虛擬實驗在高職教學中的應用

在高職教育中，傳統實驗教學體中的實驗室建設缺乏資金和統籌安排，實驗教學的方法過于單一，實驗內容更新慢，有些實驗對人體和環境還有一定危害。虛擬實驗在高職教學中應用，能避免傳統實驗的弊端，為培養合格的高級技術人才提供一種新的途徑。

1 虛擬實驗概述

虛擬實驗是綜合運用多媒體、計算機網絡和虛擬現實等技術而產生和發展的一種實驗模式[1]。虛擬實驗在實驗的本體逼真性和應用普適性，以及給與實驗者現場實時感受和實驗效果等方面，是傳統的模擬實驗和仿真實驗根本無法相比的。在高職，虛擬實驗一般是通過虛擬實訓基地或虛擬的實訓工廠進行的，本文將其統稱為虛擬實驗室，并以網絡虛擬實驗室（Web-based Virtual Laboratory）為例進行論述。

網絡虛擬實驗具有沉浸性、交互性和想象性特點[1]，能降低認知難度，能提供給學生“真實”的體驗；以網絡為載體，在普通個人電腦上運行，其開發成本較低，普適性強；學習者通過校園網或互聯網進行實驗，不受時間和空間的限制。

虛擬實驗相對于傳統實驗，既可縮短訓練的時間，又可獲得直觀、真實的效果，還能對那些不可視的結構原理和不可重組的精密設備作仿真實訓。一方面，彌補高職教學條件的不足，避免真實實驗帶來的危險；另一方面，徹底打破空間、時間的限制，把實驗室建設成節約、高效和安全的實驗實訓基地。

2 虛擬實驗在高職教學中的應用策略

2.1 管理部門層面教育部要求，高職應盡快建立虛擬實訓基地或者虛擬實訓工廠。學校要以市場為導向，一方面要使實驗教學與市場需求接軌，另一方面與相關的企業合作，借助企業的資金和技術培養高素質的技能型專業人才。

高職應根據實際需求來建立網絡虛擬實驗室，購置普適性軟件，比如電子類專業可用Electronics Workbench軟件；直接使用Internet上免費網絡虛擬實驗室，比如The Transgenic Fly Virtual Lab實驗室；自主開發基礎性的網絡虛擬實驗室，比如基于Flash/VRML的虛擬實驗室系統，隨技術成熟再開發更為復雜的系統。這樣在少量經費投入下就可以滿足大部分教學和實訓的需要。

2.2 教師層面明確虛擬實驗與傳統實驗并重，在重視虛擬實驗的同時，不能怱略傳統實驗。虛擬實驗的教學方法具有高度的靈活性，教師在活動中起著主導作用，應善于引導學生綜合應用所掌握的知識進行必要的分析、類推或計算論證，以培養學生解決實際問題的能力。可以要求學生充分利用非正規學習時間進行虛擬實驗，體現個別性學習。

高職實驗教學的宗旨是培養學生由“能做”轉為“會做”，實驗教學過程中，教師應突出學生的主體地位，讓學生在掌握有關知識和技能的同時，獲得較高的創新意識和創新能力[2]。強調以學生為中心的探究過程，強調學生的互動合作，強調解決真實問題。其教學活動應該直接關注學習者面對各種問題情境所進行的知識生成和高水平思維過程。

2.3 學生層面虛擬實驗是一個新型的學習環境和認知工具。學生是其活動的主體，要對虛擬實驗環境有正確的認識，重視虛擬實驗中的體驗和過程，注重促進虛擬與真實情境間遷移的有效發生，而不停留于片面追求結果。激發對虛擬空間的想象力和高水平思維，保持經驗的完整性，從而有利于培養自己的獨立性和創造性。

多媒體化、非線性化的虛擬實驗提供一種進行認知加工的特定情境和特殊過程，從而在促進認知結構的形成過程中推動認知發展。虛擬實驗環境對自我控制能力要求很高，學生不僅要自主地控制實驗環境、學習對象等，而且要將虛擬環境與真實環境聯系起來，以便更好地遷移運用虛擬環境中掌握的知識與技能。

3 虛擬實驗對高職實驗教學的影響

虛擬實驗實現人的臨場化，參與者與虛擬環境是相互作用、相互影響的整個系統的2個方面。它營造了自主學習的環境氛圍，將傳統的“以教促學”方式變革為學習者與信息及環境的交互作用的新型學習方式。

3.1 教材組織的改變使用虛擬實驗后，多種媒體的信息通過網絡，就可以用接近人類認知特點的方式去組織和展示教學內容，構建知識結構。這種網狀的信息組織方式是一種非線性結構鏈，是知識之間的層級邏輯關系。它把信息的組織形式與信息內容呈現的多樣性、復雜性結合起來，為學生提供一種動態、開放的結構化認知形式，使教學內容的統一性與靈活性得到完美結合。

3.2 教學觀念的改變逼真的虛擬環境可提供良好的人機交互功能，在這個基礎上教學內容的組織安排將特別強調讓學生主動參與構建知識結構，變學生的“被動聽講”為“主動學習”，由“要我學”轉變為“我要學”。教材的意義將由傳統的“教材控制”轉變為“學習者控制”，這種環境將極大地促進教學觀念發生變化[3]。

3.3 教學方法的改變在教學過程中，教師有針對性地建構突破時間和空間的虛擬情境，學生可通過親臨其境的、自主控制的人機交互，利用視覺、聽覺、觸覺獲取“外界”的反應，從思維、情感和行為3個方面參與教學活動。這種教學情境有利于教師采用互動啟發式教學、發現式教學、協同工作式教學和情境式教學等各種教學方法的靈活運用。

4 結束語

盡管目前虛擬實驗自身還有一些要解決的問題，但隨著相關技術的不斷發展和完善，虛擬實驗作為一個新型的學習環境和認知工具，以其自身強大的教學優勢和潛力，在高職實驗教學中的應用前景和價值是不可估量的。

參考文獻：

[1]單美賢，李藝.虛擬實驗原理與教學應用[M].北京:教育科學出版社，2005，22-23

[2]R.M.加涅.學習的條件和教學論[M].上海:華東師范大學出版社，1999，55-57

[3]M.D.Roblyer.教育技術整合于教學[M].西安:陜西師范大學出版社，2005，44-47