要利用相關(guān)系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)根據(jù)預(yù)先架構(gòu)的結(jié)構(gòu)和制作的腳本完成系統(tǒng)整體開發(fā)，形成能夠正常運行的虛擬實驗室系統(tǒng)。該環(huán)節(jié)的關(guān)鍵在于系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)及平臺的高效利用。要完成虛擬實驗室系統(tǒng)集成工作需要從以下三方面入手具體展開：第一，合理選擇RIA技術(shù)平臺，包括目前市場上主流的Flex技術(shù)、Slight技術(shù)和Java FX技術(shù)。加強對相關(guān)系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)平臺的對比分析，最終選擇出最佳的虛擬實驗室系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)。第二，要加強對基于翻轉(zhuǎn)教育虛擬實驗室系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究。第三，精心設(shè)計技術(shù)路線，以確保基于翻轉(zhuǎn)教育虛擬實驗室系統(tǒng)集成開發(fā)的順利完成。

2.4 基于翻轉(zhuǎn)教育虛擬實驗室的實現(xiàn)

測評旨在以檢查虛擬實驗室的功能是否符合設(shè)計要求，是否能夠滿足實際的教學需求。測評環(huán)節(jié)既包括對虛擬實驗室的技術(shù)性細節(jié)的調(diào)試以確保系統(tǒng)運行的流暢性，也包括對虛擬實驗室各種內(nèi)容與功能細節(jié)的檢查，比如，需要仔細檢查實驗內(nèi)容與實驗環(huán)節(jié)是否還存在科學性錯誤?另外，在虛擬實驗室正式投入使用之前，應(yīng)該先在小范圍內(nèi)進行試用，征求用戶的意見與建議，進一步優(yōu)化虛擬實驗室的設(shè)計與開發(fā)。在試用與測評環(huán)節(jié)可以從每一個具體的虛擬實驗入手，先檢查單個虛擬實驗是否符合設(shè)計要求，再將所有的實驗內(nèi)容與功能模塊連接起來，進而對整個虛擬實驗室的功能進行全面調(diào)試，根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問題重新修改虛擬實驗室的教學設(shè)計、功能設(shè)計和程序設(shè)計，直到符合要求為止。

3　結(jié)語

現(xiàn)實中的實驗室教學存在著許多弊端與不足，包括實驗?zāi)Ｊ絾我弧⒂H手操作機會不足、學生實驗操作能力較弱以及教師指導重點偏移等問題，造成了實驗室教學流于形式，根本沒有發(fā)揮其應(yīng)有的教學作用?；诜D(zhuǎn)教育的虛擬實驗室的設(shè)計與實現(xiàn)，能夠有效拓展實驗空間，為學生創(chuàng)造更多的親手操作實驗的機會，能夠提高課前預(yù)習效果和課上學習效率，能夠加深學生對實驗現(xiàn)象的理解和原理把握，能夠提高學生科學探究能力，推動學生的全面發(fā)展。

參考文獻：

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