计算机虚拟实验教学系统发展浅析

一、我国虚拟实验教学系统研究现状

1. 我国虚拟实验教学系统研究起步晚发展快。

随着人工智能、仿真技术、数据库技术、多媒体技术等相关技术的快速发展, 虚拟实验的研究越来越受到重视。我国部分大学已陆续建立了网络虚拟实验系统。

华中科技大学远程教育“液压与气压传动”小组研发了“液压回路性能和液压元件装拆”虚拟实验。基于三维环境基础上, 实现了“液压元件装拆”虚拟实验运行, 学生在虚拟现实环境中, 观摩各零件的结构形态特征, 明确零件相互装配关系, 并且可以动手进行元件的装配和拆卸。运用JAVA技术开发了“液压回路性能测试”虚拟实验, 学生在实验界面输入不同的实验参数, 观察对应的实验现象变化和实验结果曲线图变化。

2. 我国虚拟实验发展极度不平衡。

(1) 地域不均衡。江苏、北京、浙江、广东等东部发达地区研究相对比较多;甘肃、宁夏、西藏、新疆等中西部地区研究较少。 (2) 人员不均衡。虚拟实验研究人员基本上来自高等学院, 占总数的94%, 并且是高等学校的教育技术研究者或理工科研究者;大专院校、职业技术学校、中学的研究者很少, 特别是缺少一线教师的参与。

二、目前我国虚拟实验研究存在的问题

1. 虚拟实验系统通用模型缺乏, 造成资源浪费、技术对比、重复开发。

2. 系统性研究缺乏。

虚拟实验室设计开发的比较多, 对应用虚拟实验进行教学的研究比较少, 没有关于虚拟实验教学的教学设计和教学模式的研究, 没有关于虚拟实验评价和管理方面的研究。

3. 虚拟实验界面设计与导航方面存在以下问题:

一是缺乏提示和帮助;二是没有统一的操作界面和规范;三是缺乏虚拟实验过程模型的设计。

4. 虚拟实验开发人员大部分来自高等院教师和研究生, 中学一线教师参与少。

三、我国虚拟实验教学系统研究的建议

1. 开发虚拟实验系统通用模型。

采用合适的工具, 开发某一学科的虚拟实验系统模型, 使用者和研究者根据需要在此基础上进行二次开发, 节省时间, 提高绩效。

2. 加强系统性研究。

一是要推广现有虚拟实验系统在教学中的应用。通过学生和教师的使用, 才知道虚拟实验室的设计是否合理。学生和教师在使用过程中, 提出需求和建议, 推动虚拟实验合理的建设发展。二是加强虚拟实验教学模式和设计的研究。虚拟实验虽然不是新鲜事物, 但是关于成熟的虚拟实验教学模式还没有。目前还需根据真实实验的要求和虚拟实验教学的功能和特点, 以及学生的知识水平, 探究虚拟实验教学的教学设计和模式。三是开展测试、管理、评价等标准和规范的研究。制定虚拟实验平台和系统的测试、管理、评价等标准和规范, 为建立统一的虚拟实验教学环境提供依据和保障。实现平台和资源的高度共享, 通过标准与规范的有机结合, 解决分布式实验教学与现有教学系统协同工作问题, 提高共性和复用性。

3. 注重教学设计。

虚拟实验教学是为了弥补传统教学的不足, 提高学习绩效, 提高学生解决实际问题的能力。研究者设计开发前进行教学设计很重要, 也很必要。在教学设计中注意以下原则:一是强调对虚拟实验环境的设计;二是从学习者自身出发, 强调以学习者为中心;三是重视“情景”对学习者的意义建构功能;四是重视学习者之间的交流关键作用;五是强调实验室、课堂和网络三种学习情景的有机结合;六是强调实验内容相关信息对学习者“学”的强化, 加强“素质拓展”部分的设计。

4. 良好的操作界面, 加强人性化设计。

虚拟实验系统使用者在操作过程中很难通过感官来预期操作结果, 容易迷航, 不知所措。我们新买的手机、电子词典、MP3等电子产品, 如果在没有仔细阅读说明书的情况下, 就会操作不顺利, 要花一定时间去熟悉才可以顺利进行使用。没有良好直观的操作界面与导航按钮, 使用者就会为熟悉操作步骤和找自己需要的相关信息而浪费时间。界面设计是软件与用户交互的最直接的层面, 界面好坏决定用户对软件的第一印象, 而且设计良好的界面能够引导用户自己完成相应的操作, 起到向导的作用。同时界面如同人的面孔, 加强人性化设计, 能够吸引使用者进行操作。系统在相应的时间给出相应的提示、或意见、或激励性的话语, 加强人性化设计, 能够帮助学生顺利完成任务

结语

虚拟实验是信息时代的产物, 是重要的数字资源。任何事物的发展都需要一个过程, 现在, 我国虚拟实验的研究还存在很多问题与不足, 需要研究人员结合人类认知过程、教学设计理论、多媒体信息呈现方式等方面研究, 形成一套系统的设计、开发、实施、管理、评价模型与方案, 逐步推广辅助教学。相信, 随着计算机技术、网络技术、人工智能技术、多媒体技术、神经网络以及教育学、心理学等综合发展, 网络带宽速度的提高, 网络虚拟实验系统的建设将取得更大的进展, 远程教学将有更加美好的未来。

摘要：虚拟实验教学系统可以弥补传统教学实验的不足。本文阐述了国内网络虚拟实验教学系统的现状, 并针对我国虚拟实验教学系统存在的问题, 有针对性地提出了相关建议。

关键词：虚拟实验,教学系统,现状,问题,建议

参考文献

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