劉暢 柯健

摘? 要：為解決傳統(tǒng)實驗教學存在的種種弊端，開發(fā)設計出一款適用于探究式學習的虛擬仿真實驗平臺，重點研究了在虛擬仿真平臺上以探究式學習方式組織學習活動，設計了基于虛擬仿真實驗平臺的探究式學習過程，內容包括實驗前準備、探究式實驗和實驗評價等所有實驗教學環(huán)節(jié)，通過開展實踐取得了良好的教學效果。在虛擬仿真實驗平臺上進行探究式學習不僅可以激發(fā)學生的學習興趣，發(fā)揮其學習主動性，而且可以降低實驗成本，提高學習效率。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實;虛擬仿真;實驗教學;探究式學習

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：1673-8454（2019）10-0042-03

隨著虛擬現(xiàn)實技術的不斷成熟，人們開始探索虛擬仿真實驗在教育領域的應用價值，國內許多高校都根據(jù)自身科研和教學需求建立了各具特色的虛擬仿真實驗平臺，它們除了可以輔助高校的科研工作外，在實驗教學方面也凸顯了自身的許多優(yōu)勢。利用虛擬仿真實驗平臺，學生可以脫離真實的設備做各種各樣的復雜實驗，獲得接近真實實驗或者和真實實驗一樣的體驗，從而豐富感性認知，加強對實驗內容的理解，同時又能避免從事真實實驗所帶來的危險和財產(chǎn)損失。只要學生自己想學，即便是在課下也能夠隨時隨地開展實驗，打破了時間和空間的限制。

基于虛擬仿真實驗平臺的探究式學習首先要為學生構建出一個真實的或者接近真實的實驗環(huán)境，讓學生按照設定的學習目標進行實驗。在實驗過程中平臺能夠給予及時的反饋或者提示，讓學生在探究式操作的過程中逐步掌握要領，不斷反思總結，建構自己的結論，最后完成作品提交到評價系統(tǒng)中。教師可以調用或查詢學生的學習過程，并對學生的作品進行評價，提出疑問或者建議。學生再根據(jù)這些反饋調整自己的行為模式，完善學習成果，最終得到滿意的結果。

因此，能夠支持探究式學習的虛擬仿真平臺除了能夠提供高仿真的界面外，還需要支持及時的行為結果反饋、學習過程的記錄與重現(xiàn)、學習成果的評價等來滿足學生的個性化探究學習。當然教師在學生學習的過程中也不能完全依賴平臺，學習過程中面對面的指導和學生間的交流仍是十分必要的。

一、虛擬仿真實驗平臺簡介

《視頻新聞采集》是一門專業(yè)性和實踐性都很強的課程，課程目標是使學生熟練掌握新聞視頻作品的采集與制作的操作技能，能夠熟練使用攝像機在新聞現(xiàn)場進行拍攝，獲取有價值的新聞素材。因此，在學習的過程中到真實的新聞現(xiàn)場進行實地拍攝就顯得十分重要。但將學生帶入到某些新聞現(xiàn)場（如火災、槍擊）進行實踐顯然是不現(xiàn)實也不安全的，即便在課堂上進行現(xiàn)場還原也需要耗費大量的人力和財力，教學效果難以達到要求?；诖?，我們設計開發(fā)了《視頻新聞采集》虛擬仿真實驗平臺。該平臺的特點是針對課程相關教學需求在網(wǎng)上開展虛擬拍攝實踐，模擬真實拍攝中用到的器材和設備，提供與真實新聞事發(fā)現(xiàn)場相似的環(huán)境，支持學生的自主探究學習，登錄界面見圖1。

該平臺為學生提供四個典型的新聞場景：新聞發(fā)布會、車禍現(xiàn)場、超市搶購現(xiàn)場和解救人質現(xiàn)場（見圖2）。通過虛擬的人機交互界面，學生以第一人稱的視角進入到實驗場景中進行操作，在操作過程中不斷接收到系統(tǒng)提出的任務要求，學生要根據(jù)要求完成任務，模擬出真實操作后的相應效果，完成一系列的拍攝活動。同時平臺將操作過程的視頻進行保存并可以回放，這種自動記錄的結果和過程無論是錯誤的還是正確的，都可以作為后面開展個性化評價活動的依據(jù)。

二、虛擬仿真實驗平臺下探究式學習活動設計

基于虛擬仿真實驗平臺下的探究式學習，是在教師的引導下在虛擬學習環(huán)境中進行的。根據(jù)虛擬仿真平臺的特殊性，我們以《視頻新聞采集》平臺上“解救人質”的新聞場景為例，將學習活動過程設計成圖3所示的幾個步驟。

1.實驗前準備

在虛擬仿真平臺上進行教學，首先要確保平臺的正常運行，課前要對平臺系統(tǒng)進行常規(guī)檢測，保證教學能順利進行。使用前，教師應該向學生介紹虛擬仿真實驗平臺的使用方法，包括如何進入學習系統(tǒng)、如何開始學習活動等。

2.形成問題

在教師提出本次課程的學習內容、學習目的的同時，最好能讓學生自己形成問題，當學生面臨各種讓他們困惑的問題時，他們就要做出各種猜測，想方設法尋找問題的答案。比如，本次課程的主要學習任務是跟蹤拍攝警察解救人質的過程，但是學生會看到一個顯而易見的問題：如何在槍林彈雨的解救現(xiàn)場保證自己的安全，同時又能拍攝到最有價值的新聞畫面？學生在沒有進行操作之前，可以根據(jù)自己對問題的理解和想象給出一個臨時的答案，在具體實驗拍攝之后，可以將拍攝結果與前面的猜想作對比，形成自己的結論。

3.探究式學習過程

在虛擬構建的實驗環(huán)境下，學生處于警方攻堅解救人質的場景中，點擊開始后，學生需要跟隨警員，拍攝攻堅過程。學生可以通過鍵盤在場景中任意走動，模擬手持攝像機操作，進行取景以及推、拉、搖、移、跟鏡頭拍攝。在拍攝過程中，系統(tǒng)還會不斷給出每一個步驟的任務提示，并模擬畫面人物對話，提示學生調整自己的行動軌跡完成拍攝任務，并在此過程中確保自身始終處于安全位置（見圖4）。

當學生完成所有拍攝任務后，系統(tǒng)將拍攝視頻進行保存，并可以回放。學生可以與其他學習同伴進行在線交流，并查看學習同伴的拍攝過程，與自己拍攝的素材進行對比和分析。除了在虛擬仿真實驗平臺上的實踐操作，學生還可以根據(jù)平臺提供的文獻資料和網(wǎng)絡連接進行進一步的閱讀和總結，搜集同類案例的新聞現(xiàn)場報道，不斷完善自己的知識體系建構。

4.學習評價

學習評價一直是探究式學習的重點和難點，虛擬仿真實驗平臺能夠為探究式學習活動提供更加豐富的評價方式。

（1）對探究過程的評價

在虛擬仿真平臺上，學生每一步通過鼠標點擊或者鍵盤輸入的操作都能夠被記錄下來，經(jīng)過后臺的進一步處理，為教師追溯評價學習過程提供了可能。另外，學生在平臺上模擬攝像機拍攝的操作過程得以保存在系統(tǒng)中，教師可以通過回放觀看過程進行判斷和打分。

（2）對探究方法的評價

學生在學習過程中的探究思路和解決問題的方法也是探究式學習關注的重點。在該虛擬仿真實驗平臺上提供了實驗報告管理功能，實驗過程記錄文檔可以非常方便地被存儲和調用，教師可以對實驗報告進行批改，上面記錄的文字或者圖片信息都能夠很好地表現(xiàn)學生在探究式學習過程中的思路和方法。

（3）對探究結果的評價

對結果的評價就是將學生的學習成果與系統(tǒng)預設的結果進行比較，系統(tǒng)自動或者教師手動進行打分，得分越高說明學習效果越好。學習成果可以是實踐操作結果，也可以是探究式學習后的知識點測試結果。

5.總結與反思

學習總結階段可以在真實的環(huán)境中進行，通過展示自己拍攝的解救人質畫面闡述拍攝心得，在此過程中接受教師和同學們的質疑并給予解答，讓學生對所學內容進行更深入的思考。同時，通過學習反思，學生能夠更嚴肅地對待新聞工作，加深職業(yè)風險認知，提升職業(yè)榮譽感。

三、虛擬仿真實驗平臺在探究式學習中的優(yōu)勢

1.更直觀的教學形式有利于探究式學習

傳統(tǒng)的非真實的實驗教學媒介，無論是通過文字、圖片還是觀摩視頻操作過程，都是以間接的知識經(jīng)驗為主，而虛擬仿真實驗平臺能為學生提供直接的操作機會，獲得真實的實驗結果反饋，這種“從做中學”的經(jīng)驗不僅是全部教學理論的基本原則，也是學生進行探究式學習的基礎。

2.豐富的趣味性有利于探究式學習

學生是探究式學習的主體，學生在學習過程中能否積極主動地解決困難和問題是探究式學習能否成功的關鍵。在虛擬仿真實驗中，學生進入虛擬實驗環(huán)境，這種環(huán)境通常是經(jīng)過精心設計與制作的，除了真實感外還兼具美感，這讓學生比在真實的實驗環(huán)境中學習更能獲得美的享受。同時，學生與虛擬物品之間常伴有交互，通過錯誤的或者正確的嘗試，得到不同結果的反饋（甚至是獎勵），有利于學生保持較高的學習興趣，這一特點正是探究式學習理論所提倡的。

3.全面及時的反饋有利于探究式學習

探究式學習與傳統(tǒng)學習的區(qū)別在于如何對學習進行評價。傳統(tǒng)學習認為學習結果十分重要，但是探究式學習認為除學習結果，對學習過程的評價也同樣重要。虛擬仿真實驗平臺除了能夠提供對最終實驗結果的評價，還能對實驗過程中的每一個操作步驟提供反饋，同時保留記錄學習過程中的操作記錄。這樣，教師就可以隨時調用，對學生在探究式學習過程中的創(chuàng)新性和閃光點給予肯定和保留，真正體現(xiàn)出探究式學習的意義。

4.低成本的重復性利用有利于探究式學習

可持續(xù)發(fā)展是人類社會的永恒主題，教育也不例外。實驗教學更是一項極具重復性的工作，虛擬仿真實驗平臺在提供重復性低成本的教學資源上有著得天獨厚的優(yōu)勢，可以反復使用的實驗資源既不會帶來資源的浪費，也不會造成環(huán)境污染，是節(jié)約教育資源和社會資源的最有利渠道。虛擬實驗平臺還可以讓學生修改一些實驗細節(jié)，靈活地為學生提供不同的實驗條件和實驗場景，這種適用性對探究式學習極為有利。

四、結束語

學生的自主探究學習能力越來越被人們所重視，進而成為新時代教育的培養(yǎng)重點。當一些傳統(tǒng)的教學媒介不能很好地展現(xiàn)某些學習內容、難以激發(fā)學生的探究熱情時，就需要借助新的技術來實現(xiàn)。因此，在虛擬仿真實驗平臺上進行探究式學習的發(fā)展?jié)摿κ菬o限的，在實際教學過程中也取得了良好的效果，使學生的自主探究和創(chuàng)新實踐能力得到了明顯的提高，最大限度將教學資源優(yōu)勢與傳統(tǒng)教育完美結合。

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（編輯：魯利瑞）