基于虛擬仿真技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)自動測評系統(tǒng)設(shè)計

周志忠 侯成鈺

遼寧廣播電視大學(xué)（沈陽 110034）

測試是檢驗(yàn)學(xué)生對知識掌握情況的重要手段，而評價能為教學(xué)效果提供反饋信息，使教師和學(xué)生發(fā)現(xiàn)不足，并且及時改進(jìn)。測評是不可或缺的教學(xué)手段。設(shè)計虛擬實(shí)驗(yàn)自動測評系統(tǒng)是適應(yīng)我們目前教育改革的需要的產(chǎn)物，是提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的一個有利工具。

1 相關(guān)概念

1.1 虛擬實(shí)驗(yàn)(Virtual Experiment，VE)

研究最重要的一點(diǎn)就是要明確所研究的對象。對于虛擬實(shí)驗(yàn)的界定，中外學(xué)者從不同的視角進(jìn)行了概括總結(jié)。比較認(rèn)同的是單關(guān)賢和李藝?yán)蠋熢凇短摂M實(shí)驗(yàn)原理與教學(xué)應(yīng)用》一書中提到的觀點(diǎn)。該觀點(diǎn)從實(shí)現(xiàn)原理和工具角度對虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行定義，認(rèn)為虛擬實(shí)驗(yàn)是相對于真實(shí)實(shí)驗(yàn)而言的，兩者的主要差別在于實(shí)驗(yàn)過程中所觸及的對象與事物是否真實(shí)。在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中所采用的實(shí)驗(yàn)工具、實(shí)驗(yàn)對象都是以實(shí)物形態(tài)出現(xiàn)的，而在虛擬實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)過程主要是對虛擬物的操作，實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果是對真實(shí)實(shí)驗(yàn)的模擬和仿真。

1.2 虛擬實(shí)驗(yàn)自動測評系統(tǒng)

計算機(jī)測試（Computer-Based Testing，CBT）和計算機(jī)輔助評價(Computer assisted Assessment，CAA)二者結(jié)合在一起并稱計算機(jī)輔助測評。自動測評系統(tǒng)，就是運(yùn)用計算機(jī)仿真技術(shù)構(gòu)建一個可以協(xié)同工作虛擬仿真平臺。在此平臺上，操作者完成規(guī)定的操作，計算機(jī)跟蹤記錄下操作者操作的過程信息，并根據(jù)正確的操作步驟和結(jié)果及預(yù)先錄入的評價指標(biāo)體系對操作者的技能狀況進(jìn)行自動化評價。

2 實(shí)驗(yàn)評價國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

2.1 真實(shí)實(shí)驗(yàn)的評價現(xiàn)狀

實(shí)驗(yàn)評價是實(shí)驗(yàn)的重要組成部分，具有對學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ脑\斷和提高作用。通過實(shí)驗(yàn)評價，教師可以明確實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，更好地了解學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的掌握情況；同樣，學(xué)生亦可以通過反饋信息更加了解自己的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

從實(shí)驗(yàn)評價的范圍看，已由單純的知識性評價轉(zhuǎn)向關(guān)注對實(shí)驗(yàn)者（學(xué)生）實(shí)驗(yàn)操作技能、實(shí)驗(yàn)過程等的多元化評價。

從實(shí)驗(yàn)評價的主體看，不僅有傳統(tǒng)的他人評價，還有實(shí)驗(yàn)者的自我評價。

從實(shí)驗(yàn)評價的環(huán)境看，已包含主觀評價發(fā)展到計算機(jī)客觀評價。

2.2 基于仿真技術(shù)的實(shí)驗(yàn)評價系統(tǒng)的現(xiàn)狀

從目前可利用的實(shí)驗(yàn)評價系統(tǒng)來看，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)的評價還都處于對客觀題的評價層面上，即是對實(shí)驗(yàn)者相關(guān)實(shí)驗(yàn)知識的評價。但在本世紀(jì)初，我國已經(jīng)有研究人員對于基于仿真技術(shù)的實(shí)驗(yàn)評價系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。其基本思想是：在網(wǎng)絡(luò)化的計算機(jī)環(huán)境中用計算機(jī)仿真的方法構(gòu)建一個可以協(xié)同工作的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺；實(shí)驗(yàn)評價標(biāo)準(zhǔn)依學(xué)科而定；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以使封閉的，亦可以是開放的。

3 實(shí)驗(yàn)評價當(dāng)前的主要問題

3.1 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(xué)生活動過程中的自我評價。對實(shí)驗(yàn)?zāi)芰o法做出個性化的合理的評價，更不可能對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)提出進(jìn)一步提高的建議。

評價內(nèi)容上，注重評價學(xué)生在實(shí)驗(yàn)知識與操作方面的掌握情況，忽視對實(shí)驗(yàn)過程與方法，情感態(tài)度與價值觀方面的評價。關(guān)注的只是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，對學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的具體表現(xiàn)則無所涉及；評價注重學(xué)術(shù)性和所謂的“規(guī)范性”，脫離學(xué)生的生活實(shí)際；評價內(nèi)容停留在淺層次的記憶、操作和簡單應(yīng)用上，缺乏在真實(shí)或模擬的情景中對學(xué)生實(shí)驗(yàn)知識與技能的應(yīng)用能力和解決實(shí)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(zhì)性評價。傳統(tǒng)的紙筆測驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)操作考查都是過分強(qiáng)調(diào)結(jié)果的評價；過分注重量化方法，只對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況打分?jǐn)?shù)等，缺少質(zhì)性方面的評價。

3.2 仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)評價系統(tǒng)中存在的問題

評價內(nèi)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(shí)驗(yàn)性以及操作性的評價少之又少。

評價時空上，隨著“遠(yuǎn)程教育”的發(fā)展實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)上出現(xiàn)了許多虛擬實(shí)驗(yàn)，可以供用戶直接在網(wǎng)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但是這些單純性質(zhì)的模擬實(shí)驗(yàn)并沒有給實(shí)驗(yàn)者提供實(shí)驗(yàn)操作記錄以及實(shí)驗(yàn)操作過程評價。

領(lǐng)域模型存在問題，個別flash實(shí)驗(yàn)軟件僅能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)演示功能。不能實(shí)現(xiàn)對于真實(shí)實(shí)驗(yàn)的完全仿真，只能進(jìn)行部分仿真。會限制實(shí)驗(yàn)者的實(shí)驗(yàn)操作，影響對實(shí)驗(yàn)者實(shí)驗(yàn)操作過程的測評，更影響實(shí)驗(yàn)者實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。

4 實(shí)驗(yàn)評價的發(fā)展趨勢

實(shí)驗(yàn)評價的范圍將趨向于多元化、于綜合化和網(wǎng)絡(luò)化。

5 測評系統(tǒng)的設(shè)計思想

首先，利用虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建一個虛擬實(shí)驗(yàn)平臺；其次，計算機(jī)要在操作者完成操作過程中獲取實(shí)驗(yàn)操作信息，包括實(shí)驗(yàn)操作過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這些統(tǒng)統(tǒng)放在實(shí)驗(yàn)操作記錄庫中；最后，計算機(jī)根據(jù)領(lǐng)域知識庫和評分規(guī)則對實(shí)驗(yàn)操作過程和結(jié)果進(jìn)行綜合評價。

6 結(jié) 論

描述了基于虛擬仿真技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)自動測評系統(tǒng)的基本設(shè)計思想。隨著實(shí)驗(yàn)技能測評自動化技術(shù)的不斷成熟，相信它必然會為學(xué)校的教學(xué)以及學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)上發(fā)揮更大作用。

[1]單美賢,李藝.虛擬實(shí)驗(yàn)原理與教學(xué)應(yīng)用.北京：教育科學(xué)出版社,2001.

[2]吳蓉香.化學(xué)新課程實(shí)驗(yàn)活動表現(xiàn)性評價的研究.福建：福建師范大學(xué),2011.