心理學虛擬仿真實驗教學中心的建設與共享

疏德明,　馮成志

(蘇州大學 教育學院，江蘇 蘇州 215123)

0　引　言

現(xiàn)代心理學是一門以實驗為基礎、以人類的心理與行為為主要研究對象的學科。開展心理學教學和研究均離不開科學嚴謹?shù)膶嶒灐Ｌ摂M仿真實驗作為真實實驗的有益補充，具有不受時空限制、綠色環(huán)保、成本低廉和避免實驗風險等優(yōu)點。隨著現(xiàn)代信息技術的飛速發(fā)展和便攜式智能終端設備的普及應用，使原本局限在實體實驗室的心理學實驗教學項目，通過虛擬仿真平臺可以隨時隨地完成。虛擬仿真實驗是指采用計算機、網(wǎng)絡信息等技術，在數(shù)學理論、相似原理以及專業(yè)基礎與理論的基礎上，實現(xiàn)各種虛擬實驗環(huán)境，實驗者可以像在真實的環(huán)境中一樣，完成各種預定的實驗項目[1]。結合心理學實驗特點和教學目標，發(fā)揮虛擬仿真實驗的優(yōu)點，形成仿真程度高、交互功能強、情景化參與、可實時評價的虛擬實驗教學中心，構建虛實結合的實驗教學新體系，將有力提升心理學實驗教學質量和效率，提高學生的創(chuàng)新和實踐能力。

1　心理學虛擬仿真實驗教學中心建設的必要性

現(xiàn)代信息技術的發(fā)展為建設虛擬仿真實驗教學中心提供了可能，而傳統(tǒng)實驗的局限則是開發(fā)虛擬仿真實驗項目的動力所在。教育部從2013年起開展了國家級虛擬仿真實驗教學中心建設，并首批評審了100個國家級虛擬仿真實驗教學中心[2]，該舉措大力推動了虛擬仿真教學中心建設，將虛擬仿真技術引入到實驗教學中，可在一定程度上彌補傳統(tǒng)實驗的局限，同時豐富了實驗教學內容，將學生的學習由被動變?yōu)橹鲃覽3]。傳統(tǒng)心理學實驗教學主要存在以下困難。

1.1　倫理問題

心理學主要研究人類的心理現(xiàn)象和心理活動發(fā)生、發(fā)展及其規(guī)律的科學，其實驗研究往往以人類為研究對象，這為心理學實驗帶來諸多倫理問題。心理學研究倫理原則之一是確保實驗干預不對被試造成身心傷害，然而相當一部分的心理學實驗干預，如疲勞、應激、藥物、負情情緒喚醒、反面角色扮演等，都可能會導致被試的身心傷害。且重復實驗，會造成重復傷害。如果在實驗教學中，采取虛擬仿真實驗，則既可以滿足實驗教學要求，又避免倫理問題。

1.2　特殊被試可遇不可求

心理學除研究正常人的心理與行為外，還研究偏離常態(tài)的各類心理過程的發(fā)生、發(fā)展、對社會適應功能的損害及其干預、矯治和預防，異常心理被試偏于正態(tài)分布的兩端，屬于少數(shù)群體，如局部腦組織損傷、精神分裂癥、人格障礙、性行為障礙、神經癥患者等。相關被試相對較難獲得，也難以對其重復開展實驗。

1.3　特殊環(huán)境難以在實驗室真實呈現(xiàn)

人類的心理活動是個體與環(huán)境交互作用的產物，研究人的心理活動離不開所處的環(huán)境，而一些特殊環(huán)境難以在實驗室中真實呈現(xiàn)，如地震、火山、火災、車禍、航空、戰(zhàn)場、極地等環(huán)境。這些極端環(huán)境不僅難以真實呈現(xiàn)，即使真實呈現(xiàn)也會對被試造成極大的身心傷害，在實驗教學中，可以通過虛擬仿真技術還原相關場景，模擬人類在特殊環(huán)境下的心理活動規(guī)律。

1.4　大型儀器設備使用成本昂貴

隨著認知神經科學的發(fā)展，心理學實驗室越來越多地使用單價在40萬元以上的大型儀器設備，如眼動儀、事件相關電位儀(ERP)、功能磁共振成像儀(fMRI)、經顱直流電刺激儀(tDCS)、功能性近紅外光譜成像(fNIRS)儀等。這些大型儀器設備的購置和運行成本高昂、機時緊張、設備精密易損、操作復雜。像事件相關電位儀使用成本約100元/h，而功能磁共振成像儀(fMRI)的使用成本約2 000元/h，昂貴的使用成本，導致大型儀器設備難以在本科教學中普遍開展，這讓本科生錯過了接觸和了解先進儀器設備的機會。如能根據(jù)這些大型儀器的工作原理、實際操作步驟與方法，建設大型儀器設備虛擬仿真使用平臺，讓師生通過虛擬仿真平臺熟悉儀器設備、數(shù)據(jù)采集和處理方法后，再進行真實使用，將大大節(jié)約成本和避免大型儀器設備的損耗。

1.5　心理活動的內部過程難以觀察

人心理活動過程是一個難以被直接觀察和感知的“黑箱”。在傳統(tǒng)的心理學實驗教學中，學生很難理解那些看不見、摸不著的心理活動規(guī)律，如記憶是如何形成、感覺信號如何在大腦中傳遞、人腦如何識別錯誤信息、大腦是如何產生思維、語言、情感等心理功能并引發(fā)相應的行為。這些難以觀察的心理活動過程是心理學實驗教學的難點，而傳統(tǒng)實驗難以有效解決，如果能將這些心理活動過程虛擬仿真成可視化的動態(tài)過程，就易于讓學生掌握理解。

1.6　心理咨詢過程的私密性

心理咨詢實踐是學生掌握心理咨詢理論和積累咨詢經驗的必經環(huán)節(jié)，但心理咨詢過程必須保密是開展心理咨詢的原則，心理咨詢來訪者不會向普通學習者敞開自己的內心世界，教師也不能在心理咨詢的現(xiàn)場安排學生觀摩學習。而在虛擬仿真實驗教學中，可以根據(jù)教學需要在征得來訪者同意下錄制視頻，并隱去可能據(jù)以辨認出來訪者的有關信息后供學生學習，還可以根據(jù)來訪者常見的心理問題構建“虛擬來訪者”進行心理咨詢練習。

2　心理學虛擬仿真實驗教學中心建設的主要內容

針對傳統(tǒng)心理學實驗的局限及虛擬仿真實驗的優(yōu)點，建設虛擬仿真與實體實驗教學中心相結合，共同提升學生的心理學實驗和實踐能力。虛擬仿真實驗教學中心的建設離不開門戶網(wǎng)站和虛擬仿真資源的建設，門戶網(wǎng)站作為虛擬仿真實驗教學網(wǎng)絡平臺數(shù)據(jù)庫和教學系統(tǒng)的網(wǎng)絡入口，需界面友好，各平臺功能齊全，包括平臺說明、功能介紹、用戶登錄、個人資料維護等功能[4]；而虛擬仿真中心是學習者提升動手能力、實踐能力及創(chuàng)新能力的平臺[5]。心理學虛擬仿真教學中心可由以下平臺組成：

2.1　生理心理學虛擬仿真平臺

生理心理學是心理學研究的重要組成部分，它探討的是心理活動的生理基礎和腦機制，但卻是心理學教學的難點。而生理心理學虛擬仿真平臺對大腦解剖結構及認知神經加工過程進行虛擬3D建模，將在實體實驗室中難以開展、對人體有傷害的生理解剖實驗虛擬化，將難以理解的抽象心理過程可視化，使得認知神經加工機制的實驗教學不再局限于二維圖解，讓學生對大腦內部結構和機制有形象直觀的認識，幫助學生更深刻地理解心理活動的生理基礎。通過該平臺可以完成前額皮層結構和功能的虛擬解剖、邊緣系統(tǒng)結構和功能的虛擬解剖、高級語言功能腦區(qū)虛擬仿真、視聽覺神經通路虛擬仿真等心理學實驗項目。在平臺上，教師教學以及師生的互動過程還可以通過添加文本、語音、視頻標簽的方式保留[6]，供學習者相互參考借鑒。與該平臺聯(lián)系密切的課程有生理心理學、腦與認知科學。

2.2　認知行為實驗虛擬仿真平臺

運用現(xiàn)代教育技術和計算機虛擬仿真技術，建設虛擬認知行為實驗項目，讓學生通過虛擬仿真平臺開展認知行為實驗。學生通過平臺可以清楚地理解心理學實驗設計和實施的方法，感受到心理學實驗設計的嚴謹性與趣味性。平臺還可以進行心理學行為實驗數(shù)據(jù)收集，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的批量、快速采集，便于開展實驗教學和學生自主科研，使實驗教學與實驗研究融為有機整體。平臺可開設空間Simon效應、心理旋轉、短時記憶提取、經典Stroop效應、內隱聯(lián)想測驗等實驗項目。將認知行為實驗放到虛擬仿真平臺上，不僅向學生充分展示了心理學實驗的流程，使其對實驗的精巧性和設計性有直觀認識，也有利于將實驗教學與實驗研究充分對接，培養(yǎng)創(chuàng)新型科研人才，同時也能增加公眾對于心理學的認識。與該平臺聯(lián)系密切的課程有普通心理學、實驗心理學、認知心理學。

2.3　特殊被試心理特征虛擬仿真平臺

特殊被試心理特征虛擬仿真平臺針對實驗教學中的特殊被試而構建，可用于探索注意力缺陷兒童的心理機制、急性心理應激與創(chuàng)傷后壓力癥候群患者的心理機制、抑郁癥患者的心理特征等。由于特殊被試數(shù)量少，且不宜進行重復實驗，在傳統(tǒng)心理學實驗教學過程，只能通過講述和演示的方式進行，教學效果不理想。通過特殊被試虛擬仿真實驗平臺，學生可對虛擬被試進行多次反復觀察和施測，可避免實驗被試的損傷。該平臺可完成杏仁核受損患者情緒加工、抑郁癥患者心理特征，多動癥兒童心理特征等虛擬實驗項目。與該平臺聯(lián)系密切的課程有異常心理學、認知心理學、心理咨詢學、發(fā)展心理學。

2.4　特殊環(huán)境虛擬仿真平臺

針對具有潛在風險和難見的特殊情境應用3D建模技術和虛擬現(xiàn)實技術，構建虛擬仿真平臺，如火災、地震、洪水、高空、戰(zhàn)場、潛艇、荒野、沙漠、極地等場景，最大程度地仿真模擬具有高危險性及在真實實驗中無法呈現(xiàn)的極端環(huán)境，營造一個接近實景的教學模式，變觀摩為模擬，化旁觀為參與，使學習內容變得容易被理解和掌握[7]。在虛擬情境中，被試能夠體驗到強烈的代入感，實驗結果能夠最大程度地反映情境變量對心理活動規(guī)律的影響。平臺可完成虛擬飛機駕駛、虛擬火災場景、虛擬作戰(zhàn)場景、虛擬高空作業(yè)等實驗項目，不僅為本科生提供了真實情況下難以獲得的實驗教學資源，通過帶有交互功能的虛擬現(xiàn)實實驗教學，虛擬現(xiàn)實技術走進了學生的生活，激發(fā)了學生廣泛的學習興趣。與該平臺聯(lián)系密切的課程有航空心理學、工業(yè)心理學、環(huán)境心理學、心理咨詢學。

2.5　大型儀器設備操作使用虛擬仿真平臺

大型儀器設備購置和使用成本昂貴，設備工藝精密，設備的原理和操作相當復雜，如果沒有經過嚴格地訓練就上機操作，既需要支付較昂貴的設備使用費，又可能導致儀器設備受損，這給學生了解大型儀器設備帶來了很大困難。通過3D虛擬交互技術，編制虛擬仿真實驗教學項目，學習者可以了解大型儀器設備的操作流程及使用說明，并可以對儀器實現(xiàn)虛擬操作。該平臺可以實現(xiàn)眼動、事件相關電位(ERP)、功能磁共振成像(fMRI)、經顱直流電刺激(tDCS)、功能性近紅外光譜成像(fNIRS)等研究所用大型儀器的虛擬仿真操作。學習者可以在平臺上模擬大型儀器的操作步驟與方法，并進行留言或提問，交流學習經驗與體會。通過在虛擬平臺上進行相關操作、反復演練，掌握高端儀器設備的使用方法，為實際使用打下扎實基礎。與該平臺聯(lián)系密切的課程有工業(yè)心理學、認知神經學。

2.6　心理咨詢虛擬仿真平臺

心理咨詢虛擬仿真平臺主要有4大模塊：心理咨詢案例、心理測評工具、虛擬咨詢、遠程咨詢。心理咨詢案例模塊，包括各類心理咨詢的典型案例，含案例介紹、典型癥狀、咨詢過程及咨詢結果的文本描述、音頻和視頻資源可供學習，同時開通留言區(qū)，供學習者之間及師生間交流，相關留言可供后面學習者參考；心理測評工具模塊集成了主要的心理測評工具，學習者既可以了解這些測評工具的用途、使用方法和測評結果解釋等內容，也可運用測評工具進行心理測驗，直觀地了解心理測驗的科學性及趣味性，還可了解測驗結構和測評報告生成方法；虛擬咨詢模塊中，“虛擬來訪者”集成了常見的心理問題，學習者可以通過語音和文本幫助“虛擬來訪者”解決心理問題；學習者在積累了一定的心理咨詢經驗基礎上，還可通過語音或視頻連線，開展真人模擬咨詢。與該平臺聯(lián)系密切的課程有心理咨詢學、臨床心理學、心理測量學。

2.7　遠程行為觀察平臺

與工廠、超市、餐飲、幼兒園和中小學等單位合作，開發(fā)遠程行為觀察平臺，實時對遠程場景進行視頻采集、上網(wǎng)、存儲、管理和展示。師生可以在線對實景中人的行為進行觀察和記錄，了解人類的生產、生活、學習和消費中的心理與行為，開展心理學教學和研究。與學校合作，開展實景課堂[8]，可以觀察幼兒園和中小學課堂教學活動，了解幼兒及中小學生的心理發(fā)展及學習特點。與該平臺聯(lián)系密切的課程有消費心理學、工業(yè)心理學、幼兒心理學、教育心理學、發(fā)展心理學、學校心理咨詢學。

心理學虛擬仿真實驗教學中心的所有平臺均提供了交流互動欄目，學習者、教師、游客均可以參與討論、分享筆記、在平臺中提問等。教師也可通過平臺布置作業(yè)、實施測驗、對學生提問進行針對性指導等。心理學及其相關學科師生及公眾可隨時隨地自由獲取教學資源，不僅促進了創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，同時也達到向大眾科普的目的，有效地發(fā)揮了心理學實驗教學中心的示范和輻射作用。

3　心理學虛擬仿真實驗教學中心建設的原則

近年來，隨著虛擬仿真實驗教學中心的建設，虛擬仿真實驗教學與實體實驗教學相互促進、互為補充、協(xié)同發(fā)展[9]。為確保心理學虛擬仿真中心建設的有序開展而持續(xù)高效運行，提升學生的綜合素質，應遵循如下基本原則。

3.1　實驗教學項目“能實不虛”

心理學虛擬仿真實驗教學項目以“實”為目標、“虛”為手段，揚長避短，以“虛”來加強理論知識與實踐動手操作的聯(lián)系，虛擬實驗是真實實驗的有益補充，真實實驗的魅力在于它的不可預制和人在接觸實物、操作實驗時身處其中的真實感覺和感受[10]，是虛擬實驗項目無法替代的。

3.2　平臺操作符合人因工程

虛擬仿真實驗項目在推廣應用中的瓶頸之一就是操作不便，學習者在使用虛擬仿真實驗項目時往往需要先掌握相關的知識與技能，比如，需要了解虛擬實驗系統(tǒng)的操作規(guī)范和技術流程等， 雖然這些知識和技能可能跟當前學習任務沒有必然聯(lián)系，但無形中增加了學習者的認知負荷[10]。虛擬仿真實驗教學平臺的“不靈活”，會導致學習者放棄學習，導致平臺形成虛設。在虛擬仿真實驗平臺建設時，應根據(jù)人因工程，科學合理地設計菜單及按鍵，增加反應器,讓學習者方便、靈活、便捷地操作實驗任務。

3.3　注重人際與情感在虛擬仿真學習中的作用

真實學習過程中，存在同伴的鼓勵與支持，學習者之間存在人際與情感連接，同伴的交流與互動是學習持續(xù)進行的動因之一。如果虛擬學習過程中沒有人際和情感參與，學習過程就會顯得單調無味，沒有生機，就很難讓學生積極主動地通過虛擬仿真平臺進行學習。因此，在虛擬仿真實驗項目設計時，在考慮人機互動時，要盡可能增加人際互動，注重情感因素的滲透，增加學習的趣味性和生動性。

4　心理學虛擬仿真實驗教學中心的共享

近年來，在國家和地方政府的支持下，高校均建立了虛擬仿真教學中心，但各高校之間的虛擬仿真實驗教學中心資源共享卻不多，據(jù)有關調研，42.30%的高校表示現(xiàn)有虛擬仿真實驗教學資源的開放共享不夠，76.92% 的高校認為現(xiàn)有虛擬仿真實驗教學資源的質量有待提高[11]。如果花費大量人力和物力建設的虛擬仿真中心得不到有效的共享利用，會導致重復建設和巨大的資源浪費，亟待建立起有利于虛擬仿真中心開放共享的管理體制和運行機制[2]，可以從以下幾方面努力，提升心理學虛擬仿真中心的共享水平。

4.1　增加開放性

不少虛擬仿真實驗教學中心需要注冊登記才可以使用，有些只允許本單位師生注冊使用，有些只能在單位局域網(wǎng)內使用，有些資源外網(wǎng)訪問速度慢，無法正常使用。心理學虛擬仿真實驗教學中心在建設時，應考慮到最大限度地實現(xiàn)校內外、區(qū)域甚至全國的實驗教學資源共享，真正滿足虛擬仿真實驗教學的多元需求[12]，提升虛擬仿真實驗教學資源的利用率。

4.2　提倡合作開發(fā)，共享使用

虛擬仿真中心資源開發(fā)成本高，而后期使用成本則相對較低，若采取合作開發(fā)，共享使用，將大大降低成本。目前，由于虛擬仿真資源開發(fā)缺乏統(tǒng)一的技術標準和規(guī)范，高校還處于各自為戰(zhàn)的階段，沒有統(tǒng)一的技術標準和規(guī)范，資源的兼容性不強，二次開發(fā)難度較大，管理平臺的系統(tǒng)架構、數(shù)據(jù)庫支持以及功能模塊、運轉流程都各有特點，相互對接存在障礙[2]。在心理學虛擬仿真實驗教學中心建設時可以通過激勵機制，調動各級單位參與共享的積極性[13]，采用“外購、合作開發(fā)和自主開發(fā)”三結合的立體建設模式[14]。

4.3　加快便攜式智能終端資源開發(fā)

隨著智能手機、平板電腦、觸控顯示設備的普及，心理學虛擬仿真實驗教學資源應具備在便攜式智能終端的可用性和易用性，應開發(fā)相應的應用APP(如心理學實驗教學助手)，通過微信公眾號連接虛擬仿真教學資源，讓隨時隨地開展實驗教學成為可能。

4.4　保障服務器和網(wǎng)絡的安全穩(wěn)定

虛擬仿真實驗教學平臺硬件支持系統(tǒng)包括大型存儲設備、服務器群、接入網(wǎng)、防火墻及無線WiFi接入等設備，為實驗教學資源整合共享系統(tǒng)與虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)提供支持,要確保心理學虛擬仿真實驗教學中心的穩(wěn)定運行，需要擴充服務器空間，加強無線寬帶網(wǎng)建設，完善虛擬仿真實驗教學平臺的功能，多途徑提供虛擬仿真實驗教學平臺鏈接等相關服務[8]，不斷加強信息技術隊伍的建設和網(wǎng)絡的安全管理，才能保障心理學虛擬仿真實驗教學中心資源的穩(wěn)定運行和快速接入，服務教學和科研工作。

5　心理學虛擬仿真實驗教學中心建設成效

5.1　心理學虛擬仿真實驗教學項目豐富

心理學虛擬仿真實驗教學中心融合了基礎實驗、綜合實驗和創(chuàng)新型實驗，通過自主研發(fā)、聯(lián)合攻關、持續(xù)投入等形式不斷積累與建設[15]，利用虛擬現(xiàn)實、多媒體交互、Web 3D等信息化技術，針對心理學實驗教學的特點，完成了生理心理學、實驗心理學、認知心理學、普通心理學、發(fā)展與教育心理學、工業(yè)心理學、臨床心理學、認知神經科學等課程的實驗教學項目的開發(fā)。學習者通過電腦、平板和智能手機等登錄云端平臺，即可選擇實驗項目開展實驗。

5.2　心理學虛擬仿真實驗教學資源共享良好

通過積極申報，2016年心理學實驗教學項目被江蘇省教育廳遴選為“省級在線開放虛擬仿真實驗教學項目”，心理學虛擬仿真教學資源在全省共享。中心還與蘇南地區(qū)企事業(yè)單位合作，虛擬仿真教學資源得以在企事業(yè)單位中推廣和應用，帶動了蘇南地區(qū)心理學實驗教學水平與人才培養(yǎng)質量的提升，社會反響良好，輻射效果明顯。

6　結　語

心理學虛擬仿真實驗教學中心的建設與共享，讓更多的在校師生和社會人士可以足不出戶、低成本地開展心理學實驗教學，了解人類心理活動的現(xiàn)象與規(guī)律，推動了心理學理論的普及和推廣。未來的建設和共享中，需大力開發(fā)與便攜式智能終端設備相適配的教學資源[16]，進一步發(fā)揮虛擬仿真實驗教學低成本、便捷、隨時隨地開展教學的優(yōu)點。

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