虚拟实验在远程开放教育中具有不可替代的优势
——北京师范大学教育学部副部长黄荣怀在中国远程教育学术论坛上的演讲
中国网 时间: 2012-12-12  作者: 郝丹 冯琳  文章来源: 《中国远程教育》  责任编辑: 戴维  编辑信箱

  在传统教学当中,教学实验室是理工科(STEM) 教育的必备设施,教学实验室除了各学科相应的培养目标以外,通常包含以下教学目标:学习者在教师以及学习同伴的指导和帮助下,利用所学概念和原理,采用科学的方法,熟悉仪器设备的使用和操作,掌握仪器设备的规范操作和实验流程,以促进对课堂所学概念和原理的理解和掌握,进而培养学生的批判思维和创新思维。然而,传统的实验室面临诸多限制,比如课时长度及安排不够灵活、需要投入大额资金、专用仪器难以获得、时间和资源配置有限、部分实验存在安全隐患、学生动手能力逐渐减弱等。三维建模技术、虚拟现实技术、数字化控制技术、增强现实技术等新技术的发展,使得虚拟实验成为可能,这在很大程度上弥补了传统实验室的不足。

  虚拟实验室是以计算机技术、网络技术为支撑,通过开发虚拟实验的组件,模拟和再现真实的实验场景、实验设备和实现过程的一种虚拟实验环境。虚拟实验室因其成本低、可重用性高、可共享性强、不受时空限制、不易损坏、安全性高等特征在实验教学领域特别是远程教育领域和对实验安全性要求较高的领域受到教师和学生的青睐。

  虚拟现实技术被普遍认为是虚拟实验最核心的支撑技术,但目前虚拟现实技术比较成熟的应用领域主要是游戏产业、电影产业和汽车、飞机等特殊的培训行业。若将虚拟现实的理论和技术“机械地”应用于教学实验和科学研究,其可信度将面临巨大挑战。虚拟实验系统开发的好坏、质量的高低决定了它的应用效果。因此,评价虚拟实验系统的实验环境是否真实、交互是否友好、过程与数据是否可信就至关重要。从用户(实验操作者)对虚拟实验的认知来看,虚拟实验的可信度认知可以从环境拟真度、操控可信度和用户体验度三个维度进行衡量。按可信度从低到高,虚拟实验可分为模拟性实验、探究性实验和实证性实验三个层级。模拟性实验适用于一般性原理演示和过程体验,探究性实验适用于特殊事物的属性呈现和事物关系的体验性发现,实证性实验适用于科学原理和事物关系的验证。从现实世界获取真实数据或利用传感技术实时釆集数据是增强实验可信度的必然途径。

  在远程教育领域中,由于学习地点分散、学习者差异显著、集中实验的高成本等特点,虚拟实验具有其不可替代的优势。虚拟实验能够满足处在不同地点、不同时间的具有不同风格的学习者进行学习需求,其可重用性强,实验过程可再现性高,可有效实现数据、设备和资源的共享,能够克服传统实验室的弊端,成为学习者协同交流与共享的学习平台。