虚拟实验的现状分析及应对策略

摘要：本文对虚拟实验的发展现状和存在问题进行了浅要地分析，并提出了相应的对策以加快虚拟实验的发展。

关键词：虚拟实验；发展现状；困难；应对策略

中图分类号：G642.0 文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)05-11349-02

1 引言

教学实验是实施教学过程的重要组成部分，是学生验证知识、探究客观现实规律的不可缺少的途径。目前的教学实验基本上都是在实验室中进行的，该运作方式存在着投入大，损耗大，效率低、周期长、维护困难、设备更新慢等缺点。随着网络技术发展和Internet的普及，虚拟实验应运而生。与传统教学相比，虚拟实验具有使用方便、成本低廉、干扰少、容易实现相同条件下的重复实验、网络环境下的共享性好、受益面广等优点，是网络教学的重要内容。虚拟实验成为研究和开发的热点。

2 虚拟实验的发展现状

虚拟实验是利用计算机及仿真软件来模拟实验的环境及过程，让学生通过计算机操作来做实验，以代替或加强传统进行的真实实验。从技术层面在看，大致有基于VRML虚拟现实技术的仿真实验、基于Active技术的仿真实验、基于交互式Flash的仿真实验、基于Java技术的和Quicktime VR技术的仿真实验等等。其中以基于VRML和Flash的居多。网上访问量较大的虚拟实验室有加拿大西北大学虚拟物理实验室、美国俄勒冈大学物理实验室网站、中国台湾师范大学物理教学/示范实验网站等。

我国大陆网上仿真实验起步较晚，但发展速度较快。目前部分大学已陆续在网上设立了虚拟实验室，有的已提供了有限的仿真实验服务。例如华中理工大学机械学院的工程测试网上仿真实验室、武汉理工学院的化学实验室、浙江大学的重点实验室、浙江师范大学教育学院现代教育技术下的虚拟实验室，还有同济大学、西南交大、中国科技大学等等。

3 虚拟实验发展中面临的困难和问题

虽然国家各高校和科研部门在虚拟实验方面已取得了可喜的成绩。但总体来说，还停留在研究和探索阶段，其实践和应用局限在部分高校的有限的范围，虚拟实验的数量有限，在教学中真正发挥作用的更是少量。目前，较成熟的是高等教育中的数字逻辑电路、化学、生物等方面。中学教学中需要的相关实验几乎是空白，少量的只有以课件形式出现，交互性少，以模拟演示的方式存在。还不能称之为真正意义上的虚拟实验。对于工作在一线的中学教师，基本上没有接触到虚拟实验。虚拟实验在教学中，特别是在中学教学中的应用和普及还有待时日，究其原因，主要存在着以下几个方面：

3.1 虚拟实验技术受到虚拟现实技术、实验仪器技术和网络技术等计算机技术和教育心理学方面知识的制约

计算机技术虽然发展很快，但是多媒体技术，网络技术，虚拟现实和人工智能等代表着计算机发展的前沿技术，尚有大量的技术难题有待研究和探索。作为教学中应用的虚拟实验、特别是网上仿真的虚拟实验室涵盖着多方面的技术。它需要在计算机中创设出实际实验室所具有实验环境，实验仪器；制定实验目标、任务、过程；让学生自主的或协作的方式进行实验；让学生接受实际实验所具有的感性认识和知识技能。同时还要培养学生自主，探究的精神。实验的环境需要一定的虚拟现实的沉浸性，操作过程需要很高的交互性，实验内容的科学性，并且还要符合学生认知心理的教育学、心理学方面的知识。可以说，虚拟实验技术代表着现代教育技术的有机结合。它所包涵的技术难度和深度是可想而知的。

3.2 参与虚拟实验研究和开发的科技人员数量少，总体技术力量薄弱

目前，虚拟实验的研究和开发人员主要是高校和科研部分的专家、教授和研究生。存在于各高校网站的虚拟实验室基本上是以任务和课题的形式研发，有的是在开发高校精品课程的背景下进行，长期进行一线研究的人员较少。另一方面，由于受技术力量的限制，虚拟实验的相关知识只作为各别章节的内容存在于计算机类的教科书中，各理工科院校的本科生只接受基本知识的学习，对于将要直接从事教育一线工作的师范院校的计算机技术和应用专业或者是现代教育技术专业的本科生，在这方面受到的教育也极其有限。比如，熟练掌握VRML技术的学生很少。在大学里，VRML语言没有像VB,C语言那样作为计算机基础学科开设，也没有Dreamweaver、Flash那样作为网页制作工具而流行。少量的用VRML语言开发的小软件以课件制作竞赛的形式出现，并往往能获得大奖。由此，没有大量从事教育和科研工作的人员的辛勤工作，没有形成一个虚拟实验的开发研究的环境和氛围，很难使虚拟实验在教学实践中得到推广和普及，进而促进虚拟实验的研究和开发。

4 应对策略

4.1 注意虚拟实验开发的原则

虚拟实验利用计算机技术，克服了传统实验的某些不足和局限性，但也存在着不足。虚拟实验的本质是对真实实验的模拟，真实实验是虚拟实验的基础。在对真实实验的“模拟”过程中不可避免地丢失了许多真实事件的信息，影响了学生对微小变化和非正常信息的感受，不利于学生对真实世界的感受，不利于培养学生严谨求实的治学态度。虚拟实验质量的高低受开发者教育教学能力和软件开发能力的影响。学生感受到的是“虚拟”的真实世界，无论虚拟程度多高，科学性多强，都无法替代真实的世界。有如纸上谈兵，缺乏真实的演练。因此，虚拟实验只能作为真实实验的部分替代或增强。这就要求我们在进行设计开发时要注意开发的原则，遵循必要性原则、可行性原则、可控性原则、直观性原则和经济性原则。注意真实实验和虚拟实验的“真”“虚”互补，注意实验内容的“虚”“实”交替，达到虚中有实，实借助虚，使虚拟实验和真实实验在实现实验教学方面相得益彰，优势互补。

4.2 做到有组织、有规划；融合科研力量，加强交流与合作

虚拟实验从诞生起，因其具有资源共享，信息服务等功能显示出其公益性和社会化的属性。虚拟实验室应该是全社会的，应该由政府部门统一组织、协调、规划。从中国的国情出发，遵循开发原则，选择社会迫切需要的内容，以避免无序开发，重复建设。同时，利用现有网络设施，如教科网，汇集全国的科研力量，搭建虚拟实验的开发，科研，技术交流的平台。

4.3 加强技术培训，建立开放的虚拟实验资源库

为了使虚拟实验技术更好的与教育教学实践接轨。正在教育一线的教师或者是即将走向教学岗位的师范生是不可忽视的重要力量。他们具备着或即将具备教育教学的经验，掌握着教育学、心理学的相关知识，熟悉学生的认知心理和现状，进行着教育教学实践，并能够直接的获得学生的反馈。他们是虚拟实验的实践者，是用户，是推广和普及的传播者，理所当然的也应该是开发虚拟实验的直接参与者。对他们，应该进行相关专业知识的学习和培训，并建立开放的虚拟实验资源库，以利于教师获取知识、利用虚拟实验资源并获取他们在教育教学实践中的反溃。

4.4 鼓励多技术层面的虚拟实验的开发，创造良好的开发使用氛围

从理想的角度出发，虚拟实验应尽可能的模拟真实实验的环境，让学生自主的进行实验，尽可能的让学生获得真实实验的氛围和感受。要达到这样的要求，从技术层面上说，对于普通的教师，即便是普通计算机专业教师来说，都是有相当难度的。但从教学应用的实际出发，我们应该鼓励教师开发较低技术层次的虚拟实验。比如基于 Flash，Authorware或java技术的虚拟实验的开发，这对于中学所需的大部分实验都是可以胜任的。这样可以弥补中等教育中虚拟实验应用的空白，扩大虚拟实验开发应用的范围，毕竟我们现在的学生是虚拟实验的使用者，也是今后的开发者和推广者。尽早的接触虚拟实验,有助于营造良好的开发使用氛围。

5 结束语

虚拟实验是信息时代的产物，它在教育、科研等方面有着广阔的发展前景，是远程教育的重要组成部分，是教育教学的重要资源。对于实现发达地区和欠发达地区的教育资源的共享都有着重要作用。应尽快的建设一批符合教学大纲，学科门类齐全，实用性高的虚拟实验室，更好地为当前的教育服务。

参考文献：

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