虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)在遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用與評(píng)價(jià)

【摘要】近幾年來(lái)遠(yuǎn)程教育隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展獲得了極大進(jìn)步，然而受自身特點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)條件等因素制約，其中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨了很大挑戰(zhàn)。網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展是遠(yuǎn)程教育順利進(jìn)行的重要條件。本文將在闡述虛擬實(shí)驗(yàn)發(fā)展概括及其意義的基礎(chǔ)上，提出遠(yuǎn)程教育中實(shí)行虛擬實(shí)驗(yàn)的可行性、必要性，并進(jìn)一步分析虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建，以供參考。

【關(guān)鍵詞】虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng) 遠(yuǎn)程教育 應(yīng)用 評(píng)價(jià)

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）06-0040-02

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)水平的快速提升和網(wǎng)絡(luò)、多媒體、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育得到了越來(lái)越好的發(fā)展，在對(duì)教育教學(xué)的探索與實(shí)踐中取得了顯著成績(jī)。與此同時(shí)，由于現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育發(fā)展還不夠成熟，具體應(yīng)用中有諸多亟待解決的問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)操作便是其中面臨的一大難題。在遠(yuǎn)程教育活動(dòng)逐步深入的背景下，怎樣依靠網(wǎng)絡(luò)環(huán)境構(gòu)建起良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，成為了當(dāng)下了遠(yuǎn)程教育中所關(guān)注的焦點(diǎn)。

一、虛擬實(shí)驗(yàn)

虛擬實(shí)驗(yàn)是在虛擬現(xiàn)實(shí)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上衍生而來(lái)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑c真實(shí)實(shí)驗(yàn)相對(duì)存在，共同組成了科學(xué)實(shí)驗(yàn)。古往今來(lái)，各個(gè)領(lǐng)域的學(xué)者對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)都不盡相同，一般認(rèn)為虛擬實(shí)驗(yàn)是一種融合網(wǎng)絡(luò)、傳感、通信等多種技術(shù)來(lái)給使用者提供類似真實(shí)實(shí)驗(yàn)功能與逼真實(shí)驗(yàn)環(huán)境的電子平臺(tái)，包含了文字資料、音視頻資料、使用幫助和虛擬物體等多方面信息。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)發(fā)展概況及在教育中的意義

20世紀(jì)末，虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）的基礎(chǔ)上產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的遠(yuǎn)程化，使教學(xué)手段遠(yuǎn)距離性同實(shí)驗(yàn)近距離性之間的矛盾得到了根本性改變。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的改良，目前發(fā)達(dá)國(guó)家的虛擬實(shí)驗(yàn)室日益普及，吸引了許多科研機(jī)構(gòu)與院校的大力支持。但我國(guó)的研究工作相對(duì)落后，直到近幾年才慢慢重視虛擬實(shí)驗(yàn)，并建立起了部分較為完善的虛擬實(shí)驗(yàn)室。

虛擬實(shí)驗(yàn)突破了時(shí)空的限制，學(xué)生在有計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)時(shí)便可隨時(shí)隨地展開(kāi)實(shí)驗(yàn)，在交互性強(qiáng)、建模逼真的情況下，學(xué)生的積極性得到極大的調(diào)動(dòng)，有效降低了實(shí)驗(yàn)成本，教學(xué)效果也大大提升。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中豐富網(wǎng)絡(luò)資源與靈活、自主、交互性實(shí)驗(yàn)環(huán)境的提供實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐、理論教學(xué)的緊密結(jié)合，提高了遠(yuǎn)程教學(xué)的效率。

三、遠(yuǎn)程教育中虛擬實(shí)驗(yàn)的可行性與必要性

1.可行性。首先，良好的開(kāi)發(fā)工具給虛擬實(shí)驗(yàn)發(fā)展的前提，逐漸人性化、智能化、簡(jiǎn)單化、多功能化的開(kāi)發(fā)工具給遠(yuǎn)程教育中虛擬實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展創(chuàng)造了可能；其次，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、Web技術(shù)和硬件發(fā)展給虛擬實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了可靠保障，確保了虛擬實(shí)驗(yàn)的想象性、沉浸性及交互性，結(jié)合Java語(yǔ)言、CSS和HTML等的Web技術(shù)使虛擬實(shí)驗(yàn)有了強(qiáng)大的技術(shù)支持；再次，數(shù)據(jù)庫(kù)的完善為虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了必要的數(shù)據(jù)支撐；最后，前人的經(jīng)驗(yàn)也給虛擬實(shí)驗(yàn)的順利建立帶來(lái)了理論支持。

2.必要性。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)遠(yuǎn)程教育理念和現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育深入發(fā)展的必然要求。現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育是一種不受對(duì)象與時(shí)空限制的教育理念，倡導(dǎo)以學(xué)習(xí)者為中心展開(kāi)個(gè)性化的自主學(xué)習(xí)。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)是遠(yuǎn)程教學(xué)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能夠讓學(xué)生在交互、自主的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中融會(huì)貫通，有利于現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的發(fā)展。此外，虛擬實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)也改變了中學(xué)生參與遠(yuǎn)程教育的受限情況，學(xué)生依靠網(wǎng)絡(luò)足不出戶便可完成實(shí)驗(yàn)，在直觀感受實(shí)驗(yàn)過(guò)程的同時(shí)也節(jié)省了大量的學(xué)習(xí)時(shí)間。

四、虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建分析

1.構(gòu)建原則

在遠(yuǎn)程教育中構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循以下幾個(gè)設(shè)計(jì)原則：①界面友好。系統(tǒng)要在具有實(shí)用功能的同時(shí)為學(xué)生營(yíng)造舒適、愉快和輕松的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，令學(xué)生樂(lè)學(xué)、好學(xué)；②良好導(dǎo)航。學(xué)生一旦在虛擬實(shí)驗(yàn)中迷失方向便極易失去實(shí)驗(yàn)興趣，故虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)必須擁有足夠精確的導(dǎo)航作用；③最佳反饋效果。實(shí)驗(yàn)效果反饋與學(xué)生接受、理解狀況息息相關(guān)，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)要想真正實(shí)現(xiàn)因人而異，就必須要做到原因說(shuō)明并提出意見(jiàn)，通過(guò)良好的反饋來(lái)鼓勵(lì)、引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律；④虛實(shí)結(jié)合。作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種輔助方法，虛擬實(shí)驗(yàn)并不能完全代替實(shí)際實(shí)驗(yàn)，針對(duì)Flash等不適合開(kāi)展虛擬實(shí)驗(yàn)的課程，應(yīng)當(dāng)合理放棄。

2.構(gòu)建方案

（1）主要結(jié)構(gòu)。用戶通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)Web服務(wù)器進(jìn)行訪問(wèn)，各地實(shí)驗(yàn)者利用本地電腦進(jìn)行對(duì)虛擬世界的訪問(wèn)并實(shí)現(xiàn)協(xié)作或異地實(shí)驗(yàn)，獲得相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)者通過(guò)瀏覽器對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)參數(shù)做出實(shí)時(shí)觀察與修改，在此基礎(chǔ)上完成實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)儀器、用戶信息、虛擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)庫(kù)中，本地平臺(tái)所提供的插件與瀏覽器與硬件平臺(tái)具有無(wú)關(guān)性。

（2）功能模塊。虛擬實(shí)驗(yàn)主要有以下四個(gè)功能模塊：①管理。包括實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)室軟硬件系統(tǒng)資源管理的系統(tǒng)管理、對(duì)用戶進(jìn)行管理員-老師-用戶分級(jí)權(quán)限管理的用戶管理、增加刪除試驗(yàn)項(xiàng)目和更新內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目管理、添加或更新實(shí)驗(yàn)虛擬儀器的實(shí)驗(yàn)儀器管理；②實(shí)驗(yàn)。包括知識(shí)庫(kù)、實(shí)驗(yàn)列表、實(shí)驗(yàn)展示和指導(dǎo)思考等子模塊，其中知識(shí)庫(kù)主要給師生提供實(shí)驗(yàn)相關(guān)名著、簡(jiǎn)史、人物等拓展知識(shí)，實(shí)驗(yàn)列表包含實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容、簡(jiǎn)介和操作要點(diǎn)等，實(shí)驗(yàn)展示通過(guò)動(dòng)畫(huà)、視頻等形式提示學(xué)生正確操作步驟，指導(dǎo)思考則為學(xué)生提供解題和出題服務(wù)；③結(jié)果評(píng)價(jià)。包含實(shí)驗(yàn)提交、評(píng)閱與老師答疑。該模塊主要讓教師結(jié)合評(píng)閱結(jié)果給學(xué)生學(xué)習(xí)提出針對(duì)性指導(dǎo)并安排下一步實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，解答實(shí)驗(yàn)中學(xué)生遇到的問(wèn)題；④交流討論。分為生生、師生交流，旨在通過(guò)零距離交流了解學(xué)生具體知識(shí)掌握情況與教學(xué)進(jìn)度，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題做出深入探討。

五、討論

作為一個(gè)支持遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)，虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的出現(xiàn)完善了遠(yuǎn)程教育的理論，進(jìn)一步拓寬了教育思路。伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等先進(jìn)科技的不斷進(jìn)步與硬件設(shè)備價(jià)格的逐步降低，這一新的遠(yuǎn)程教育媒體將以其巨大的教學(xué)優(yōu)勢(shì)與潛力在遠(yuǎn)程教育領(lǐng)域得到更加廣泛的應(yīng)用，獲得越來(lái)越好的發(fā)展前景。

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作者簡(jiǎn)介：趙媛（1991），性別：女，民族：漢，籍貫：四川廣元，學(xué)歷：研究生在讀，單位：湖南師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院，研究方向：遠(yuǎn)程與虛擬教學(xué)設(shè)計(jì)。