心理學(xué)公共課虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用

曾祥炎

(華南師范大學(xué) 心理學(xué)院, 廣東 廣州 510631)

心理學(xué)公共課虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用

曾祥炎

(華南師范大學(xué) 心理學(xué)院, 廣東 廣州 510631)

針對心理學(xué)公共必修課一校多區(qū)、一課多校、一課多專業(yè)、一課多開設(shè)形式等復(fù)雜的授課環(huán)境,以及實驗場地、設(shè)備數(shù)量和實驗時間的限制導(dǎo)致心理學(xué)公共課實驗教學(xué)難于開展的問題,構(gòu)建了心理學(xué)公共課虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)依照心理學(xué)公共課所使用教材體系建設(shè),利用Flash等信息化技術(shù)解決了遠程反應(yīng)時(RT)收集等關(guān)鍵技術(shù)難題,開發(fā)了30余個虛擬仿真實驗項目,以遠程互動的方式,在心理學(xué)公共課教學(xué)中成功開展實驗教學(xué),創(chuàng)新了公共課心理學(xué)的教學(xué)模式,提升了心理學(xué)公共課的教學(xué)效果。

公共課； 心理學(xué)； 虛擬仿真； 實驗教學(xué)； 心理實驗

1 構(gòu)建心理學(xué)公共課虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)的意義

1.1 系統(tǒng)建設(shè)的背景

心理學(xué)是一門實證科學(xué)。1879年,德國心理學(xué)家威廉·馮特建立了世界上第一個心理學(xué)實驗室,標志著心理學(xué)成為一門獨立的學(xué)科,心理學(xué)也從思辨和經(jīng)驗科學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶒灴茖W(xué)[1-2]。絕大多數(shù)心理現(xiàn)象、心理原理和理論都須經(jīng)過實驗的演示和驗證,才能獲得對心理學(xué)本質(zhì)的認識[3]。

心理學(xué)公共課以普通心理學(xué)體系為框架,以研究心理學(xué)基本原理和心理現(xiàn)象的一般規(guī)律為核心,是所有心理學(xué)分支中最基礎(chǔ)的課程,也是心理學(xué)專業(yè)學(xué)生和非該專業(yè)學(xué)生入門心理學(xué)的第一門專業(yè)課程[4-5]。華南師范大學(xué)心理學(xué)院承擔(dān)著全校中文、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、外語等17個師范專業(yè)的心理學(xué)公共必修課的教學(xué),并面向廣州大學(xué)城10個院校開設(shè)心理學(xué)公選課程、面向石牌校區(qū)6院校開設(shè)心理學(xué)面授課、面向本校網(wǎng)絡(luò)學(xué)院開設(shè)心理學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程。心理學(xué)公共課形成了一校多區(qū)、一課多校、一課多專業(yè)(多個專業(yè)選修、必修)和一課多開設(shè)形式(包括必修課、選修課、網(wǎng)絡(luò)課、函授、面授、遠程教育等)的復(fù)雜的開課情景。

由于心理學(xué)公共課開課情況復(fù)雜,任課教師不便于攜帶設(shè)備進行實驗演示或安排大量學(xué)生在實驗室進行實驗,為此,心理學(xué)公共課自開設(shè)以來,就難以進行實驗教學(xué),使課程教學(xué)缺少了重要的教學(xué)手段。因此,需要找到一種新的教學(xué)方法,打破心理學(xué)公共課實驗教學(xué)的時空限制,實現(xiàn)一校多區(qū)、一課多校、一課多專業(yè)和一課多開設(shè)形式的心理學(xué)公共課實驗教學(xué)。

在教育部《關(guān)于開展國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》中指出:虛擬仿真實驗教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)和實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容,虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作以全面提高高校學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力為宗旨,以共享優(yōu)質(zhì)實驗教學(xué)資源為核心,以建設(shè)信息化實驗教學(xué)資源為重點,推動高等學(xué)校實驗教學(xué)改革與創(chuàng)新。虛擬仿真實驗教學(xué)依托虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù),構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象,達到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)效果[6-7]。

在此背景下,華南師范大學(xué)心理學(xué)院構(gòu)建了心理學(xué)公共課虛擬仿真實驗教學(xué)資源和管理共享平臺,將其運用于心理學(xué)公共課程教學(xué)和心理學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué),開創(chuàng)了心理學(xué)公共課課程教學(xué)的新局面。

1.2 系統(tǒng)建設(shè)的意義

心理學(xué)公共課虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)上掛于華南師范大學(xué)心理學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心網(wǎng)站和心理學(xué)省級虛擬仿真實驗教學(xué)中心網(wǎng)站上,任課教師和學(xué)生可以隨時隨地登錄中心網(wǎng)站進行實驗的互動和實驗的演示,打破了課程實驗教學(xué)長期以來依賴實驗設(shè)備和實驗室時間、空間的限制,極大地方便了心理學(xué)公共課的實驗教學(xué),不但創(chuàng)新和完善了心理學(xué)公共課在一校多區(qū)和一課多校的復(fù)雜授課環(huán)境下實驗教學(xué)方法和教學(xué)手段,而且大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,加深了學(xué)生對心理學(xué)現(xiàn)象、原理和理論的理解和掌握,極大地提升了心理學(xué)公共課的教學(xué)效果。

開發(fā)的心理學(xué)公共課虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)面向全國開放,只要用戶或普通訪客登錄系統(tǒng),無需注冊即可進行實驗的互動。這也將進一步提升華南師范大學(xué)心理學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心和心理學(xué)省級虛擬仿真實驗教學(xué)中心的示范效應(yīng)和輻射作用,持續(xù)推進實驗教學(xué)示范中心的心理學(xué)實驗教學(xué)信息化建設(shè)[8]。

2 心理學(xué)公共課虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容

2.1 教學(xué)資源建設(shè)

本系統(tǒng)按照心理學(xué)公共課教材的章節(jié)體系進行虛擬仿真實驗教學(xué)資源的建設(shè)[9],開發(fā)的虛擬仿真實驗項目主要包括心理與腦、心理物理法、感覺和知覺、注意、思維和想象、記憶與學(xué)習(xí)、動機、情緒等章節(jié)的心理現(xiàn)象的演示和心理學(xué)理論的實驗互動與驗證。學(xué)生可以通過實驗的形象演示和實驗的遠程互動,加深對心理現(xiàn)象本質(zhì)的理解,鞏固對心理學(xué)理論的認知和掌握。

目前已開發(fā)的虛擬仿真實驗項目有30余項,包括大腦結(jié)構(gòu)與功能實驗、道德美的神經(jīng)機制實驗、閱讀推理加工的神經(jīng)機制實驗、顏色混合實驗、馬赫帶實驗、閃光融合實驗、似動現(xiàn)象實驗、運動后效實驗、棒框?qū)嶒灐⒁曈X簡單反應(yīng)時實驗、視覺辨別反應(yīng)時實驗、視覺選擇反應(yīng)時實驗、聽覺簡單反應(yīng)時實驗、聽覺辨別反應(yīng)時實驗、聽覺選擇反應(yīng)時實驗、恒定刺激法實驗、信號偵查實驗、時間知覺實驗、速度知覺實驗、深度知覺實驗、顏色愛好實驗、注意分配實驗、注意廣度實驗、記憶實驗、記憶廣度實驗、遷移實驗、情緒Stroop實驗、風(fēng)險決策實驗等實驗項目[10]。

2.2 管理和共享平臺建設(shè)

目前,華南師范大學(xué)心理學(xué)院已建有心理學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心網(wǎng)站(http://psylab.scnu.edu.cn/)和心理學(xué)省級虛擬仿真實驗教學(xué)中心網(wǎng)站(http://psyvslab.scnu.edu.cn/),所開發(fā)的心理學(xué)公共課虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)掛在這兩個實驗教學(xué)管理網(wǎng)站上,面向全國開放,實現(xiàn)資源共享。在這兩個教學(xué)管理平臺上,參與者無需注冊,只要登錄網(wǎng)站、打開相應(yīng)的項目,即可進行實驗信息瀏覽或?qū)嶒灮?；如需下載教學(xué)資源,則需進行免費注冊,注冊以后即可下載任意教學(xué)資源,實現(xiàn)資源的最大化共享。

2.3 擬解決的關(guān)鍵問題

開發(fā)心理學(xué)公共課虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng),主要存在兩個關(guān)鍵技術(shù)難題。

一是對實驗素材和實驗場景的界定。有些實驗素材難以用電子化、信息化的技術(shù)手段取代,如“重量鑒別的心理物理法實驗”中的“重量”感覺就很難用信息化技術(shù)虛擬并通過遠程的方式呈現(xiàn)。有些實驗場景也難以虛擬生成,如“深度知覺實驗”中的深度場景的構(gòu)建。

二是如何通過互聯(lián)網(wǎng)進行反應(yīng),收集反應(yīng)數(shù)據(jù)。心理學(xué)實驗的基本模式是呈現(xiàn)刺激(stimulus,S)和收集反應(yīng)(response,R),即S-R的聯(lián)結(jié),反應(yīng)時(reaction time,RT)也成了心理學(xué)實驗中最為經(jīng)典和最為永恒的反應(yīng)指標[11]。應(yīng)對一校多區(qū)、一課多校復(fù)雜的心理學(xué)公共課教學(xué)環(huán)境,必須借助發(fā)達的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),打破傳統(tǒng)實驗依賴設(shè)備的時空限制,構(gòu)建遠程虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng),創(chuàng)新性地開展課程實驗教學(xué)。因此,如何利用互聯(lián)網(wǎng)收集遠程的即時反應(yīng)數(shù)據(jù)和及時推送實驗反饋信息,也是本系統(tǒng)建設(shè)必須解決的關(guān)鍵問題。

對遠程反應(yīng)時(RT)的收集,本系統(tǒng)主要通過Flash技術(shù)來實現(xiàn)；而對一般實驗場景難建構(gòu)的問題,需要通過轉(zhuǎn)換思維、轉(zhuǎn)換實驗項目場景設(shè)計的思維定勢,通過轉(zhuǎn)換角度、轉(zhuǎn)換場景、創(chuàng)設(shè)新的虛擬實驗場景,創(chuàng)造性地突破實驗場景難建構(gòu)的難題。

3 系統(tǒng)實施的方法與成果

本項目的開發(fā)主要利用了Flash動畫制作技術(shù)、多媒體技術(shù)、人機交互技術(shù)、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通信等信息化技術(shù),構(gòu)建了高度仿真的心理學(xué)公共課虛擬仿真實驗環(huán)境和實驗對象,學(xué)生可在虛擬環(huán)境中進行實驗活動、完成實驗教學(xué)任務(wù)。目前,已開發(fā)完成了顏色混合實驗、反應(yīng)時實驗、速度知覺實驗、記憶廣度實驗等30余項實驗項目,并均已掛網(wǎng)投入使用。

Flash動畫制作技術(shù)是本心理學(xué)公共課虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)的主要技術(shù)。依據(jù)實驗項目的設(shè)計腳本,利用flash技術(shù)設(shè)計出具有人機互動、數(shù)據(jù)采集和簡單數(shù)據(jù)統(tǒng)計等功能的虛擬仿真實驗,并結(jié)合多媒體技術(shù)形成實驗項目的音像效果,進一步完善了虛擬仿真實驗。最后,利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)頁設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),將設(shè)計好的實驗項目移植創(chuàng)建到網(wǎng)頁中,并部署在遠程服務(wù)器上,實現(xiàn)遠程的跨時空的實驗訪問和操作互動。

4 實施效果

4.1 受益面寬廣

本系統(tǒng)開發(fā)掛網(wǎng)后,已應(yīng)用于華南師范大學(xué)中文、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等17個專業(yè)的心理學(xué)公共課的實驗教學(xué),受益人數(shù)每年近4 000人；應(yīng)用于廣州大學(xué)城10院校心理學(xué)公選課的實驗教學(xué),受益人數(shù)每年達500多人； 應(yīng)用于石牌校區(qū)6院校心理學(xué)面授課程,受益人數(shù)每年約180人；應(yīng)用于華南師范大學(xué)網(wǎng)絡(luò)學(xué)院的心理學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程,受益人數(shù)每年約2 200人；應(yīng)用于心理學(xué)、應(yīng)用心理學(xué)、教育學(xué)、學(xué)前教育、特殊教育等專業(yè)學(xué)生的普通心理學(xué)、實驗心理學(xué)等課程的實驗教學(xué),受益人數(shù)每年約為370人。

4.2 共享性好,利用率高

心理學(xué)公共課是高等師范院校開設(shè)的一門重要的基礎(chǔ)課,也是體現(xiàn)師范院校特點一門課程；心理學(xué)是每一個師范生都要了解并掌握的專業(yè)知識,它直接關(guān)系到對師范生教育理論基礎(chǔ)和教學(xué)技能的培養(yǎng)[12]。因此,幾乎全國所有的師范院校都開設(shè)有心理學(xué)公共課,并將此課程作為師范生的必修課程。很多高等師范院校所開設(shè)的心理學(xué)公共課也面臨一校多區(qū)、一課多校、一課多專業(yè)、一課多開設(shè)形式的實際教學(xué)問題,同樣,課程的實驗演示與驗證都難以進行。

心理學(xué)公共課虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)以心理學(xué)的一般體系為框架進行開發(fā),以普遍的心理學(xué)現(xiàn)象和理論為實驗內(nèi)容進行虛擬仿真實驗項目的設(shè)計和構(gòu)建。因此,該虛擬仿真實驗教學(xué)資源項目普遍適合高等師范院校心理學(xué)公共課程的實驗教學(xué),實驗項目適應(yīng)性廣、共享性強。同時,開發(fā)的心理學(xué)公共課虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)上掛于華南師范大學(xué)心理學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心網(wǎng)站和心理學(xué)省級虛擬仿真實驗教學(xué)中心網(wǎng)站中,校內(nèi)外用戶均可免費登錄該系統(tǒng)共享使用,資源共享性強、利用率高。

5 項目的創(chuàng)新

5.1 教學(xué)模式的創(chuàng)新

長期以來,面向本校師范生的心理學(xué)公共課由于選課人數(shù)眾多,且存在一校多區(qū)教學(xué)等原因,心理學(xué)公共課無法開展實驗教學(xué)。而心理學(xué)公共課虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)與構(gòu)建,突破了課程實驗教學(xué)對實驗設(shè)備的依賴和受時空的限制,開創(chuàng)了心理學(xué)公共課一校多區(qū)、一課多校、一課多專業(yè)和一課多開設(shè)形式的實驗教學(xué)新途徑,創(chuàng)新了心理學(xué)公共課的教學(xué)模式。通過對心理現(xiàn)象的趣味演示和遠程課內(nèi)或課外實驗的實操與互動,進一步激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)心理學(xué)公共課的熱情和內(nèi)驅(qū)力,提升了心理學(xué)公共課教與學(xué)的雙重功效,促進了人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。

5.2 實驗技術(shù)手段的創(chuàng)新

相比于以往的網(wǎng)絡(luò)課程和教學(xué)資源庫等信息化教學(xué)資源,心理學(xué)公共課虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)在實驗技術(shù)上實現(xiàn)了較大的突破和創(chuàng)新。

以往的網(wǎng)絡(luò)課程和教學(xué)資源庫大多采用靜態(tài)的網(wǎng)頁設(shè)計,有些以動畫方式進行知識性陳述和呈現(xiàn),但無法進行具體的、真實的實驗操作,也較難以進行實驗互動。而心理學(xué)公共課虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)以先進的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、遠程訪問的方式構(gòu)建了高度仿真的實驗對象和實驗環(huán)境,以真實實驗設(shè)計為宗旨、以實驗操作互動為核心進行虛擬實驗項目的設(shè)計。所設(shè)計的實驗項目既能進行實驗演示,又能進行實驗操作和遠程數(shù)據(jù)的收集與統(tǒng)計,解決了因時空阻隔和無法進行大規(guī)模實驗的實際難題,在大規(guī)模、多校區(qū)、多開設(shè)形式的復(fù)雜授課環(huán)境中,成功實現(xiàn)了心理學(xué)公共課的實驗教學(xué)。

5.3 實驗教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新

在實驗教學(xué)內(nèi)容方面,本心理學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)將當(dāng)今心理學(xué)最前沿研究技術(shù)及研究成果——腦功能磁共振成像fMRI技術(shù)也創(chuàng)新性地加入到實驗教學(xué)內(nèi)容中。腦功能磁共振成像fMRI技術(shù)采集的腦成像數(shù)據(jù)是一個龐大的多維數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)的成像處理需要高性能的計算機工作站，且需要專用軟件才能運行處理。本虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)通過Matlab、MRIcro等多種軟件技術(shù)和雙重轉(zhuǎn)換,將通常需要在單主機上運行，處理過程復(fù)雜、耗時長的大數(shù)據(jù)腦功能磁共振激活成像過程,成功地引入實驗教學(xué)內(nèi)容中,創(chuàng)新性地實現(xiàn)了遠程互動,讓學(xué)生通過動手操作,體驗心理學(xué)最前沿的腦功能磁共振成像fMRI技術(shù)的實驗設(shè)計,感受腦成像激活原理及效果[13-14]。

6 結(jié)語

探索現(xiàn)代信息技術(shù)與教育的全面深度融合,以信息化引領(lǐng)教育理念和教育模式的創(chuàng)新,充分發(fā)揮教育信息化在教育改革和發(fā)展中的支撐與引領(lǐng)作用,是推進教育信息化的基本工作方針[15]?！督逃筷P(guān)于進一步深化本科教學(xué)改革全面提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》也明確指出:推進實驗內(nèi)容和實驗?zāi)Ｊ礁母锖蛣?chuàng)新,培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力、分析問題和解決問題能力[16]。在信息技術(shù)高度發(fā)達的今天,運用先進的信息化技術(shù)為心理學(xué)公共課教育教學(xué)服務(wù),是推進心理學(xué)公共課實驗內(nèi)容和實驗?zāi)Ｊ礁母锖蛣?chuàng)新的重要和必要的手段。心理學(xué)公共課虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用,打破了心理學(xué)公共課長期以來難以進行實驗教學(xué)的時空限制,在一校多區(qū)、一課多校、一課多專業(yè)、一課多開設(shè)形式的復(fù)雜的心理學(xué)公共課教學(xué)中,成功實現(xiàn)實驗教學(xué),創(chuàng)新了心理學(xué)公共課的教學(xué)模式和教學(xué)手段,大大地提升了受眾面廣泛的心理學(xué)公共課教與學(xué)的雙重功效。

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Establishment and application of virtual simulation experimental teaching system in Psychology public course

Zeng Xiangyan

(Department of Psychology, South China Normal University, Guangzhou 510631, China)

Aiming at that the public compulsory course of Psychology is difficult to carry out the experimental teaching, due to many obstacle factors such as site, equipment quantity and multi-campus, with these questions, the virtual simulation experimental teaching system is built for the Psychology public compulsory course. It has been built over 30 virtual simulation experimental items in accordance with the textbook system of the Psychology public compulsory course, and solves the key technical problems of collection for remote reaction time (RT) with the making use of information technology such as Flash. The system can be started to make interactive experiment in the Psychology public course, innovates the teaching mode and teaching means of the Psychology, and improves the teaching effect.

public course, psychology; virtual simulation, experimental teaching; psychological experiment

10.16791/j.cnki.sjg.2017.03.028

2016-10-21

廣東省高等教育學(xué)會實驗室管理專業(yè)委員會2014年研究基金項目(GDJ2014012)；2015年度廣東省高等教育教學(xué)改革項目(本科類)(粵教高函[2015]173號)

曾祥炎(1974—),男,江西尋烏,碩士,高級實驗師,實驗中心主任,研究方向為實驗心理學(xué).

E-mail：zengxy@scnu.edu.cn

B841.4；G642.4

B

1002-4956(2017)3-0111-04