OBE導向下真實實驗轉化虛擬仿真實驗方法與探索

任松波 顧穎 孔超

(西南科技大學 土木工程與建筑學院 教務處，四川 綿陽 621010)

近年虛擬仿真技術在教育教學領域的發展十分迅猛，其具有顯著的沉浸性、交互性以及構想性，被大量應用于實驗(實踐)類課程教學。與真實實驗相比，虛擬仿真在呈現方式、知識拓展及資源共享方面優勢明顯，但其觸覺、味覺以及重力感知等體感體驗卻稍顯不足，已成為虛擬仿真實驗課程設計重點考慮因素。

目前受軟件開發水平與實驗課程設計制約，虛擬仿真實驗多停留在簡單動畫演示層面，涵蓋內容片面、實驗結果固定、操作過程游戲化。學生無法獲得足夠知識內容，訓練拓展較差，無法滿足新教育技術下“金課”標準的要求。基于此，本研究基于OBE理念，針對如何有效保證虛擬仿真實驗教學目標與成果，開展真實實驗轉化虛擬仿真實驗的方法研究。

一、OBE理念應用及特點

OBE作為引導教學改革的重要理念，能最大化提高學生綜合素質水平和內在價值，有利于學生塑造良好的人生觀和價值觀[1]。

目標導向理念一般從5個層面把控教學全過程[2,3]，即：確定學習成果、構建課程體系、明確教學策略、自我參考評價以及分步逐級提升，其關鍵點為注重實質性成果的達成度。目前，OBE理念已廣泛應用于我國高等教育教學課程改革工作中，獲得了大量寶貴經驗[4]。針對不同教學課程與專業，確定了分門別類學習成果要求，形成了各具特色的課程體系，梳理出極具效果的教學策略。然而在教學評價上，由于專業不同和學生差異，所達到的教學評價有效性不高，評價結果的真實性無法保證。在學生能力提升方面，由于理論知識與實際生產存在偏差，往往導致教學成果不突出。由此可見，當前教學改革中OBE理念的應用仍存在方法不合理、效果不明確、結果不理想的典型特征。尤其是虛擬仿真實驗教學中，OBE理念尚未發揮其突出的課程建設指導作用[5]。

二、真實實驗轉化虛擬仿真實驗方法

基于OBE理念，真實實驗轉化虛擬實驗過程中既需保證教學成果明確、教學方法與策略得當、樹立合理有效的教學參考，又要實現能力逐級提升效果。因此，實施課程轉化時，首先應將真實實驗的教學目標遷移至虛擬仿真實驗，保證兩者教學內容與要求一致，充分發揮虛擬仿真技術延時/快速、微觀表征以及多方式直觀呈現的優勢，將真實實驗教學存在弊端，利用虛擬仿真技術克服。教學方法與策略方面，提高學生自主操作和深度探知要求，增加自主探知趣味，避免動畫/圖片類演示，提升學生動手操作能力。自我評價與能力提升方面，從實際實驗結果多樣性出發，采用綜合能力考察的方式，充分發揮實驗內容與結果的多樣性分析，提升學生定性分析、定量分析、綜合定量分析水平，逐級深化學生對實驗本質認知。

三、轉化效率的保障措施

真實實驗轉化虛擬實驗，要確保實驗轉化效率。轉化效率達成度可通過虛擬實驗是否能達到或超過真實實驗的教學目標來衡量，能則有效，反之則無效。通過對西南科技大學“大跨空間鋼網架靜壓虛擬仿真實驗”教學項目的實施，在虛實實驗轉化效率保障措施方面，總結以下經驗：

1.實驗操作步驟是實驗教學的基本內容，因此轉化的虛擬仿真實驗需要具備完整的實驗操作步驟，實驗應具備對誤操作或非目標操作的及時提示；

2.虛擬仿真實驗全過程應全面介紹所涉及實驗設備。充分發揮其多視角，三維漫游功能，補充拓展重要或典型實驗設備同類型設備相關知識；

3.虛擬實驗要充分利用發揮其多層次多角度展示和可深化優勢，可將實驗考察分散到實驗操作及結果分析全過程。對于重要步驟或結果，可采用多級考察，逐層加強學生對實驗關鍵部位的掌握和分析能力。

四、結論

本文基于OBE理念，研究了真實實驗轉化為虛擬實驗的方法和措施。研究結果表明，在實驗轉化過程中，要圍繞成果導向思路的五個層次，明確虛擬實驗目標，形成有效的方法和策略，建立合理的評價參考與學習效果提升方法。重點針對虛擬實驗的實驗操作、重要設備呈現與介紹、實驗考察的布設與逐級深入進行了具體探討。