基于虛擬仿真技術的虛擬實驗自動測評系統設計

周志忠 侯成鈺

遼寧廣播電視大學（沈陽 110034）

測試是檢驗學生對知識掌握情況的重要手段，而評價能為教學效果提供反饋信息，使教師和學生發現不足，并且及時改進。測評是不可或缺的教學手段。設計虛擬實驗自動測評系統是適應我們目前教育改革的需要的產物，是提高學生科學素養的一個有利工具。

1 相關概念

1.1 虛擬實驗(Virtual Experiment，VE)

研究最重要的一點就是要明確所研究的對象。對于虛擬實驗的界定，中外學者從不同的視角進行了概括總結。比較認同的是單關賢和李藝老師在《虛擬實驗原理與教學應用》一書中提到的觀點。該觀點從實現原理和工具角度對虛擬實驗進行定義，認為虛擬實驗是相對于真實實驗而言的，兩者的主要差別在于實驗過程中所觸及的對象與事物是否真實。在真實實驗中所采用的實驗工具、實驗對象都是以實物形態出現的，而在虛擬實驗中，實驗過程主要是對虛擬物的操作，實驗步驟與結果是對真實實驗的模擬和仿真。

1.2 虛擬實驗自動測評系統

計算機測試（Computer-Based Testing，CBT）和計算機輔助評價(Computer assisted Assessment，CAA)二者結合在一起并稱計算機輔助測評。自動測評系統，就是運用計算機仿真技術構建一個可以協同工作虛擬仿真平臺。在此平臺上，操作者完成規定的操作，計算機跟蹤記錄下操作者操作的過程信息，并根據正確的操作步驟和結果及預先錄入的評價指標體系對操作者的技能狀況進行自動化評價。

2 實驗評價國內外發展狀況

2.1 真實實驗的評價現狀

實驗評價是實驗的重要組成部分，具有對學生實驗能力的診斷和提高作用。通過實驗評價，教師可以明確實驗教學的質量，更好地了解學生對實驗的掌握情況；同樣，學生亦可以通過反饋信息更加了解自己的實驗能力。

從實驗評價的范圍看，已由單純的知識性評價轉向關注對實驗者（學生）實驗操作技能、實驗過程等的多元化評價。

從實驗評價的主體看，不僅有傳統的他人評價，還有實驗者的自我評價。

從實驗評價的環境看，已包含主觀評價發展到計算機客觀評價。

2.2 基于仿真技術的實驗評價系統的現狀

從目前可利用的實驗評價系統來看，大多數實驗的評價還都處于對客觀題的評價層面上，即是對實驗者相關實驗知識的評價。但在本世紀初，我國已經有研究人員對于基于仿真技術的實驗評價系統進行設計。其基本思想是：在網絡化的計算機環境中用計算機仿真的方法構建一個可以協同工作的虛擬實驗平臺；實驗評價標準依學科而定；實驗內容可以使封閉的，亦可以是開放的。

3 實驗評價當前的主要問題

3.1 實驗評價存在的問題

評價功能上，注重甄別和選拔，忽視診斷與激勵作用。不管是中考、會考的實驗操作考試還是高考的筆試都只是為了甄別和選拔。

評價主體上，只有單一的教師評價，忽視了學生活動過程中的自我評價。對實驗能力無法做出個性化的合理的評價，更不可能對學生的實驗學習提出進一步提高的建議。

評價內容上，注重評價學生在實驗知識與操作方面的掌握情況，忽視對實驗過程與方法，情感態度與價值觀方面的評價。關注的只是實驗的結果，對學生在實驗過程中的具體表現則無所涉及；評價注重學術性和所謂的“規范性”，脫離學生的生活實際；評價內容停留在淺層次的記憶、操作和簡單應用上，缺乏在真實或模擬的情景中對學生實驗知識與技能的應用能力和解決實際問題能力的評價。

評價形式和方法上，注重量化評價，缺少質性評價。傳統的紙筆測驗和實驗操作考查都是過分強調結果的評價；過分注重量化方法，只對學生的實驗情況打分數等，缺少質性方面的評價。

3.2 仿真技術在實驗評價系統中存在的問題

評價內容上，還是以文本類型的的題目為主，例如選擇題和判斷題。對于主觀性、實驗性以及操作性的評價少之又少。

評價時空上，隨著“遠程教育”的發展實現，網上出現了許多虛擬實驗，可以供用戶直接在網上進行實驗，但是這些單純性質的模擬實驗并沒有給實驗者提供實驗操作記錄以及實驗操作過程評價。

領域模型存在問題，個別flash實驗軟件僅能實現實驗演示功能。不能實現對于真實實驗的完全仿真，只能進行部分仿真。會限制實驗者的實驗操作，影響對實驗者實驗操作過程的測評，更影響實驗者實驗能力的培養。

4 實驗評價的發展趨勢

實驗評價的范圍將趨向于多元化、于綜合化和網絡化。

5 測評系統的設計思想

首先，利用虛擬仿真技術構建一個虛擬實驗平臺；其次，計算機要在操作者完成操作過程中獲取實驗操作信息，包括實驗操作過程和實驗結果，這些統統放在實驗操作記錄庫中；最后，計算機根據領域知識庫和評分規則對實驗操作過程和結果進行綜合評價。

6 結 論

描述了基于虛擬仿真技術的虛擬實驗自動測評系統的基本設計思想。隨著實驗技能測評自動化技術的不斷成熟，相信它必然會為學校的教學以及學生實驗能力培養上發揮更大作用。

[1]單美賢,李藝.虛擬實驗原理與教學應用.北京：教育科學出版社,2001.

[2]吳蓉香.化學新課程實驗活動表現性評價的研究.福建：福建師范大學,2011.