地方高校虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)整合教學(xué)模式研究

[摘 要]隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，教學(xué)手段實(shí)時(shí)更新，利用虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)是目前地方高校課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用的一種新型的教學(xué)模式。本文介紹了虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建的優(yōu)勢(shì)，并通過(guò)構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)整合的教學(xué)模式，以促進(jìn)地方高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。

[關(guān)鍵詞]虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；真實(shí)實(shí)驗(yàn)；整合教學(xué)模式

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等有機(jī)地結(jié)合，利用計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)的環(huán)境及過(guò)程。它充分利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，完善了數(shù)據(jù)傳輸、交換、模式識(shí)別、語(yǔ)言處理、智能技術(shù)等性能，對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行仿真。學(xué)生可以從中靈活地組建網(wǎng)絡(luò)，學(xué)習(xí)和掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及操作。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的出現(xiàn)從根本上打破了地方高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。它可以很好地彌補(bǔ)地方高校傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室投入多產(chǎn)出率低、開(kāi)放性受限制、實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件要求高等缺點(diǎn)，凸顯了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開(kāi)放性和實(shí)驗(yàn)操作的交互性。并構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)整合的教學(xué)模式，通過(guò)虛實(shí)結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)，以便提高學(xué)生從事科研、創(chuàng)新和實(shí)際工作的能力。

一、虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建的優(yōu)勢(shì)

1.逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境有利于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量

傳統(tǒng)的真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，實(shí)驗(yàn)的中間過(guò)程一般不會(huì)顯示或給一個(gè)抽象的數(shù)據(jù)顯示，主要依賴學(xué)生自身的記憶力及想象力理解實(shí)驗(yàn)理和實(shí)驗(yàn)過(guò)程，實(shí)驗(yàn)者也無(wú)從及時(shí)干預(yù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，使得一些實(shí)驗(yàn)很難在有限的課時(shí)內(nèi)順利完成。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠?qū)⑽⒂^過(guò)程進(jìn)行宏觀模擬，且能夠反復(fù)使用，能直觀、形象地觀察各項(xiàng)指標(biāo)的變化，能夠更精確，清晰的表現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)中難以觀察到的特征和過(guò)程。為學(xué)生提供生動(dòng)、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生在虛擬環(huán)境中可以隨時(shí)參與實(shí)驗(yàn)，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并且拓展了教師的教學(xué)空間。

2.充足的自主學(xué)習(xí)條件有利于培養(yǎng)創(chuàng)新思維

傳統(tǒng)的真實(shí)實(shí)驗(yàn)不能隨時(shí)隨地地滿足學(xué)生實(shí)驗(yàn)的需要，無(wú)法給學(xué)生提供充足的自主探究學(xué)習(xí)的時(shí)間、空間和技術(shù)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。地方高校引入虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)便于學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)，有利于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)利用人機(jī)交互的雙向交流，使得實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更加豐富、形象。學(xué)生能夠自主地利用計(jì)算機(jī)進(jìn)入的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，不受時(shí)間、空間的限制并可多次重復(fù)操作，使學(xué)生更好地掌握實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)方法。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)整合教學(xué)模式的構(gòu)建

1.虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相輔相成

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)很難仿真真實(shí)實(shí)驗(yàn)中元器件參數(shù)的離散性，以及在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中各種干擾因素出現(xiàn)的隨機(jī)性影響。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使實(shí)物虛擬化，因此學(xué)生在虛擬環(huán)境中實(shí)驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生的虛擬感。在解決社會(huì)生活中實(shí)際問(wèn)題時(shí)，仍然需要依賴于真實(shí)的環(huán)境和儀器設(shè)備，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)理論和設(shè)備的理解和掌握，還需要在傳統(tǒng)的真實(shí)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行體驗(yàn)和培養(yǎng)。真實(shí)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)儀器及其在安裝的真實(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行實(shí)際操作的實(shí)踐活動(dòng)。真實(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)芙o學(xué)生實(shí)物感，可以消除學(xué)生在理論學(xué)習(xí)和虛擬實(shí)驗(yàn)中模糊的感覺(jué)。對(duì)于演示性、驗(yàn)證性的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，由于操作過(guò)程簡(jiǎn)單可以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中可以真實(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為主，甚至可以不用虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，但是對(duì)于綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，由于用到的儀器設(shè)備較多，配置較復(fù)雜，這就需在實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中把虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)合理整合以達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)效果。網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐表明，兩種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相輔相成的整合在一起使用時(shí)實(shí)驗(yàn)效果會(huì)更好。

2.構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)整合教學(xué)模式

虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)整合的思路遵循以真實(shí)實(shí)驗(yàn)為主，虛擬實(shí)驗(yàn)為輔的二者相整合的原則，本著以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的教學(xué)理念，開(kāi)展小組探究式學(xué)習(xí)模式，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系，促進(jìn)研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)發(fā)及開(kāi)展，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才。虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式（圖1）給學(xué)生提供了更廣闊的實(shí)驗(yàn)空間，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)際情況隨意“穿梭”于2種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)之中。他們可以帶著在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題，到虛擬實(shí)驗(yàn)中尋找答案，以虛擬實(shí)驗(yàn)中的經(jīng)驗(yàn)解決真實(shí)實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題，也可以在虛擬實(shí)驗(yàn)中習(xí)得經(jīng)驗(yàn)后再進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)，2種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相輔相承，相互促進(jìn)。學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題可以在不同的系統(tǒng)中進(jìn)行驗(yàn)證、重新設(shè)計(jì)，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，主要職能是指導(dǎo)、答疑、監(jiān)控和評(píng)價(jià)，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到完成，都是自主進(jìn)行。

三、虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)整合評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

評(píng)價(jià)是整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的一個(gè)重要組成部分，它是促進(jìn)學(xué)生反思和自我發(fā)展的重要手段，是鑲嵌在真實(shí)任務(wù)之中的。傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)往往只關(guān)注學(xué)生實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，而不關(guān)心學(xué)生實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，而研究性實(shí)驗(yàn)主要是實(shí)驗(yàn)探究，最注重實(shí)驗(yàn)過(guò)程，因此，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系已不能滿足研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求，不利于學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，構(gòu)建比較客觀、全面、開(kāi)放、科學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)體系，能促進(jìn)研究性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，對(duì)轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，培養(yǎng)創(chuàng)新人才具有重要的意義。

評(píng)價(jià)要本著“三個(gè)多元化”：評(píng)價(jià)主體多元化，學(xué)生的評(píng)價(jià)方面要盡可能全面、客觀；評(píng)價(jià)角色多元化，不但要教師評(píng)價(jià)，而且可以讓學(xué)生自評(píng)、同伴互評(píng)，盡可能多地提供給學(xué)生自評(píng)和互評(píng)的機(jī)會(huì)；評(píng)價(jià)方法多元化，評(píng)價(jià)除了注重實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)問(wèn)題解決方案和實(shí)驗(yàn)成果外，要把個(gè)人成績(jī)與小組成績(jī)掛鉤，還要關(guān)注協(xié)作能力和個(gè)體的獨(dú)特發(fā)展等。評(píng)價(jià)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中起著重要的導(dǎo)向作用，評(píng)價(jià)體系在很大程度上可以決定實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)的選擇、設(shè)定，因此評(píng)價(jià)工具的選擇也是至關(guān)重要的。量規(guī)法是一種結(jié)構(gòu)化的定量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。它往往是從與評(píng)價(jià)目標(biāo)相關(guān)的多個(gè)維度來(lái)詳細(xì)規(guī)定評(píng)價(jià)的指標(biāo)，具有操作性好、準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)。使用量規(guī)評(píng)價(jià)的最大好處之一是使標(biāo)準(zhǔn)公開(kāi)化，因此非常適合研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的評(píng)價(jià)。量規(guī)評(píng)價(jià)法可以有效地降低評(píng)價(jià)的主觀隨意性，可以兼顧到學(xué)生的個(gè)性化評(píng)價(jià)。量規(guī)及其權(quán)重的設(shè)置都是動(dòng)態(tài)的，教師可以針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置相應(yīng)的、有效的量規(guī)及其權(quán)重，以引導(dǎo)學(xué)生把握好努力的方向，使評(píng)價(jià)體系在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中起到一個(gè)目標(biāo)導(dǎo)向和激勵(lì)的作用，強(qiáng)化虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的整合，使實(shí)驗(yàn)和評(píng)價(jià)成為密切關(guān)聯(lián)的一個(gè)整體。這里，以一個(gè)研究性實(shí)驗(yàn)為例來(lái)說(shuō)明基于該模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程的實(shí)施。

四、結(jié)語(yǔ)

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，把虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)有機(jī)地整合起來(lái)，能極大地能延伸課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)，拓展實(shí)驗(yàn)空間，延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間，為進(jìn)行研究性實(shí)驗(yàn)提供更靈活、更便利的條件。但虛擬實(shí)驗(yàn)軟件也有它的局限性，在學(xué)習(xí)中要針對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇合適的虛擬實(shí)驗(yàn)軟件，了解虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的優(yōu)勢(shì)和不足，以便科學(xué)地利用虛擬實(shí)驗(yàn)軟件得到真實(shí)、可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

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