虛擬實(shí)驗(yàn)中半自動(dòng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的設(shè)計(jì)*

□ 王阿習(xí) 張學(xué)軍

虛擬實(shí)驗(yàn)中半自動(dòng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的設(shè)計(jì)*

□ 王阿習(xí) 張學(xué)軍

文章首先分析了基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告使用現(xiàn)狀，以及使用過(guò)程中存在設(shè)計(jì)模式單一、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)過(guò)程“兩張皮”現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)價(jià)不及時(shí)、不完善等問(wèn)題；然后為解決上述問(wèn)題，構(gòu)建了基于虛擬實(shí)驗(yàn)的半自動(dòng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)，并從功能實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)表的設(shè)計(jì)、界面設(shè)計(jì)這四個(gè)方面分別進(jìn)行了闡述；最后為了使學(xué)生能夠順利熟練地使用該實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)，給出了相應(yīng)的使用建議。

虛擬實(shí)驗(yàn)；半自動(dòng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告；設(shè)計(jì)

《初中化學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)》在基本理念中指出：“要讓學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)主動(dòng)地體驗(yàn)探究過(guò)程，在知識(shí)的形成、聯(lián)系、應(yīng)用過(guò)程中養(yǎng)成科學(xué)的態(tài)度，獲得科學(xué)的方法，在‘做科學(xué)’的探究實(shí)踐中逐步形成終身學(xué)習(xí)的意識(shí)和能力。”[1]按照新課程的設(shè)計(jì)理念，化學(xué)教學(xué)中要使學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)主動(dòng)地體驗(yàn)探究過(guò)程，從而發(fā)展學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力以及觀察、思考、歸納總結(jié)的能力，而上述目標(biāo)只有在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中才能更好地實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告是實(shí)驗(yàn)教學(xué)一個(gè)極其重要的組成部分，它是學(xué)生對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)工作包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃?、方法、步驟和結(jié)果的歸納、分析和全面的總結(jié)，也是對(duì)學(xué)生觀察能力、邏輯歸納能力、綜合分析能力、文字表達(dá)能力的培養(yǎng)和鍛煉[2]，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的過(guò)程就是學(xué)生綜合思維能力的培養(yǎng)過(guò)程，是學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)的態(tài)度，獲得科學(xué)方法的重要手段。教師可以通過(guò)批改查閱學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的認(rèn)知模糊點(diǎn)，獲得教學(xué)效果的反饋信息。但是，在目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，對(duì)于實(shí)驗(yàn)報(bào)告的設(shè)計(jì)、使用、評(píng)價(jià)卻出現(xiàn)了很多問(wèn)題。為了能夠更好地解決這些問(wèn)題，改善中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，優(yōu)化其教學(xué)效果，本文設(shè)計(jì)了基于虛擬實(shí)驗(yàn)的半自動(dòng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這里的“半自動(dòng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告”是指實(shí)驗(yàn)報(bào)告的一部分是系統(tǒng)自動(dòng)生成的，另一部分需要學(xué)生手動(dòng)填寫。

一、基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的使用現(xiàn)狀

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用越來(lái)越普遍。筆者在查閱文獻(xiàn)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，關(guān)于虛擬實(shí)驗(yàn)方面的研究很多，國(guó)外的有麻省理工學(xué)院的WEBLAB、Science Space等，國(guó)內(nèi)的有中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所的虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、浙江大學(xué)的虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)、VCM仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)站等。然而，關(guān)于基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的研究卻不是很多，其中主要有“基于Web構(gòu)建在線實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)”[3]、“基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告管理系統(tǒng)”[4]、“通用實(shí)驗(yàn)報(bào)告網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)”[5]、“電子實(shí)驗(yàn)報(bào)告自動(dòng)批改系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”[6]等文獻(xiàn)。以上這些文獻(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的優(yōu)化設(shè)計(jì)、使用和管理、減輕教師批改負(fù)擔(dān)等方面進(jìn)行了探討，但是對(duì)于如何將虛擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告有機(jī)的聯(lián)系起來(lái)，使學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)的同時(shí)將觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、問(wèn)題記錄在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中；如何有效地利用實(shí)驗(yàn)報(bào)告更好地幫助學(xué)生進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，使學(xué)生在填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)發(fā)現(xiàn)還有哪些問(wèn)題沒(méi)有解決；如何利用數(shù)據(jù)庫(kù)表自動(dòng)記錄學(xué)生在操作虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)生成的數(shù)據(jù)；如何有效防止學(xué)生互相抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告；如何利用實(shí)驗(yàn)報(bào)告更好地培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析、歸納總結(jié)問(wèn)題的能力等，在現(xiàn)有的研究中幾乎很少提到。

為了能夠更好地解決這些問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了基于虛擬實(shí)驗(yàn)的半自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。所謂半自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告是指在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們將實(shí)驗(yàn)報(bào)告分成了三個(gè)部分，分別是：①客觀部分（如實(shí)驗(yàn)說(shuō)明、目的），這是直接記錄在實(shí)驗(yàn)報(bào)告里的部分；②學(xué)生在操作虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)記錄的部分；③主觀部分（如實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題、反思等），這是學(xué)生手動(dòng)填寫的部分。前兩個(gè)部分系統(tǒng)可自動(dòng)判斷正誤、給出評(píng)價(jià)反饋信息、記錄分?jǐn)?shù)并將分?jǐn)?shù)顯示在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的客觀題得分部分，第三部分則需要學(xué)生手動(dòng)填寫，故此稱其為基于虛擬實(shí)驗(yàn)的半自動(dòng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

二、實(shí)驗(yàn)報(bào)告存在的問(wèn)題及反思

通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)，調(diào)查研究現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)，并對(duì)部分中學(xué)化學(xué)骨干教師進(jìn)行訪談和問(wèn)卷調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)目前的實(shí)驗(yàn)報(bào)告無(wú)論是紙質(zhì)的，還是電子版的，在設(shè)計(jì)和使用方面都存在著很多問(wèn)題，這主要表現(xiàn)在以下五個(gè)方面：

1.實(shí)驗(yàn)報(bào)告的設(shè)計(jì)模式單一

實(shí)驗(yàn)報(bào)告的設(shè)計(jì)模式比較單一，不能根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)合適的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。常見(jiàn)的各種初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)冊(cè)中的實(shí)驗(yàn)報(bào)告大多是填空式的，一般包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)藥品及儀器、實(shí)驗(yàn)裝置圖、實(shí)驗(yàn)步驟等。通常學(xué)生在填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)積極性不高，對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟、細(xì)節(jié)考慮不周，不會(huì)分析和解釋實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象，不會(huì)考慮為什么要這樣做，更不會(huì)考慮實(shí)驗(yàn)中可能存在什么問(wèn)題，以及如何去解決，有的學(xué)生甚至編造或抄襲他人的數(shù)據(jù)，無(wú)法對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行更深入地理解和思考[7]。

2.師生不重視實(shí)驗(yàn)報(bào)告的使用

在實(shí)際的中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師和學(xué)生不重視實(shí)驗(yàn)報(bào)告的使用，沒(méi)有意識(shí)到實(shí)驗(yàn)報(bào)告的重要性。教師一般對(duì)于實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、操作較為重視，但對(duì)學(xué)生書寫的實(shí)驗(yàn)報(bào)告往往要求較低，有的甚至只是為了應(yīng)付學(xué)校的教務(wù)檢查，讓學(xué)生突擊書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告；有的教師教務(wù)繁重，沒(méi)有足夠的時(shí)間、精力認(rèn)真批閱大量的實(shí)驗(yàn)報(bào)告；有的教師在批閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)也不認(rèn)真對(duì)待，不能給予學(xué)生及時(shí)的反饋，不能給出相應(yīng)的問(wèn)題解決建議或方法。另外學(xué)生在書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)也不認(rèn)真對(duì)待，如書寫潦草、層次不清、不能如實(shí)及時(shí)地記錄實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題、不重視實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和討論等等。

3.實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)過(guò)程“兩張皮”現(xiàn)象嚴(yán)重

“兩張皮”指的是相互之間原本存在必然聯(lián)系或依附關(guān)系的兩種事物發(fā)生游離而單獨(dú)存在?，F(xiàn)有的基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的“兩張皮”現(xiàn)象就十分嚴(yán)重，它們將實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告截然分開(kāi)，忽視了兩者之間的必然聯(lián)系。目前基于網(wǎng)絡(luò)的在線實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)，僅僅設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)報(bào)告部分，單單支持實(shí)驗(yàn)報(bào)告的上傳、管理與批改，而關(guān)于如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，如何將實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告有機(jī)聯(lián)系起來(lái)卻只字未提。我們?cè)O(shè)想一下，學(xué)生在真實(shí)的環(huán)境中做完實(shí)驗(yàn)之后，再登錄實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填寫到已經(jīng)設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)報(bào)告上，暫且不說(shuō)這一過(guò)程是多么的繁瑣，只要想到實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象、存在的問(wèn)題、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等如何當(dāng)場(chǎng)記錄就是一個(gè)很大的問(wèn)題。然而，學(xué)生在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室中，可以邊做實(shí)驗(yàn)邊將觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及時(shí)地填寫在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中。因此，在線的實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)只有具備這種功能，才符合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際，才能為學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)提供一個(gè)較好的平臺(tái)。

4.不能動(dòng)態(tài)的增減實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)報(bào)告

現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)大多是靜態(tài)的，不能動(dòng)態(tài)的增添、刪除、修改實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)報(bào)告。它們只是設(shè)計(jì)了幾個(gè)實(shí)驗(yàn)科目和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，支持實(shí)驗(yàn)報(bào)告的上傳、管理和批改查閱。但是，如果學(xué)科教師根據(jù)課堂實(shí)際，想增減實(shí)驗(yàn)報(bào)告項(xiàng)目，就不得不重新制作網(wǎng)頁(yè)、規(guī)劃網(wǎng)站。這既加重了教師的負(fù)擔(dān)，也不利于實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)的后期管理和使用。

5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告的評(píng)價(jià)不及時(shí)、不完善

在當(dāng)前的中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師和學(xué)生之所以不重視實(shí)驗(yàn)報(bào)告的使用，一個(gè)很重要的原因就是缺乏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的有效機(jī)制。目前實(shí)驗(yàn)報(bào)告在評(píng)價(jià)方面存在的問(wèn)題主要有以下三點(diǎn)：①對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告本身的評(píng)價(jià)功能不完備，如設(shè)計(jì)模式、內(nèi)容的難易程度等等，不能充分評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?；②教師不重視?shí)驗(yàn)報(bào)告的評(píng)價(jià)功能，不能將學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告中存在的問(wèn)題及時(shí)地反饋給學(xué)生；③學(xué)生不能依據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的反饋，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題，找出學(xué)習(xí)上的不足之處。

三、基于虛擬實(shí)驗(yàn)的半自動(dòng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的設(shè)計(jì)

為了解決上述實(shí)驗(yàn)報(bào)告設(shè)計(jì)與應(yīng)用中存在的問(wèn)題，更好地利用實(shí)驗(yàn)報(bào)告提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性、提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力、培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力[8]，依據(jù)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，我們構(gòu)建了基于虛擬實(shí)驗(yàn)的半自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，以下主要從功能實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)表的設(shè)計(jì)、界面設(shè)計(jì)這四個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

1.功能實(shí)現(xiàn)

首先，用戶依據(jù)身份登錄或注冊(cè)，進(jìn)入相應(yīng)的模塊。圖1中的VCE是Virtual Chemical Experiment虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的簡(jiǎn)稱，學(xué)生、教師、管理員分別以各自的學(xué)號(hào)或教師號(hào)登錄，同時(shí)，用戶也可根據(jù)要求注冊(cè)賬號(hào)，取得相應(yīng)的權(quán)限后才可進(jìn)入。一般情況下教師只能選擇進(jìn)入教師模塊，同理學(xué)生也只能選擇進(jìn)入學(xué)生模塊，而不可隨意選擇，任意進(jìn)入其他模塊，以避免造成使用和管理上的混亂。

其次，預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，應(yīng)選擇即將要學(xué)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目并預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，在這一項(xiàng)操作中，學(xué)生可以了解實(shí)驗(yàn)演示、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明、儀器藥品五項(xiàng)內(nèi)容。其中實(shí)驗(yàn)演示這部分我們?cè)O(shè)計(jì)了兩種不同的演示實(shí)驗(yàn)，一種是在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室中操作的實(shí)驗(yàn)，這種設(shè)計(jì)有利于學(xué)生熟悉真實(shí)的實(shí)驗(yàn)儀器，給學(xué)生以形象直觀的感受，從而盡量減少學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中產(chǎn)生的不真實(shí)感；另一種是Flash演示實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與本系統(tǒng)中的虛擬實(shí)驗(yàn)也不一樣，它是以其他的方法實(shí)現(xiàn)的，例如“實(shí)驗(yàn)室制取氫氣”一課，在演示部分我們?cè)O(shè)計(jì)了“啟普發(fā)生器制取氫氣”的動(dòng)畫，這樣設(shè)計(jì)有利于拓寬學(xué)生思路，熟悉不同的操作方法。從而在“實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備”環(huán)節(jié)中使學(xué)生能夠熟悉實(shí)驗(yàn)的要求、知道實(shí)驗(yàn)的目的和原理、熟知儀器藥品的使用方法、注意事項(xiàng)等。以便學(xué)生更加深入地學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的內(nèi)容，做到心中有數(shù)，盡量減小實(shí)驗(yàn)操作的失誤率。對(duì)于教師來(lái)說(shuō)，則可在實(shí)驗(yàn)前或后，在多媒體教室中為學(xué)生集體講授實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備部分的相關(guān)知識(shí)，也可邊操作“演示實(shí)驗(yàn)”邊告知學(xué)生實(shí)驗(yàn)的目的、原理、注意事項(xiàng)等事宜。

再次，做虛擬實(shí)驗(yàn)、填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這一環(huán)節(jié)是整個(gè)系統(tǒng)中最為重要的組成部分，前面已經(jīng)介紹該實(shí)驗(yàn)報(bào)告是半自動(dòng)生成的，這一說(shuō)法也體現(xiàn)在此。如圖2所示，該實(shí)驗(yàn)報(bào)告共有三部分組成：①客觀部分（如實(shí)驗(yàn)說(shuō)明、目的等）是設(shè)計(jì)者直接記錄在實(shí)驗(yàn)報(bào)告里的，而不需要學(xué)生再去花時(shí)間、精力去填寫這一部分，從而在一定程度上減輕了學(xué)生的負(fù)擔(dān)；②學(xué)生在操作虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)記錄的內(nèi)容，如在設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了讓學(xué)生能夠熟練地掌握本實(shí)驗(yàn)用到的儀器藥品，我們?cè)O(shè)計(jì)了“選擇實(shí)驗(yàn)儀器藥品”這一環(huán)節(jié)，同時(shí)為了降低選擇的難度，使學(xué)生有足夠的信心去做，我們?yōu)閷W(xué)生提供了三次選擇的機(jī)會(huì)并同時(shí)給出了相應(yīng)的提示，如“有三次選擇機(jī)會(huì)，共需三種”。在分值的計(jì)算上，我們采用了依次遞減計(jì)分的方法即第一次全選對(duì)計(jì)為滿分（如本題的30分），第二次選對(duì)則為30*90%，第三次選對(duì)為30*80%，否則計(jì)為0分。這些得分是直接記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)文件“實(shí)驗(yàn)操作表”中，然后系統(tǒng)從“實(shí)驗(yàn)操作表”中調(diào)取該部分得分到實(shí)驗(yàn)報(bào)告中；③主觀部分（如實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題、反思等）是學(xué)生填寫的內(nèi)容。前兩個(gè)部分系統(tǒng)可以自動(dòng)生成，第三部分則需要學(xué)生完成虛擬實(shí)驗(yàn)后手工填寫。前兩個(gè)部分系統(tǒng)可自動(dòng)判斷正誤、記錄分?jǐn)?shù)并將分?jǐn)?shù)顯示在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的客觀題得分部分。而對(duì)于第三部分的主觀性問(wèn)題，由于學(xué)生思維的靈活多樣性，每一個(gè)學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)遇到的問(wèn)題也存在差異性，因此，系統(tǒng)不會(huì)以一種標(biāo)準(zhǔn)答案的方式來(lái)評(píng)判學(xué)生。這就需要教師在批改報(bào)告時(shí)具體問(wèn)題具體分析，共性問(wèn)題著重講解，發(fā)揮教師評(píng)價(jià)反饋的作用，這也在一定程度上體現(xiàn)了多元化評(píng)價(jià)的思想。

最后，批改查閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在學(xué)生完成并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告之后，教師可直接調(diào)取實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行批改，此時(shí)教師只需批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的主觀性問(wèn)題，如學(xué)生填寫的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，這一部分是學(xué)生在做虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)直接觀察并記錄的內(nèi)容，該部分可自動(dòng)生成在報(bào)告中的相應(yīng)位置，呈灰色顯示，并且不支持修改。這樣設(shè)計(jì)的目的是防止學(xué)生隨意抄襲他人的實(shí)驗(yàn)報(bào)告、更改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，從而為以后評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ峁┛茖W(xué)的依據(jù)。另外，教師在批閱主觀性問(wèn)題時(shí)，如實(shí)驗(yàn)中存在哪些問(wèn)題、實(shí)驗(yàn)反思評(píng)價(jià)等，由于此項(xiàng)是學(xué)生回顧、反思、總結(jié)和拓展知識(shí)的過(guò)程，應(yīng)給予足夠的重視。要考慮到由于學(xué)生思維的靈活多樣性，對(duì)于同一問(wèn)題，不同的學(xué)生有不同的理解，教師應(yīng)根據(jù)具體問(wèn)題具體分析，而不可用一種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)去統(tǒng)一的評(píng)價(jià)學(xué)生。要注意到學(xué)生思維的閃光點(diǎn)，培養(yǎng)他們分析和解決問(wèn)題的能力，更重要的是培養(yǎng)他們敢于思考、敢于創(chuàng)新的勇氣和能力。因此從培養(yǎng)學(xué)生思維能力、評(píng)價(jià)學(xué)生的角度來(lái)說(shuō)，此項(xiàng)內(nèi)容的書寫應(yīng)是實(shí)驗(yàn)報(bào)告的重點(diǎn)和難點(diǎn)[9]。

教師批改完實(shí)驗(yàn)報(bào)告之后，系統(tǒng)自動(dòng)將實(shí)驗(yàn)報(bào)告標(biāo)記為已修改。學(xué)生再次進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，直接點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)報(bào)告批改查詢”項(xiàng)，查閱教師批改后的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。此時(shí)，實(shí)驗(yàn)每一項(xiàng)的具體得分都已在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中顯示，該系統(tǒng)可將得分評(píng)語(yǔ)快速、準(zhǔn)確地反饋給學(xué)生，并可自動(dòng)匯總實(shí)驗(yàn)報(bào)告中出現(xiàn)的問(wèn)題，以便于學(xué)生查漏補(bǔ)缺，更便于教師發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，及時(shí)地為學(xué)生提供解決問(wèn)題的建議或方法，這種設(shè)計(jì)方式既可以體現(xiàn)出該實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)價(jià)得及時(shí)性和針對(duì)性，又能清楚地告訴學(xué)生在操作實(shí)驗(yàn)時(shí)存在的問(wèn)題、認(rèn)知上的薄弱點(diǎn)，從而可較好地解決目前實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)價(jià)不及時(shí)、不完善等問(wèn)題。

現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)大多是靜態(tài)的，不能動(dòng)態(tài)地增添、刪除、修改實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)報(bào)告。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們結(jié)合ASP技術(shù)在“管理員模塊”特意加入了動(dòng)態(tài)的添加、刪減實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目部分。如果任課教師根據(jù)教學(xué)的需要，欲增加一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可以直接點(diǎn)擊“添加”項(xiàng)，將實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等內(nèi)容上傳即可。倘若需要修改、刪除某些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其方法同上。這種動(dòng)態(tài)增減、修改的設(shè)計(jì)方法既不需要任課教師去修改網(wǎng)頁(yè)，又可根據(jù)教學(xué)需要快速地更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這樣不但減輕了學(xué)科教師的負(fù)擔(dān)，更便于后期的使用和管理。

不同類型的實(shí)驗(yàn)其實(shí)驗(yàn)報(bào)告的模式也不一樣，因此明確實(shí)驗(yàn)類型和實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是我們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的第一步。為了解決實(shí)驗(yàn)報(bào)告設(shè)計(jì)模式單一（呆板）的問(wèn)題，我們將中學(xué)化學(xué)中的所有實(shí)驗(yàn)依次歸類，共分為以下幾種類型：基礎(chǔ)操作性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、探究性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)等?；A(chǔ)操作性實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生熟知各種儀器的操作要求、使用方法；驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析、知識(shí)性結(jié)論的獲得；探究性實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生參與探究的過(guò)程。針對(duì)不同類型的實(shí)驗(yàn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了不同的實(shí)驗(yàn)報(bào)告模式。如在設(shè)計(jì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，我們特意加入了“實(shí)驗(yàn)中還存在哪些問(wèn)題？”“你認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)如何改進(jìn)？”等問(wèn)題，以便于學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)的態(tài)度，在“做科學(xué)”的實(shí)踐活動(dòng)中體驗(yàn)知識(shí)能力形成的過(guò)程，培養(yǎng)自身觀察、分析、歸納總結(jié)的能力。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)采用Brower/Web模式。服務(wù)器端采用IIS+數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)+ASP來(lái)構(gòu)成半自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)；客戶端采用瀏覽器和Flash等軟件來(lái)完成初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模塊圖如圖3所示，該系統(tǒng)共分為三個(gè)模塊：學(xué)生模塊、教師模塊、管理員模塊。學(xué)生主要進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)課前預(yù)習(xí)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)的操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的填寫、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的查閱、實(shí)驗(yàn)作業(yè)的上傳下載、實(shí)驗(yàn)拓展等；教師主要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)報(bào)告的批改、虛擬實(shí)驗(yàn)的講解等；管理員主要負(fù)責(zé)用戶的管理、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的增添、刪除等操作。

3.數(shù)據(jù)庫(kù)表的設(shè)計(jì)

對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)表的設(shè)計(jì)，我們考慮了幾種形式，如將該系統(tǒng)中的全部實(shí)驗(yàn)報(bào)告設(shè)計(jì)成一個(gè)大表的形式，但是考慮到每個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)所對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告形式和內(nèi)容都不一樣，倘若都設(shè)計(jì)進(jìn)一個(gè)表里面，將面臨數(shù)據(jù)庫(kù)表字段的分配、字段的拆分、變量層次級(jí)別問(wèn)題等等。易出現(xiàn)管理混亂、層次不清的局面，更不利于以后用戶的管理、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的添加以及后續(xù)的開(kāi)發(fā)利用。

鑒于此，我們采取了如圖4所示的形式，為每個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)兩個(gè)表：一個(gè)是實(shí)驗(yàn)操作表；另一個(gè)是實(shí)驗(yàn)報(bào)告表。兩個(gè)表之間的關(guān)系是：①學(xué)生做虛擬實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)將學(xué)生在操作虛擬實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中生成的數(shù)據(jù)、填寫的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等記錄在實(shí)驗(yàn)操作表中，同時(shí)將實(shí)驗(yàn)操作表中的數(shù)據(jù)傳送給實(shí)驗(yàn)報(bào)告表。②學(xué)生填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這是實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的主觀性問(wèn)題部分，需要學(xué)生手動(dòng)填寫。③教師批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在此環(huán)節(jié)教師只需批改報(bào)告的主觀部分。④學(xué)生查閱教師批改過(guò)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。另外，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告表時(shí)，為了便于以后查找錯(cuò)誤、增添實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，特意采用了層級(jí)劃分字段的形式，如實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)成“sybz1、 sybz11、sybz12、sybz13、sybz2、sybz21、sybz 22、sybz 23……”這種形式，并根據(jù)變量的類型、大小分配相應(yīng)的字段，具體內(nèi)容如圖5所示。

如前面所述，一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)由兩個(gè)表組成：實(shí)驗(yàn)操作表和實(shí)驗(yàn)報(bào)告表，那么二者是如何通信的呢？如圖5中的箭頭所示，學(xué)生在完成虛擬實(shí)驗(yàn)之后，系統(tǒng)將相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、填寫的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等記錄在實(shí)驗(yàn)操作表中，此時(shí)，客觀部分每個(gè)項(xiàng)目的得分將分別用相應(yīng)的字段記錄（如檢查氣密性的字段是qmfs2），并用“zongfen”這個(gè)字段記錄客觀部分的總分，實(shí)驗(yàn)報(bào)告表則直接從實(shí)驗(yàn)操作表中調(diào)取“zongfen”，再用“zdcj”這個(gè)字段記錄。同樣對(duì)于主觀部分，也是先記錄在實(shí)驗(yàn)操作表中的，然后由實(shí)驗(yàn)報(bào)告表調(diào)取，最后自動(dòng)顯示在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的相應(yīng)位置。如氫氣集滿的現(xiàn)象“jmfs5”、氫氣純凈的現(xiàn)象“ycfs6”分別對(duì)應(yīng)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告表中的“sybz32”和“sybz42”這兩個(gè)字段。

4.界面設(shè)計(jì)

界面設(shè)計(jì)主要包括界面布局設(shè)計(jì)、視覺(jué)界面的邏輯關(guān)系設(shè)計(jì)、視覺(jué)效果設(shè)計(jì)等內(nèi)容。好的界面設(shè)計(jì)應(yīng)符合美感、操作舒適，簡(jiǎn)潔且具有索引功能，使用戶在使用過(guò)程中始終保持愉快的心情[10]?？紤]到學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)及化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特殊性，該系統(tǒng)分為三個(gè)獨(dú)立的主頁(yè)面：學(xué)生界面、教師界面和管理員界面。其界面布局設(shè)計(jì)上主要采用了左、上架構(gòu)的方式，即主導(dǎo)航欄在頁(yè)面的左側(cè)，次導(dǎo)航欄在上側(cè)。視覺(jué)效果的設(shè)計(jì)主要關(guān)注色彩的搭配，因?yàn)轭伾軌驅(qū)τ脩舻那榫w產(chǎn)生很大影響。而藍(lán)色給人以簡(jiǎn)潔、安靜的感覺(jué)，鑒于此該界面設(shè)計(jì)主要以淡藍(lán)色系為主。另外界面的交互設(shè)計(jì)、信息反饋的設(shè)計(jì)等，都考慮到了學(xué)習(xí)者的年齡、認(rèn)知特點(diǎn)，力爭(zhēng)使界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、美觀，文本、圖形等可視化元素搭配協(xié)調(diào)得當(dāng)。

四、使用的建議

基于虛擬實(shí)驗(yàn)的半自動(dòng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告設(shè)計(jì)好之后，我們選擇幾所中學(xué)進(jìn)行試用。在試用的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生進(jìn)入系統(tǒng)之后，不知道該做什么、何時(shí)做、怎么做。因此，為了使學(xué)生能夠順利熟練地使用該實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)，我們特提出以下建議：

1.預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，熟悉系統(tǒng)

當(dāng)學(xué)生做虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)自身存在的或技術(shù)上的缺陷，加上學(xué)習(xí)者自身認(rèn)知負(fù)荷的增加，就可能會(huì)出現(xiàn)所謂的“認(rèn)知摩擦”[11]。所以學(xué)生在使用該基于虛擬實(shí)驗(yàn)的半自動(dòng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)之前，除了要預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、要求之外，教師還應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生熟悉該系統(tǒng)的使用方法，如怎樣進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，如何操作虛擬實(shí)驗(yàn)，如何填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，如何根據(jù)虛擬實(shí)驗(yàn)中提供的反饋改進(jìn)自己的學(xué)習(xí)，盡量避免出現(xiàn)過(guò)多的“認(rèn)知摩擦”。

2.實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容難度適宜

該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是動(dòng)態(tài)的，它支持教師添加或刪除一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。因此，教師在添加一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，在實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容的設(shè)計(jì)上，除了要依據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)類型和實(shí)驗(yàn)?zāi)康模€應(yīng)注意報(bào)告內(nèi)容的難易程度要符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。因?yàn)檫^(guò)難的內(nèi)容易使學(xué)生產(chǎn)生抵觸情緒；反之，如果設(shè)計(jì)的內(nèi)容太容易，則不能充分體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的作用，更不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。因此，?shí)驗(yàn)報(bào)告各個(gè)環(huán)節(jié)內(nèi)容的難度應(yīng)體現(xiàn)層次性，以促進(jìn)不同層次學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

3.告知評(píng)價(jià)方法，及時(shí)反饋

首先在做虛擬實(shí)驗(yàn)之前，教師應(yīng)告訴學(xué)生該實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)的評(píng)價(jià)方法、一些具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)，讓學(xué)生知道該半自動(dòng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)是如何對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)的，以及在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)直接給出相應(yīng)操作正確與否的反饋，如“你選擇不正確，請(qǐng)?jiān)倏紤]一下，還有2次選擇機(jī)會(huì)”。同時(shí)要提醒學(xué)生查閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，注意系統(tǒng)給出的反饋，明確各個(gè)學(xué)習(xí)階段處于哪種狀態(tài)，離學(xué)習(xí)目標(biāo)還有多遠(yuǎn)，最終目標(biāo)是否實(shí)現(xiàn)，從而調(diào)控自己的學(xué)習(xí)進(jìn)程，維持學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，反思學(xué)習(xí)過(guò)程，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷地規(guī)范和調(diào)整自己的學(xué)習(xí)[12]。此外，教師在批閱學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)報(bào)告中存在某些問(wèn)題，要及時(shí)將其反饋給學(xué)生，必要時(shí)提供解決問(wèn)題的建議或方法。

4.虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)

在運(yùn)用該系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先明確虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)各自的優(yōu)缺點(diǎn)，虛擬實(shí)驗(yàn)的局限性恰恰又是真實(shí)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，二者是相輔相成的。只有發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，精心組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)，才能做到揚(yáng)長(zhǎng)補(bǔ)短、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)[13]。

結(jié)語(yǔ)

基于虛擬實(shí)驗(yàn)的半自動(dòng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以很好地解決現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中存在的問(wèn)題。它不僅僅包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告的設(shè)計(jì)，還有虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)拓展、在線考試等內(nèi)容，可以為中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供一個(gè)較好的平臺(tái)。但是，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中也存在著一些問(wèn)題，如實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容的設(shè)計(jì)，筆者查閱了中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容設(shè)計(jì)的相關(guān)文獻(xiàn)，又訪談了部分中學(xué)化學(xué)骨干教師，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)中的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。盡管如此，也不能說(shuō)該實(shí)驗(yàn)報(bào)告能全面客觀的評(píng)價(jià)學(xué)生，其有效性和針對(duì)性還待進(jìn)一步的驗(yàn)證。另外，關(guān)于虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，訪談的部分化學(xué)教師意見(jiàn)不同，他們思考的角度和方法都在某一個(gè)方面上有道理，這就給設(shè)計(jì)帶來(lái)了一些麻煩。以上所有的這些問(wèn)題都需要進(jìn)一步的研究，再思考，再修正設(shè)計(jì)，這也是以后研究的重點(diǎn)。

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2011－10－15

王阿習(xí)，碩士研究生；張學(xué)軍，教授，博士，碩士生導(dǎo)師。西北師范大學(xué)教育技術(shù)與傳播學(xué)院（730070）。

責(zé)任編輯 南 嶺

G642.0

A

1009—458x（2011）12—0085—06

本文為教育部人文社會(huì)科學(xué)研究規(guī)劃基金項(xiàng)目“初中化學(xué)網(wǎng)絡(luò)綜合虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究”（編號(hào)：10YJA880182）的階段性研究成果。