資源建設(shè)新形態(tài)：虛擬仿真資源的內(nèi)涵與設(shè)計框架*

王 娟，陳 瑤

(江蘇師范大學(xué) 智慧教育學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

資源建設(shè)新形態(tài)：虛擬仿真資源的內(nèi)涵與設(shè)計框架*

王 娟，陳 瑤

(江蘇師范大學(xué) 智慧教育學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

虛擬仿真技術(shù)是近年來較熱門的技術(shù)，目前廣泛應(yīng)用于教育信息化及高校實驗教學(xué)示范中心建設(shè)領(lǐng)域。由于我國虛擬仿真資源建設(shè)起步較晚，廣大研究者和實踐者對其還缺乏清晰的認識，致使國內(nèi)虛擬仿真實驗教學(xué)中心推進緩慢。虛擬仿真資源具有沉浸性、交互性和構(gòu)想性等特征，虛擬仿真資源設(shè)計需要在具身認知理論、情境認知理論及建構(gòu)主義理論指導(dǎo)下，一方面遵循“共研共建、虛實結(jié)合、拓展共享”三大設(shè)計理念，另一方面設(shè)計架構(gòu)“‘一體兩翼多平臺’的資源建設(shè)體系、‘多維度’的虛擬仿真實踐教學(xué)體系、‘多向度’的虛擬仿真軟件和產(chǎn)品”三個模塊，按照確定資源類型、細化設(shè)計腳本、編寫設(shè)計說明書、設(shè)計實施與開發(fā)四個環(huán)節(jié)進行設(shè)計架構(gòu)。

虛擬仿真技術(shù)；虛擬仿真資源；情境認知；設(shè)計框架

隨著教育教學(xué)改革的不斷推進，教育部對高校實驗教學(xué)信息化工作提出了新要求。2013年8月，教育部決定開展國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)工作(教高司函[2013]94號)，2013年建設(shè)100個左右國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心[1]。2014年8月，教育部發(fā)布《關(guān)于開展2014年國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》(教高廳函[2014]31號)[2]。2015年6月，教育部發(fā)布《關(guān)于開展2015年國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》(教高廳函[2015]24號)[3]。截至2015年，我國已建成200個國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心，分布在全國155所普通本科院校[4]。

目前，推進虛擬實驗教學(xué)中心的建設(shè)已引起國內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注，英國開放大學(xué)、美國耶魯大學(xué)、IE商學(xué)院等機構(gòu)，為開展虛擬教學(xué)相繼推出了虛擬仿真教學(xué)資源和平臺。虛擬仿真資源是虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)的重要內(nèi)容，為學(xué)習(xí)者的動手能力、實踐能力及創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供了資源和平臺。隨著我國虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)的推進，大大提高了廣大教育工作者和研究者開發(fā)虛擬仿真資源的勇氣和信心，但通過文獻梳理與相關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當前國內(nèi)外對虛擬仿真資源設(shè)計的研究較少。基于此，本研究重點探討虛擬仿真資源的內(nèi)涵，通過虛擬仿真資源的設(shè)計理念，構(gòu)建其設(shè)計框架、解析其設(shè)計流程，以期對我國虛擬仿真資源的建設(shè)提供借鑒和參考。

一、虛擬仿真資源內(nèi)涵、類型與特征

(一)虛擬仿真資源的內(nèi)涵

虛擬仿真技術(shù)是仿真模擬技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是綜合利用計算機圖形系統(tǒng)和各種現(xiàn)實及控制等接口設(shè)備，在可交互的三維環(huán)境中提供沉浸感的技術(shù)[5]。用虛擬仿真技術(shù)所創(chuàng)造的學(xué)習(xí)環(huán)境具有物理、環(huán)境和行為真實感，使學(xué)習(xí)者能在類似真實的情境中體驗解決真實的問題。

“虛擬仿真資源”對多數(shù)人來說并不陌生。文獻檢索發(fā)現(xiàn)，2012年國內(nèi)開始出現(xiàn)“虛擬仿真資源”的文章和報道。張瑩在“以虛擬仿真資源為抓手，打造湖鐵特色教學(xué)資源平臺”中，首次對虛擬仿真資源的建設(shè)思路及與教學(xué)資源庫平臺發(fā)展提出了建設(shè)構(gòu)思[6]。隨后，孫愛娟對職教領(lǐng)域虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用進行了分析[7]。此外，為提高使用效益、創(chuàng)新應(yīng)用模式，近年來圍繞虛擬仿真資源的高峰論壇不斷涌現(xiàn)，如“中國職業(yè)教育虛擬仿真教學(xué)資源高峰論壇”等。這些研究和活動主要是分享了虛擬仿真資源建設(shè)、應(yīng)用的研究成果和實踐經(jīng)驗，以及行業(yè)前沿和產(chǎn)品方案，但對虛擬仿真資源的內(nèi)涵闡釋不多。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對虛擬仿真資源的概念界定尚顯模糊，為此筆者通過對近年來虛擬仿真資源資料、會議、報告等梳理，將虛擬仿真資源界定為：借助仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)的、蘊含大量信息、可以被利用的各種顯現(xiàn)的或潛隱的條件和要素，主要涉及基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備、實驗材料(素材、案例、影視、動畫、圖片、課件、教具等)、實驗軟件、支持系統(tǒng)等，通常包括仿真模型、仿真數(shù)據(jù)、仿真軟件和仿真平臺。當前各級各類機構(gòu)，對虛擬仿真資源基本都采用自定方案的建設(shè)模式，暫無指定的設(shè)計方案。

虛擬仿真資源具有漫游、演示、互動、考核等功能[8]。目前虛擬仿真資源主要應(yīng)用在軍事與航天、城市規(guī)劃與經(jīng)營、建筑設(shè)計、房地產(chǎn)、科技館、博物館、古文化遺產(chǎn)還原與保護、模擬訓(xùn)練、游戲、娛樂、通信、醫(yī)療、教育、藝術(shù)、體育、分子化學(xué)、科學(xué)計算可視化等領(lǐng)域。虛擬仿真資源的教育領(lǐng)域應(yīng)用主要體現(xiàn)在醫(yī)學(xué)教育、電類實驗教學(xué)、機器工程實驗教學(xué)、現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)、市政環(huán)境實驗教學(xué)等領(lǐng)域(如圖1所示)。

圖1 虛擬仿真資源的教育應(yīng)用

(二)虛擬仿真資源的類型

目前，我國虛擬仿真資源的開發(fā)正處于急速發(fā)展期，對虛擬仿真資源的分類主要涉及以下兩種：

第一種方法將虛擬仿真資源分為四類：一是教材知識類，依據(jù)教材及教學(xué)大綱，系統(tǒng)化構(gòu)建仿真資源，將抽象的知識形象化、立體化；二是現(xiàn)有實驗類，將現(xiàn)有實驗虛擬仿真，以拓展真實實驗，擺脫地點限制，隨時隨地實驗學(xué)習(xí)；三是企業(yè)一線類，由市場決定生產(chǎn)、資源圍繞一線服務(wù)，即將企業(yè)一線的生產(chǎn)環(huán)節(jié)、制作過程、操作環(huán)節(jié)(難理解、難表達、意義大)虛擬仿真，以便學(xué)生在校內(nèi)體驗學(xué)習(xí)；四是設(shè)想類，屬于設(shè)想或規(guī)劃，沒有實物參考，可依靠講解、網(wǎng)絡(luò)搜集圖片、參考書籍資料，進行仿真教學(xué)資源開發(fā)，便于學(xué)習(xí)交流。

第二種方法是按照不同的應(yīng)用技術(shù)、依托平臺、使用方式及學(xué)科屬性劃分[9]：這里借鑒胡今鴻的觀點[10]，按應(yīng)用技術(shù)分為沉浸式實驗(虛擬現(xiàn)實技術(shù))、計算機虛擬實驗(多媒體)、分布式協(xié)同實驗(網(wǎng)絡(luò))、個性化自主實驗(教育游戲軟件)、遠程交互實驗(遙控技術(shù))等資源；按平臺特征可分為虛擬仿真實驗室、移動實驗室、網(wǎng)絡(luò)實驗室等資源；按使用方式可分為軟件共享、儀器共享和遠程控制三種資源。

(三)虛擬仿真資源的特征

用虛擬仿真技術(shù)開發(fā)的資源具有沉浸性、交互性、構(gòu)想性等特征，同時具有將知識點附加到三維模型上，三維結(jié)構(gòu)可任意旋轉(zhuǎn)、縮放，互動拆裝，實現(xiàn)三維可視化。具體體現(xiàn)如下：一是沉浸性，指使用者完全融入計算機所創(chuàng)建的虛擬環(huán)境中，真正實現(xiàn)人與虛擬環(huán)境的“融合”。理想的虛擬環(huán)境達到了讓用戶真假難辨的程度，如電力安全培訓(xùn)的虛擬操作過程，將安全事故的沉浸式體驗突出強化，從而帶來視覺、聽覺、觸覺、嗅覺上的感觀刺激[11]。二是交互性，指虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)能夠提供方便、豐富、自然的人機交互手段。用戶可以用手直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，并有抓握的感覺，被抓的物體也能伴隨一起移動，如Kinect體感游戲。Kinect是一種3D體感攝影機，只要手勢或聲音就能進行游戲操作，使人機互動的理念更徹底[12]。三是構(gòu)想性，指針對某一特定的領(lǐng)域，解決使用者的應(yīng)用需要及豐富的想象力，使人沉浸在虛擬環(huán)境中產(chǎn)生聯(lián)想和構(gòu)建，延伸出新的理念和想法，進而產(chǎn)生認識上的飛躍。

二、虛擬仿真資源設(shè)計的指導(dǎo)理論

(一)具身認知理論

具身認知觀認為，環(huán)境是認知過程必不可少的部分[13]，人的認知是身體、環(huán)境、活動三者協(xié)同作用的結(jié)果[14]。基于此，虛擬仿真資源設(shè)計應(yīng)將技術(shù)置于整個人類實踐的境脈中考察，探索如何將技術(shù)用于擴展人類的認知系統(tǒng)并付諸實施，在此過程中，技術(shù)從“可見”走到“隱形”[15]；同時需要將虛擬學(xué)習(xí)空間和現(xiàn)實世界有機結(jié)合起來，提供學(xué)習(xí)者實踐參與的、個性化、高互動的學(xué)習(xí)環(huán)境，即使得學(xué)習(xí)者在技術(shù)支持下創(chuàng)造屬于自己的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)習(xí)在一個合作共變的過程中得以發(fā)生。在該過程中，技術(shù)及其支持下的學(xué)習(xí)環(huán)境不再是外在學(xué)習(xí)者的系統(tǒng)，而是內(nèi)化為學(xué)習(xí)者認知系統(tǒng)的一部分[16]。

(二)情境認知理論

情境認知由實踐共同體的邊緣者逐漸到積極主動接觸實踐共同體文化的核心，并在實踐共同體協(xié)助下完成知識的意義組建[17]。情境認知理論強調(diào)，教學(xué)設(shè)計的理論應(yīng)與實踐相結(jié)合，通過真實的情景進行教學(xué)。知識通過情境獲取，影響著虛擬仿真資源的教學(xué)系統(tǒng)和學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計與開發(fā)[18]。因此，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建虛擬教學(xué)情境，應(yīng)從學(xué)習(xí)者的認知心理出發(fā)，掌握學(xué)習(xí)者已具備的知識和對情境的理解，使得新舊知識順利銜接，形成自己的認知結(jié)構(gòu)，提高認知能力；并將學(xué)習(xí)資源通過超級鏈接的形式添加到場景中，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)者的自學(xué)能力[19]。

(三)建構(gòu)主義理論

建構(gòu)主義理論認為，理想的學(xué)習(xí)環(huán)境包括情境、協(xié)作、交流和意義建構(gòu)四個部分，情境創(chuàng)設(shè)是教學(xué)設(shè)計中最重要的環(huán)節(jié)[20]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的沉浸性、交互性和構(gòu)想性，使學(xué)習(xí)者能沉浸其中，形成具有交互效能多維化的信息環(huán)境，把新舊知識聯(lián)系起來，達到知識建構(gòu)的目的。借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建逼真的虛擬環(huán)境，能夠解決學(xué)習(xí)中的情景化及交互性的問題，激發(fā)學(xué)生的求知欲，加深對知識的理解。虛擬仿真資源情境的創(chuàng)設(shè)多種多樣，可以借助語言描述、圖畫展示、視頻、多媒體設(shè)備創(chuàng)設(shè)。如物理、化學(xué)、生物實驗中，使用虛擬仿真資源提供了一種身臨其境的環(huán)境；歷史、地理等學(xué)科教學(xué)中，則可以模擬歷史人物及自然現(xiàn)象。

三、虛擬仿真資源的設(shè)計理念

為了創(chuàng)造有價值的虛擬仿真資源，使之在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)、虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)中發(fā)揮重要作用，應(yīng)建立資源融合、多方協(xié)同的合作模式，構(gòu)建出技術(shù)先進、功能多樣、近似真實、高效管理的虛擬環(huán)境。因此，虛擬仿真資源必須理性設(shè)計，應(yīng)遵循三大理念，即共研共建(牽手行業(yè)頂尖公司、共研虛擬仿真資源)、虛實融合(虛擬資源遠程控制、傳統(tǒng)實驗和虛擬實驗無縫對接、開放融合)、拓展共享(重視實驗教學(xué)、拓展資源共享)。這三種理念共同指導(dǎo)著高質(zhì)量虛擬仿真資源的設(shè)計與開發(fā)(如右圖2所示)。

(一)共研共建——牽手行業(yè)頂尖公司，共研虛擬仿真資源

虛擬仿真資源在設(shè)計過程中，應(yīng)堅持開放共享，突出實驗資源的“高精尖”“現(xiàn)代化”和“職業(yè)化”，與國內(nèi)頂尖公司共同研發(fā)虛擬仿真實驗軟件，結(jié)合實體實驗教學(xué)資源，與國內(nèi)外多家大型產(chǎn)業(yè)基地合作，形成“一體兩翼多平臺”的實驗教學(xué)體系，借助虛擬場景制作仿真實訓(xùn)軟件、借助軟件模擬實驗制作過程，讓學(xué)習(xí)者參與各類仿真設(shè)計和場景設(shè)計。唯如此，才使開發(fā)的資源具有不可替代性和可移植性，延伸實驗的空間和實踐，提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和設(shè)計能力，提高實驗的效果和效率[21]。

圖2 虛擬仿真資源的三大設(shè)計理念

(二)虛實結(jié)合——虛擬資源遠程控制，虛實結(jié)合開放融合

虛擬仿真資源可以把實驗成本高、大型綜合訓(xùn)練，以及環(huán)境、硬件、安全無法保障的實驗項目，通過虛擬仿真實驗教學(xué)完成；大型昂貴的實體實驗一般在共建的產(chǎn)業(yè)實踐基地完成；基礎(chǔ)性的實驗、一般性技能訓(xùn)練，則通過中心實體實驗進行實訓(xùn)。部分虛擬仿真實驗資源，可以通過相應(yīng)網(wǎng)站的開放共享實驗課程實施遠程操作，達到與實驗室操作同樣的實訓(xùn)效果。同樣，學(xué)習(xí)者可以借助課程資源共享平臺或手機微信公共號與實踐指導(dǎo)教師交流，實時地得到指導(dǎo)。虛擬仿真資源容易遠程操作，其建設(shè)應(yīng)遵循“能實不虛、虛實結(jié)合”的原則，促進其可持續(xù)發(fā)展和良性循環(huán)。

(三)拓展共享——重視實驗教學(xué)，拓展應(yīng)用領(lǐng)域

虛擬仿真資源設(shè)計應(yīng)以單元集成、自主研究和開發(fā)、校企合作開發(fā)、虛擬仿真技術(shù)研究成果轉(zhuǎn)化、典型工程項目轉(zhuǎn)化為主；強調(diào)實踐教學(xué)的重要作用，結(jié)合實驗教學(xué)實際，關(guān)注虛擬仿真再現(xiàn)工作，并將其設(shè)計為虛擬實驗資源。同時，注重校企合作、資源共享，通過校企合作共同開發(fā)實驗軟件，形成“產(chǎn)學(xué)研”一體化的實踐教學(xué)體系；采用科研成果和校企合作開發(fā)，使資源具備良好的科學(xué)性、前沿性、實用性，保證資源的先進性、創(chuàng)新性。因此，虛擬仿真資源設(shè)計應(yīng)體現(xiàn)實驗資源整合、教學(xué)科研結(jié)合、校企聯(lián)合的“三合”理念，使得資源真正共享、全面共享成為可能，進而推動資源的開放及推廣應(yīng)用。

此外，虛擬仿真資源設(shè)計也體現(xiàn)在3個“1+1”模式上，即“課程+項目、創(chuàng)作+競賽、虛實+基地”。其中“課程+項目”是精心設(shè)計實驗資源，結(jié)合研究課題和教學(xué)創(chuàng)新實踐，全面提高實驗的針對性和技能掌握的實用性，開發(fā)出針對性強的資源。“創(chuàng)作+競賽”是實驗資源在技能實訓(xùn)的同時強調(diào)整體創(chuàng)作訓(xùn)練，鼓勵學(xué)習(xí)者利用各類專業(yè)競賽帶動科研創(chuàng)作與實踐技能的提升。“虛實+基地”指設(shè)計的實驗實訓(xùn)資源，強調(diào)理論與實踐融合、校內(nèi)與校外兼容、校企兼容、專業(yè)互補等，同時通過校外創(chuàng)新實踐基地進行全方位的實體體驗，達到“虛實相應(yīng)、協(xié)調(diào)互補、全面提高”的實訓(xùn)效果。

四、虛擬仿真資源的設(shè)計框架和內(nèi)容

新一代虛擬仿真技術(shù)注重學(xué)習(xí)者的主動參與，使得虛擬仿真資源發(fā)展將轉(zhuǎn)向“理、虛、實”一體化方向，即將“有限的物理空間”拓展成為“無限虛擬空間”，實現(xiàn)多地、多校、多專業(yè)的資源整合和共享，形成虛實結(jié)合、師生互動、自主學(xué)習(xí)的虛擬環(huán)境。目前，將仿真平臺和各種教學(xué)資源融為一體，實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容立體化、教學(xué)過程和管理現(xiàn)代化，并通過平臺實現(xiàn)在線教學(xué)管理、學(xué)習(xí)指導(dǎo)、成績考核等任務(wù)，已得到廣泛應(yīng)用。如數(shù)字電路虛擬實驗室教學(xué)資源以Multisim10仿真軟件為核心，將資源分為課前學(xué)習(xí)資源、實驗課教學(xué)資源和課后學(xué)習(xí)資源三部分[22]。

虛擬仿真資源作為虛擬仿真實驗中心建設(shè)的重要組成部分，目前還缺少成熟的設(shè)計理論和開發(fā)過程模型。虛擬仿真資源設(shè)計應(yīng)充分考慮信息特點，采用面向?qū)ο笤O(shè)計方法，遵循模塊化設(shè)計理念，各資源模塊應(yīng)劃分清晰、相互獨立、具備高內(nèi)聚、低耦合的特點。為此，基于對虛擬仿真資源的認識及實踐經(jīng)驗，研究構(gòu)建了虛擬仿真資源的通用設(shè)計框架，該框架包括四層，分別是理論指導(dǎo)層、模塊要素層、資源樣態(tài)層和資源管理層。

虛擬仿真資源設(shè)計在具身認知、建構(gòu)主義和情境認知理論指導(dǎo)下，由實現(xiàn)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)所需的多類資源組成，主要包括仿真軟件和產(chǎn)品、教學(xué)素材資源、相關(guān)平臺和實踐教學(xué)體系。其中教學(xué)素材資源是資源庫建設(shè)的核心任務(wù)，網(wǎng)絡(luò)平臺是資源庫運行的關(guān)鍵要素，實踐教學(xué)體系提供了支撐架構(gòu)。教學(xué)素材資源主要建設(shè)虛擬實驗、課件、圖片、視頻和動畫等素材，為學(xué)習(xí)者提供設(shè)備、操作練習(xí)及實驗案例等資源，如虛擬實驗開發(fā)、教學(xué)課件、教學(xué)動畫及教學(xué)錄像等；同時設(shè)計出滿足實驗教學(xué)、互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)、課堂教學(xué)的仿真軟件和產(chǎn)品，開發(fā)出不同形態(tài)的資源。此外，虛擬仿真資源還應(yīng)加強管理，如O2O操作、仿真創(chuàng)新活動等。

(一)“一體兩翼多平臺”的資源建設(shè)體系

虛擬仿真資源設(shè)計應(yīng)以“虛擬結(jié)合、資源共享、開放融合”的理念，構(gòu)建“一體兩翼多平臺”的資源建設(shè)體系。“一體”指實驗資源體系，“兩翼”指實體實驗資源和虛擬實驗資源(如圖3所示)。實體實驗資源即傳統(tǒng)的實驗平臺資源，虛擬實驗資源包括“虛擬場景制作仿真實驗”“特殊虛擬仿真實驗”等資源。實際上，實體實驗為虛擬實驗提供內(nèi)容資源和實訓(xùn)目標，虛擬實驗則通過高效、便捷、低成本的方式成為實評實驗的重要支撐。

圖3 “一體兩翼多平臺”的虛擬仿真資源建設(shè)體系

(二)“多維度”的虛擬仿真實踐教學(xué)體系

虛擬仿真資源設(shè)計應(yīng)著眼于社會需求和未來發(fā)展，緊密聯(lián)系實體實驗和理論教學(xué)，構(gòu)成“虛擬、實體、理論”三位一體的課程體系，將虛擬實驗分為基礎(chǔ)實驗、技能訓(xùn)練、綜合實驗三個層面，強調(diào)與理論、研究成果、企業(yè)、實體實驗的融合，打造“產(chǎn)學(xué)研”一體化的資源建設(shè)模式(如圖4所示)，如常規(guī)實驗、實驗仿真(教學(xué)、培訓(xùn))、科研服務(wù)實驗項目、虛擬仿真實驗項目演示、實驗課程和實驗項目的多媒體課件演示。通過觀看實驗視頻或課件，可以了解實驗過程，完成部分虛擬實驗操作，提高學(xué)習(xí)的主動性、獲得更好的實驗效果。

圖4 多維度的虛擬仿真實踐教學(xué)體系

(三)“多向度”的虛擬仿真軟件和產(chǎn)品

虛擬仿真資源的實踐教學(xué)應(yīng)用主要體現(xiàn)為：課堂教學(xué)(多媒體教室+互聯(lián)網(wǎng))、實驗室教學(xué)(局域網(wǎng)絡(luò)版)和互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)(在線教學(xué)平臺，如筆記本、IPAD、手機等)。但目前高校的虛擬仿真資源多存在知識點掌握度不夠、規(guī)范操作意識薄弱、實踐能力差等問題，虛擬仿真資源設(shè)計需要遵循“虛實結(jié)合、相互補充、能實不虛”的原則，需要開發(fā)面向不同學(xué)習(xí)者的虛擬仿真軟件，需要和企業(yè)合作開發(fā)虛擬仿真產(chǎn)品。如目前比較有代表性的仿真教學(xué)軟件，包括NOBOOK虛擬實驗室系列仿真軟件、Vcm仿真實驗、仿真軟件Multisim等，這些軟件有助于理論和實踐的融合，提高行業(yè)綜合實力。

五、虛擬仿真資源設(shè)計的流程

虛擬仿真資源是根據(jù)用戶需求開發(fā)的仿真資源，包括系統(tǒng)和設(shè)備的三維模型、相關(guān)視頻和動畫、操作流程、典型案例等。目前，國內(nèi)對虛擬仿真資源設(shè)計的具體流程還處于探索階段，大多是對虛擬仿真實驗教學(xué)中心的設(shè)計和研發(fā)。為實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源的充分共享、滿足專業(yè)建設(shè)和現(xiàn)實發(fā)展的需求，在借鑒職教領(lǐng)域虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)基礎(chǔ)上，研究提出了虛擬仿真資源設(shè)計的通用流程，包括：確定資源類型、細化設(shè)計腳本、編寫設(shè)計說明書、設(shè)計實施與開發(fā)四個環(huán)節(jié)(如圖5所示)。

圖5 虛擬仿真資源的通用設(shè)計流程

(一)確定資源類型

傳統(tǒng)的實驗設(shè)備和技術(shù)條件有限，集成度低，完成的實驗功能單一，因此虛擬仿真資源設(shè)計首先要明確資源的類型，提供資源設(shè)計指導(dǎo)書、設(shè)備圖片、示意圖或視頻(展現(xiàn)或說明設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理、使用過程)等必要的說明材料。如虛擬仿真資源平臺應(yīng)具有豐富的網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)資源，包括基礎(chǔ)實驗、實踐培訓(xùn)、實驗項目介紹、部分虛擬仿真實驗項目的演示視頻、課程和實驗項目的多媒體課件等。一般而言，虛擬仿真資源主要包括實驗教學(xué)類、實踐培訓(xùn)類和科研服務(wù)類等資源，這幾類資源應(yīng)滿足學(xué)校、企業(yè)、地區(qū)的虛擬仿真實踐教學(xué)需求，實現(xiàn)校內(nèi)外、本地區(qū)及更廣范圍內(nèi)的資源共享。

(二)細化設(shè)計腳本

腳本應(yīng)包括虛擬仿真資源涉及的實驗項目、實驗軟件、仿真環(huán)節(jié)等設(shè)計、展示形式、實驗的方法和步驟、實驗數(shù)據(jù)分析方法及標準等。其中，“教”的環(huán)節(jié)主要涉及教學(xué)流程、實驗完整事項等文字、視頻或語音的介紹；“學(xué)”的環(huán)節(jié)需要展示相關(guān)內(nèi)容，如觀看實驗步驟、了解實驗儀器結(jié)構(gòu)及操作方式等；“練”的環(huán)節(jié)主要是進行實驗練習(xí)、模擬演示、實訓(xùn)操作等；“考”的環(huán)節(jié)主要描述實驗數(shù)據(jù)的分析、處理方法，得出實驗結(jié)果，對使用者的演示、操練過程進行評價等。

(三)編寫設(shè)計說明書

虛擬仿真資源設(shè)計需要依托虛擬現(xiàn)實技術(shù)、360度全景展示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和人機交互技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)手段，以實現(xiàn)多種功能為主，同時通過情景再現(xiàn)，為科學(xué)研究提供實驗支撐和數(shù)據(jù)支持。虛擬仿真資源設(shè)計需要編寫“設(shè)計說明書”，制作軟件、注意事項以及操作使用方法(如相應(yīng)設(shè)備、儀器、儀表、工具等的圖片或錄像)。如江蘇師范大學(xué)軌道交通信息與控制虛擬仿真實驗，功能設(shè)計完備、說明充分，有效地解決了傳統(tǒng)實驗和實訓(xùn)質(zhì)量考核難的問題。

(四)設(shè)計實施與開發(fā)

虛擬仿真資源是多種教學(xué)資源的融合，需要構(gòu)建技術(shù)先進、功能多樣、貼近實際的虛擬環(huán)境，為學(xué)習(xí)創(chuàng)造有力條件，使資源建設(shè)促進教與學(xué)模式的變遷。因此，在腳本設(shè)計基礎(chǔ)上需要對虛擬仿真資源進行虛擬場景、三維模型的搭建，制作相關(guān)視頻、動畫、演示操作等(如圖6所示)。此外，虛擬仿真資源設(shè)計還需考慮操作場景模型，按照虛擬教學(xué)訓(xùn)練平臺要求設(shè)計仿真資源包，視頻和動畫制作要依據(jù)制作腳本整理、制作、輸出素材。

圖6 虛擬仿真資源設(shè)計流程

總之，虛擬仿真資源設(shè)計，應(yīng)注重過程設(shè)計、重視資源呈現(xiàn)的樣態(tài)(視頻、動畫、虛擬場景等)，利用制作軟件預(yù)演、修正與完善，從而制作出最佳的資源。當下，物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的快速發(fā)展及在教育領(lǐng)域的逐步滲透，正在改變教育的運作模式[23]。虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)是實現(xiàn)教育信息化的重要抓手，作為虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)的重要內(nèi)容，未來其重要性將會更加凸顯。

[1] 教高司函[2013]94號. 關(guān)于開展國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作的通知[Z].

[2] 教高司函[2014]31號.關(guān)于開展2014年國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作的通知[Z].

[3] 教高廳函[2015]24號. 教育部辦公廳關(guān)于開展2015年國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作的通知[Z].

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The New Form of Resources Construction:The Connotation and Design Framework of Virtual Simulation Resources

Wang Juan, Chen Yao

(School of Smart Education, Jiangsu Normal University, Xuzhou Jiangsu 221116)

Virtual simulation technology is a hot technology in recent years. Now it is widely used in education informatization,the construction of experimental teaching demonstration center in Colleges and universities. The construction of virtual simulation resources in our country starts late, and the majority of researchers and practitioners still lack a clear understanding, which leads to slow development of virtual simulation experiment teaching center in China. The virtual simulation resources have three characteristics, that’s immersion, interactivity and imagination. The design of virtual simulation resources needs to be guided by cognitive theory, cognitive theory and constructivism. On the one hand, we should follow three design concepts, including co construction, combination of dummy and reality, and expanding sharing. On the other hand, we design three modules, including resources construction system on “one body and two wings and multi-platform”, virtual simulation practice teaching system on “multi dimension”, and “multi-dimensional” virtual simulation software and products. According to the step of determining the type of resources, detailed design script, writing design speci fi cations, designing implementation and development to design framework.

Virtual Simulation Technology; Virtual Simulation Resources; Situational Awareness; Design Framework

G434

A

王娟：博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向為現(xiàn)代遠程教育、開放課程(wjuan8@163.com) 。

陳瑤：在讀碩士，研究方向為教育信息化與智慧教育。

2016年9月23日

責任編輯：趙興龍

1006—9860(2016)12—0091—06

*本文系2016年教育部人文社會科學(xué)研究青年基金項目“‘互聯(lián)網(wǎng)+’時代高校智慧型課程構(gòu)建的理論與實踐”(項目編號：16YJC880074)階段性研究成果，受江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項目(項目編號：PPZY2015C204)資助。