虛擬實(shí)驗(yàn)：MOOC環(huán)境下 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要發(fā)展方向

謝紹平 劉強(qiáng) 諶貽波

摘 要：改變MOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的薄弱現(xiàn)狀是現(xiàn)實(shí)的迫切需要。虛擬實(shí)驗(yàn)作為現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學(xué)相融合的新型教學(xué)模式，在促進(jìn)MOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與創(chuàng)新方面具有獨(dú)特的價(jià)值和優(yōu)勢(shì)：它能有效解決MOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織實(shí)施問(wèn)題，能實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果的全面、準(zhǔn)確、高效評(píng)價(jià)，且虛擬實(shí)驗(yàn)與MOOC在技術(shù)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)方式方面具有一致性，從而使兩者的整合易于實(shí)現(xiàn)。因此，虛擬實(shí)驗(yàn)是MOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要發(fā)展方向。應(yīng)從MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)的課程建設(shè)、教學(xué)實(shí)施和支持系統(tǒng)三個(gè)層面，推進(jìn)基于虛擬實(shí)驗(yàn)的MOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：MOOC；虛擬實(shí)驗(yàn)；發(fā)展方向；改革策略

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2018）23-0074-06

一、引言

近年來(lái)，隨著教育信息化的持續(xù)深入發(fā)展，一種新型的網(wǎng)絡(luò)課程類(lèi)型——MOOC（大規(guī)模開(kāi)放在線課程，中文音譯為“慕課”）風(fēng)靡全球，我國(guó)也在大力推進(jìn)MOOC的建設(shè)與研究，并取得了令人矚目的成績(jī)。MOOC在擴(kuò)大教育規(guī)模、促進(jìn)教育公平和提高教育教學(xué)質(zhì)量等方面發(fā)揮了非常重要的作用。但目前的MOOC實(shí)踐中還存在著一個(gè)非常突出的問(wèn)題就是它的實(shí)驗(yàn)教學(xué)非常薄弱，這也是在線教育所面臨的共同問(wèn)題。[1-3] “對(duì)于在線教育來(lái)說(shuō)，如何為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)中的實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，一直是其所面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)”。[4]

虛擬實(shí)驗(yàn)作為現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學(xué)相融合的新型教學(xué)模式，它在促進(jìn)MOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與創(chuàng)新，從而改變其薄弱現(xiàn)狀方面具有獨(dú)特的價(jià)值和優(yōu)勢(shì)。本文試對(duì)基于虛擬實(shí)驗(yàn)的MOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與創(chuàng)新問(wèn)題進(jìn)行探討，以期能為促進(jìn)我國(guó)MOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐和研究提供參考與啟示。

二、國(guó)內(nèi)MOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi) MOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀不容樂(lè)觀，主要存在著以下一些突出的問(wèn)題。

1.MOOC實(shí)驗(yàn)課程的數(shù)量非常少，實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段比較缺乏

目前國(guó)內(nèi)各MOOC平臺(tái)的課程數(shù)量已達(dá)千余門(mén)，涵蓋的學(xué)科領(lǐng)域也非常齊全，但已有的MOOC課程幾乎都是理論課，而MOOC實(shí)驗(yàn)課程的數(shù)量還非常少，這種狀況很難滿(mǎn)足對(duì)學(xué)習(xí)者實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神培養(yǎng)的需要，也影響和制約著MOOC的進(jìn)一步發(fā)展。國(guó)內(nèi)三大典型MOOC平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)設(shè)情況如表1所示。

另外，已有的MOOC 理工類(lèi)課程過(guò)于偏重理論知識(shí)的教學(xué)，比較缺乏對(duì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段的支持，這不利于學(xué)習(xí)者對(duì)理論知識(shí)的理解與掌握。在理工類(lèi)理論課程的學(xué)習(xí)中，應(yīng)適當(dāng)?shù)靥峁┮恍┫嗯涮椎难菔緦?shí)驗(yàn)或?qū)W生實(shí)驗(yàn)手段。

2.MOOC實(shí)驗(yàn)課程資源比較單一，實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)方式缺乏創(chuàng)新性和實(shí)效性

MOOC實(shí)驗(yàn)課程所提供的課程資源主要是教學(xué)視頻和在線測(cè)試題。目前的MOOC實(shí)驗(yàn)課程幾乎都不提供虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源；此外，雖然有極少數(shù)MOOC實(shí)驗(yàn)課程提供了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源，但它們只能下載后單機(jī)運(yùn)行而不能在線運(yùn)行，這也給實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的組織實(shí)施帶來(lái)了很大的不便。

MOOC實(shí)驗(yàn)課程資源的單一性也制約著學(xué)習(xí)方式的創(chuàng)新性與實(shí)效性。目前MOOC實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)方式主要是學(xué)習(xí)者觀看教學(xué)視頻和做練習(xí)題，學(xué)習(xí)者缺乏進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的機(jī)會(huì)，他們對(duì)實(shí)驗(yàn)操作活動(dòng)的參與程度很低。這種學(xué)習(xí)方式還是沿用傳統(tǒng)理論教學(xué)所采用的模式，沒(méi)有體現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)教學(xué)的本質(zhì)特征，學(xué)習(xí)者的實(shí)驗(yàn)技能不能得到有效的訓(xùn)練和培養(yǎng)，從而使實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)難以得到真正的體現(xiàn)和落實(shí)。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)側(cè)重于對(duì)較低層次認(rèn)知目標(biāo)的評(píng)價(jià)，而缺乏對(duì)動(dòng)作技能和情感目標(biāo)的評(píng)價(jià)

目前的MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)一般采用在線測(cè)驗(yàn)的手段進(jìn)行，測(cè)驗(yàn)的題型一般均為客觀題，側(cè)重于考查學(xué)習(xí)者對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作步驟等的記憶和簡(jiǎn)單理解，而這些都屬于較低層次的認(rèn)知目標(biāo)。這種評(píng)價(jià)手段難以考查學(xué)習(xí)者對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法的分析、綜合運(yùn)用等較高層次的認(rèn)知目標(biāo)。由于學(xué)習(xí)者的實(shí)驗(yàn)操作技能、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神等體現(xiàn)在他們的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程和結(jié)果中，但目前的這種評(píng)價(jià)手段并沒(méi)有把學(xué)習(xí)者的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程和結(jié)果納入到評(píng)價(jià)內(nèi)容中，因此，這種評(píng)價(jià)手段缺乏對(duì)動(dòng)作技能和情感目標(biāo)的評(píng)價(jià)。

4.學(xué)習(xí)者之間的交流與協(xié)作比較缺乏，不利于對(duì)知識(shí)的意義建構(gòu)和能力培養(yǎng)

根據(jù)社會(huì)建構(gòu)主義的理論，學(xué)習(xí)者需要在與他人的交互作用過(guò)程中來(lái)建構(gòu)知識(shí)和培養(yǎng)能力；交流與協(xié)作作為一種重要交互方式，它能有效促進(jìn)學(xué)習(xí)者的知識(shí)建構(gòu)和能力培養(yǎng)。如果缺乏交流與協(xié)作，則學(xué)習(xí)者的知識(shí)只能停留在個(gè)體層面，不能上升為集體知識(shí)為群體所共享。[5]

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)習(xí)者一般以小組協(xié)作的方式完成實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)習(xí)者之間的交流與協(xié)作比較充分。但目前的MOOC實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)方式存在著異質(zhì)化傾向，導(dǎo)致學(xué)習(xí)者之間的交流與協(xié)作比較缺乏，這很不利于學(xué)習(xí)者的知識(shí)建構(gòu)和能力培養(yǎng)，從而也影響著實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

總之，目前國(guó)內(nèi)MOOC環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)還存在著諸多的問(wèn)題，這已成為制約MOOC進(jìn)一步發(fā)展的“瓶頸”。為了促進(jìn)MOOC的持續(xù)、深入發(fā)展，MOOC環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須進(jìn)行相應(yīng)的改革。

三、虛擬實(shí)驗(yàn)在促進(jìn)MOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方面的價(jià)值和優(yōu)勢(shì)

虛擬實(shí)驗(yàn)是指借助于多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)在計(jì)算機(jī)上所營(yíng)造的可輔助、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)的相關(guān)軟硬件操作環(huán)境，實(shí)驗(yàn)者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。[6]虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)苡行Ы鉀QMOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)所面臨的困境，且其易于與MOOC進(jìn)行深層次的整合，因此，虛擬實(shí)驗(yàn)是MOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要發(fā)展方向。

1.虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)苡行Ы鉀QMOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織實(shí)施問(wèn)題

MOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織實(shí)施所要解決的主要問(wèn)題有：第一，為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)盡量真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境；第二，為學(xué)習(xí)者提供充分的實(shí)驗(yàn)操作活動(dòng)。虛擬實(shí)驗(yàn)在這方面具有突出的優(yōu)勢(shì)，因而能有效解決MOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織實(shí)施問(wèn)題。

（1）虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)転閷W(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)逼真、協(xié)作的實(shí)驗(yàn)環(huán)境

在物理環(huán)境方面，虛擬實(shí)驗(yàn)通過(guò)運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)、建模和數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)，能構(gòu)建高仿真、強(qiáng)交互的虛擬儀器和虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。高仿真體現(xiàn)在虛擬儀器、虛擬實(shí)驗(yàn)室的視覺(jué)表象、功能和操作體驗(yàn)上，強(qiáng)交互體現(xiàn)在學(xué)習(xí)者方便地對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行操作控制，以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程的觸發(fā)和實(shí)現(xiàn)等。[7]由于MOOC的學(xué)習(xí)者數(shù)量眾多、學(xué)習(xí)地點(diǎn)分散，要組織開(kāi)展真實(shí)實(shí)驗(yàn)很不現(xiàn)實(shí)；而虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的高仿真、強(qiáng)交互性能提供近乎真實(shí)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，從而為解決MOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織實(shí)施問(wèn)題提供了切實(shí)、可行的解決方案。

在人際關(guān)系環(huán)境方面，通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)與MOOC的有機(jī)整合，可以把虛擬實(shí)驗(yàn)的仿真性和MOOC的開(kāi)放、在線性相融合，創(chuàng)設(shè)聯(lián)系緊密、協(xié)作充分的人際關(guān)系環(huán)境。MOOC學(xué)習(xí)者之間可以隨時(shí)隨地就實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所遇到的問(wèn)題進(jìn)行在線交流與討論。通過(guò)運(yùn)用分布式信息處理技術(shù)和遠(yuǎn)程協(xié)同技術(shù)等，學(xué)習(xí)者可根據(jù)各自的興趣、專(zhuān)長(zhǎng)等進(jìn)行分工協(xié)作，共同完成某一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中交流協(xié)作范圍小、人員分組互補(bǔ)性弱的缺陷。

（2）虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)転閷W(xué)習(xí)者提供泛在、充分的實(shí)驗(yàn)操作活動(dòng)

在虛擬實(shí)驗(yàn)中，學(xué)習(xí)者運(yùn)用多種智能終端設(shè)備（如PC電腦、智能手機(jī)等），通過(guò)有線或者無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)服務(wù)器相連，可隨時(shí)隨地進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)和操作活動(dòng)，即虛擬實(shí)驗(yàn)的組織實(shí)施具有時(shí)間和空間上的泛在性。由于MOOC學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)地點(diǎn)非常分散，他們的學(xué)習(xí)時(shí)間具有碎片化的特點(diǎn)，因此，虛擬實(shí)驗(yàn)的泛在性能為MOOC學(xué)習(xí)者的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和操作帶來(lái)極大的便利。

由有關(guān)學(xué)習(xí)理論可知，實(shí)踐技能需要進(jìn)行反復(fù)練習(xí)與強(qiáng)化才能獲得。[8]虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)芴峁┏浞值膶?shí)驗(yàn)操作活動(dòng)，學(xué)習(xí)者可多次、反復(fù)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作訓(xùn)練，而不必?fù)?dān)心實(shí)驗(yàn)器材和耗材的消耗問(wèn)題，從而能有效培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的實(shí)踐技能；虛擬實(shí)驗(yàn)的高安全性也有助于克服學(xué)習(xí)者因害怕犯錯(cuò)而怯于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的困難，例如一些高危險(xiǎn)或高利害的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)等。另外，充分的實(shí)驗(yàn)操作活動(dòng)也使學(xué)習(xí)者的主觀能動(dòng)性得到了較好的發(fā)揮，從而有助于創(chuàng)新精神和能力的培養(yǎng)。

2.虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軐?shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果的全面、準(zhǔn)確、高效評(píng)價(jià)

（1）評(píng)價(jià)內(nèi)容的全面化

在虛擬實(shí)驗(yàn)中，學(xué)習(xí)者的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果等信息都能被后臺(tái)服務(wù)器全程如實(shí)記錄，這些信息全面地反映了學(xué)習(xí)者的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)情況，包括對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作技能的掌握情況、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與論證能力、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神等。因此，這些信息資料可作為評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)者的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)情況的有力直接證據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)內(nèi)容的全面化，有效彌補(bǔ)目前MOOC實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)內(nèi)容單一、側(cè)重于低層次認(rèn)知目標(biāo)評(píng)價(jià)的缺陷。

（2）評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確化

首先，通過(guò)評(píng)價(jià)主體的多元化促進(jìn)評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確化。虛擬實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)主體既有學(xué)習(xí)同伴和教師，也有計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)評(píng)系統(tǒng)。這兩種評(píng)價(jià)主體所對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)方式都各有其優(yōu)勢(shì)和不足：學(xué)習(xí)同伴的互評(píng)和教師評(píng)價(jià)內(nèi)容全面，但效率較低，且難以完全避免評(píng)價(jià)主體的主觀性；計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)評(píng)的效率高，評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性強(qiáng)，但評(píng)價(jià)內(nèi)容較為單一。虛擬實(shí)驗(yàn)可以很好地將兩種評(píng)價(jià)方式相互結(jié)合，通過(guò)兩者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確。

其次，通過(guò)對(duì)評(píng)價(jià)資料的精細(xì)化記錄和分析，促進(jìn)評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確化。在虛擬實(shí)驗(yàn)中，后臺(tái)服務(wù)器能自動(dòng)對(duì)學(xué)習(xí)者的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行精細(xì)化記錄，由此所獲得的評(píng)價(jià)資料非常真實(shí)、客觀。通過(guò)評(píng)價(jià)主體（學(xué)習(xí)同伴、教師和計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)評(píng)系統(tǒng)等）對(duì)這些評(píng)價(jià)資料的深入分析與處理，有效促進(jìn)了評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確化。

（3）評(píng)價(jià)效率的高效化

MOOC實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)者數(shù)量眾多，如果仍采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)方式，則評(píng)價(jià)者沒(méi)有足夠的時(shí)間和精力去開(kāi)展相關(guān)評(píng)價(jià)活動(dòng)，因此提高M(jìn)OOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)的評(píng)價(jià)效率至關(guān)重要。虛擬實(shí)驗(yàn)通過(guò)評(píng)價(jià)手段的自動(dòng)化、智能化和協(xié)作化來(lái)實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)效率的高效化。

首先，通過(guò)自動(dòng)化和智能化的評(píng)價(jià)手段實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)效率的高效化。虛擬實(shí)驗(yàn)的自動(dòng)測(cè)評(píng)系統(tǒng)能對(duì)學(xué)習(xí)者的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)化、智能化測(cè)評(píng)，并把評(píng)價(jià)結(jié)果即時(shí)、自動(dòng)地反饋給學(xué)習(xí)者。這一評(píng)價(jià)過(guò)程充分運(yùn)用了計(jì)算機(jī)對(duì)信息的高速、智能化處理能力，從而實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)的高效化。

其次，通過(guò)協(xié)作化評(píng)價(jià)手段實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)效率的高效化。協(xié)作化評(píng)價(jià)手段先由虛擬實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)對(duì)同一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)者進(jìn)行隨機(jī)分組，同組的學(xué)習(xí)者之間對(duì)彼此的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)情況進(jìn)行匿名互評(píng)；如果同一學(xué)習(xí)者的互評(píng)成績(jī)差異過(guò)大，則由管理系統(tǒng)自動(dòng)提交給其他學(xué)習(xí)者再次進(jìn)行互評(píng)，綜合所有的互評(píng)成績(jī)作為該學(xué)習(xí)者的最終實(shí)驗(yàn)成績(jī)。虛擬實(shí)驗(yàn)通過(guò)協(xié)作化評(píng)價(jià)手段的運(yùn)用，充分發(fā)揮了學(xué)習(xí)者參與評(píng)價(jià)的積極性和主動(dòng)性，大大提高了評(píng)價(jià)的效率。

3.虛擬實(shí)驗(yàn)與MOOC在技術(shù)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)方式方面具有一致性，從而使兩者的整合易于實(shí)現(xiàn)

（1）虛擬實(shí)驗(yàn)與MOOC的技術(shù)基礎(chǔ)具有一致性

虛擬實(shí)驗(yàn)與MOOC都是建立在現(xiàn)代信息技術(shù)基礎(chǔ)之上。虛擬實(shí)驗(yàn)所應(yīng)用的信息技術(shù)主要有虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、人工智能技術(shù)、可視化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。MOOC所應(yīng)用的信息技術(shù)主要有多媒體技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、人工智能技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。由此可知，兩者所應(yīng)用的信息技術(shù)具有密切的聯(lián)系，這使兩者的整合在技術(shù)層面上易于實(shí)現(xiàn)。

首先，一些技術(shù)是虛擬實(shí)驗(yàn)與MOOC所共用的，例如人工智能技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。人工智能技術(shù)用于對(duì)實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)效果的自動(dòng)測(cè)評(píng)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)各種信息的雙向傳輸和交互。這些共用的技術(shù)具有很強(qiáng)的通用性，可直接應(yīng)用于虛擬實(shí)驗(yàn)與MOOC的整合實(shí)踐中。

其次，虛擬實(shí)驗(yàn)與MOOC所應(yīng)用的一些技術(shù)具有緊密的相關(guān)性，如多媒體技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的重要基礎(chǔ)，可視化技術(shù)是大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用分支之一。在虛擬實(shí)驗(yàn)與MOOC的整合過(guò)程中，由于這些技術(shù)相互之間存在著內(nèi)在的本質(zhì)聯(lián)系，從而使它們之間的融合和改造易于進(jìn)行。

最后，MOOC所應(yīng)用的云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)能有效推進(jìn)虛擬實(shí)驗(yàn)的MOOC化。由于MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)者數(shù)量眾多，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算的工作量非常巨大，而依靠云計(jì)算強(qiáng)大的分布式信息處理能力，則可以很好地勝任這項(xiàng)艱巨的任務(wù)；運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以對(duì)學(xué)習(xí)者在虛擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行高效、深入的分析，準(zhǔn)確揭示學(xué)習(xí)者的實(shí)驗(yàn)操作行為習(xí)慣和行為方式等，為虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)評(píng)價(jià)和指導(dǎo)提供參考依據(jù)。

（2）虛擬實(shí)驗(yàn)與MOOC的學(xué)習(xí)方式具有一致性

虛擬實(shí)驗(yàn)與MOOC的學(xué)習(xí)方式都包含了在線學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)方式的一致性有助于兩者在組織實(shí)施層面的整合。

①在線學(xué)習(xí)

從學(xué)習(xí)的時(shí)空特征角度來(lái)看，虛擬實(shí)驗(yàn)與MOOC都主要采取在線學(xué)習(xí)的方式。MOOC的在線學(xué)習(xí)方式包括瀏覽課件資料、觀看教學(xué)視頻、在線測(cè)試以及在線互動(dòng)交流等；虛擬實(shí)驗(yàn)的在線學(xué)習(xí)方式包括瀏覽課件資料、觀看演示視頻、操作虛擬儀器、測(cè)量和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、在線提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、在線測(cè)評(píng)以及在線協(xié)作交流等。在線學(xué)習(xí)方式使學(xué)習(xí)活動(dòng)突破了時(shí)空的限制，因而能促進(jìn)虛擬實(shí)驗(yàn)與MOOC在學(xué)習(xí)活動(dòng)方面的整合。

②自主學(xué)習(xí)

從學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)活動(dòng)中所處角色、地位的角度來(lái)看，虛擬實(shí)驗(yàn)與MOOC都主要采取自主學(xué)習(xí)的方式，學(xué)習(xí)的內(nèi)容、進(jìn)度以及時(shí)間、地點(diǎn)等都是由學(xué)習(xí)者根據(jù)各自的實(shí)際情況自主確定，學(xué)習(xí)活動(dòng)的組織實(shí)施具有非常強(qiáng)的靈活性，體現(xiàn)了建構(gòu)主義“以學(xué)習(xí)者為中心”的教學(xué)理念。自主學(xué)習(xí)方式能促進(jìn)虛擬實(shí)驗(yàn)與MOOC在學(xué)習(xí)管理方面的整合。

③協(xié)作學(xué)習(xí)

從協(xié)作與交流的角度來(lái)看，虛擬實(shí)驗(yàn)與MOOC都離不開(kāi)基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作學(xué)習(xí)方式。借助于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的支持，學(xué)習(xí)者就學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)和困惑、學(xué)習(xí)技巧和方法，或就實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析、實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)等開(kāi)展廣泛的協(xié)作與交流，以更好地完成對(duì)知識(shí)的意義建構(gòu)。基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作學(xué)習(xí)方式能促進(jìn)虛擬實(shí)驗(yàn)與MOOC在信息交互方面的整合。

四、基于虛擬實(shí)驗(yàn)的MOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革策略

為了改變MOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的薄弱現(xiàn)狀，應(yīng)充分發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)的價(jià)值和優(yōu)勢(shì)，通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)與MOOC的深層次整合，大力推進(jìn)MOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與創(chuàng)新。根據(jù)這一指導(dǎo)原則，本文提出基于虛擬實(shí)驗(yàn)的MOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革策略，包括加強(qiáng)虛擬實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式和教學(xué)評(píng)價(jià)的改革，加強(qiáng)相關(guān)支持系統(tǒng)的建設(shè)。

1.加強(qiáng)MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)

（1）對(duì)傳統(tǒng)虛擬實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行MOOC化的改造與升級(jí)

虛擬實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)是虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)的中心任務(wù)。截至目前，我國(guó)已經(jīng)有204所高校建立起了300個(gè)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，它們所提供的虛擬實(shí)驗(yàn)課程涵蓋了40多個(gè)學(xué)科類(lèi)別。[9]但這些傳統(tǒng)的虛擬實(shí)驗(yàn)課程主要面向各高校的校內(nèi)學(xué)生，暫還未向MOOC學(xué)習(xí)者開(kāi)放，從而限制了它們的應(yīng)用范圍。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)虛擬實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行MOOC化的改造和升級(jí)，使之適合于MOOC環(huán)境下的學(xué)習(xí)，這是MOOC實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)的重要內(nèi)容之一。傳統(tǒng)虛擬實(shí)驗(yàn)課程的MOOC化改造與升級(jí)的重點(diǎn)內(nèi)容包括以下兩個(gè)方面：

①硬件系統(tǒng)的改造與升級(jí)

由于虛擬實(shí)驗(yàn)課程資源是儲(chǔ)存在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的服務(wù)器上，因此服務(wù)器是虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的主要硬件系統(tǒng)。當(dāng)虛擬實(shí)驗(yàn)課程資源與MOOC整合以后，服務(wù)器的訪問(wèn)量和運(yùn)行負(fù)荷會(huì)急劇增加，這對(duì)服務(wù)器的性能和可靠性提出了更高的要求。為此，有必要對(duì)原服務(wù)器系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造與升級(jí)，對(duì)其組織架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使之適應(yīng)MOOC環(huán)境下運(yùn)行的要求。

②軟件系統(tǒng)的改造與優(yōu)化

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的軟件系統(tǒng)主要包括服務(wù)器操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及其系統(tǒng)架構(gòu)。為適應(yīng)虛擬實(shí)驗(yàn)的MOOC化需要，也須對(duì)它們進(jìn)行相應(yīng)的改造與優(yōu)化。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的系統(tǒng)最好采用B/S架構(gòu)，學(xué)習(xí)者只需使用瀏覽器在線進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)操作，而不需下載、安裝專(zhuān)門(mén)的客戶(hù)端軟件；[10]另外，B/S架構(gòu)對(duì)客戶(hù)端計(jì)算機(jī)的性能要求較低，具有非常強(qiáng)的靈活性和便捷性。

（2）開(kāi)發(fā)新的MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)課程

①大力加強(qiáng)MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)課程資源的建設(shè)

MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)課程資源體系宜采用模塊化的結(jié)構(gòu)，這樣既能保證課程功能的全面性和一致性，也便于對(duì)課程進(jìn)行開(kāi)發(fā)、維護(hù)與管理。MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)課程資源體系一般由實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理、測(cè)評(píng)系統(tǒng)、協(xié)作交流和實(shí)驗(yàn)管理等模塊組成，各模塊的具體組成及其相互之間的關(guān)系如圖1所示。

此外，要加強(qiáng)虛擬實(shí)驗(yàn)課程資源和MOOC課程平臺(tái)的整合與銜接，這是因?yàn)樘摂M實(shí)驗(yàn)課程資源要通過(guò)MOOC平臺(tái)進(jìn)行發(fā)布，兩者整合與銜接的質(zhì)量直接影響著虛擬實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。應(yīng)分別從數(shù)據(jù)層、邏輯層和應(yīng)用層三個(gè)層面，處理好虛擬實(shí)驗(yàn)課程資源與MOOC課程平臺(tái)的整合與銜接，以使學(xué)習(xí)者能方便、高效地訪問(wèn)MOOC平臺(tái)上的虛擬實(shí)驗(yàn)課程資源。[11]

②大力加強(qiáng)MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的研發(fā)

首先，加強(qiáng)MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)建模技術(shù)的研發(fā)。建模技術(shù)是虛擬實(shí)驗(yàn)的核心技術(shù)，無(wú)論是虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景還是虛擬儀器的構(gòu)建等都需要依靠建模技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前用于傳統(tǒng)虛擬實(shí)驗(yàn)的建模技術(shù)有VRML、LabVIEW、Java、ActiveX、Flash和Virtool等。[12]與傳統(tǒng)的虛擬實(shí)驗(yàn)相比，MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)具有實(shí)驗(yàn)人數(shù)的大規(guī)模化、運(yùn)行環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)驗(yàn)管理的智能化等特點(diǎn)，已有的建模技術(shù)不一定適用于MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)的建模，因此，有必要研發(fā)適于MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)的建模技術(shù)。

其次，加強(qiáng)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、人工智能、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)在MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究。今后應(yīng)重點(diǎn)研究這些技術(shù)在MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用策略、應(yīng)用模式及應(yīng)用效果等，為MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

2.運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)推進(jìn)MOOC實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式和教學(xué)評(píng)價(jià)的改革

（1）MOOC實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革

目前的MOOC實(shí)驗(yàn)內(nèi)容絕大部分是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的基本實(shí)驗(yàn)技能、促進(jìn)對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，但在創(chuàng)新能力的培養(yǎng)方面還比較欠缺。[13]為了更好地培養(yǎng)創(chuàng)新能力，MOOC實(shí)驗(yàn)需要增加探究性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容。探究性實(shí)驗(yàn)需要學(xué)習(xí)者以類(lèi)似于科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)研究的方式，自主提出問(wèn)題、設(shè)計(jì)并實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案從而得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)一般只給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)條件，其他實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)都需要學(xué)習(xí)者自主完成。

（2）MOOC實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)方式的改革

為了培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的實(shí)驗(yàn)操作技能等實(shí)踐能力，需要對(duì)目前以看視頻、做練習(xí)題為主的MOOC實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)方式進(jìn)行改革，把實(shí)驗(yàn)操作作為其主要的學(xué)習(xí)方式。應(yīng)充分利用MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)課程的多種資源（如虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、虛擬儀器、虛擬實(shí)驗(yàn)工具軟件等），給學(xué)習(xí)者提供實(shí)驗(yàn)操作的環(huán)境與平臺(tái)。通過(guò)讓學(xué)習(xí)者親自動(dòng)手操作虛擬儀器設(shè)備、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、記錄與處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析得出結(jié)論等活動(dòng)，使實(shí)踐能力的培養(yǎng)真正落到實(shí)處。

（3）MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)的改革

通過(guò)采用基于實(shí)驗(yàn)報(bào)告的過(guò)程性評(píng)價(jià)手段，加強(qiáng)對(duì)高層次認(rèn)知目標(biāo)和情感目標(biāo)的評(píng)價(jià)。由于實(shí)驗(yàn)報(bào)告是對(duì)學(xué)習(xí)者的整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果的總結(jié)、概括，較全面反映了學(xué)習(xí)者在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所表現(xiàn)出的高層次認(rèn)知能力和科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神等狀況，因此基于實(shí)驗(yàn)報(bào)告的過(guò)程性評(píng)價(jià)可以彌補(bǔ)原有評(píng)價(jià)手段的不足。在MOOC環(huán)境下，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的提交和評(píng)價(jià)都比較易于實(shí)現(xiàn)。另外，根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)操作活動(dòng)記錄資料的分析，加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)操技能目標(biāo)的評(píng)價(jià)。

3.加強(qiáng)相關(guān)支持系統(tǒng)的建設(shè)

MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)的支持系統(tǒng)包括相關(guān)的政策支持、資金支持和人員支持，應(yīng)加大對(duì)它們的建設(shè)力度。

（1）政策支持

首先，國(guó)家應(yīng)制定關(guān)于促進(jìn)MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)發(fā)展的相關(guān)政策，以便從頂層設(shè)計(jì)上加強(qiáng)對(duì)MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)的支持、指導(dǎo)和管理。各高校也要在國(guó)家相關(guān)政策的指引下，結(jié)合各校的具體實(shí)際，制定、出臺(tái)相應(yīng)的配套制度和實(shí)施細(xì)則，以便為各校的MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)提供具體的制度保障。

其次，實(shí)施關(guān)于促進(jìn)MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)發(fā)展的相關(guān)支持計(jì)劃項(xiàng)目，通過(guò)相關(guān)的項(xiàng)目來(lái)引領(lǐng)和帶動(dòng)MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革與研究。此外，在對(duì)各高校的教學(xué)評(píng)估和專(zhuān)業(yè)評(píng)估中，應(yīng)把MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)的建設(shè)情況納入到相應(yīng)的評(píng)價(jià)和考核內(nèi)容體系中，以發(fā)揮對(duì)MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)的政策引領(lǐng)作用。

（2）資金支持

MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)的建設(shè)需要大量的資金投入，應(yīng)通過(guò)多種渠道為其提供充足的資金支持和保障。

國(guó)家和地方各級(jí)政府應(yīng)加大對(duì)MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)的資金投入力度，用于支持MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、課程資源建設(shè)、技術(shù)研發(fā)和人才培養(yǎng)等。高校作為MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)與應(yīng)用的主體，每年也要保證有充足的經(jīng)費(fèi)投入到MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)的建設(shè)、應(yīng)用與研究工作中去。

為了緩解MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)中資金緊張的局面，促進(jìn)MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)和應(yīng)用的良性循環(huán)，學(xué)習(xí)者也應(yīng)適當(dāng)?shù)刂Ц渡倭康馁M(fèi)用，以此作為建設(shè)資金來(lái)源的一個(gè)補(bǔ)充渠道，但其比例應(yīng)控制在較低的范圍之內(nèi)，以免加重學(xué)習(xí)者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

（3）人員支持

MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)的建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它需要各類(lèi)人員的積極參與和支持，這些人員主要包括實(shí)驗(yàn)教師、管理人員和技術(shù)人員，他們之間通過(guò)分工與協(xié)作，共同完成MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)的建設(shè)任務(wù)。

在人員分工方面，實(shí)驗(yàn)教師主要承擔(dān)MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)資料（包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱、講義和實(shí)驗(yàn)演示視頻）的準(zhǔn)備、輔導(dǎo)和答疑等；實(shí)驗(yàn)管理人員承擔(dān)MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織實(shí)施與管理工作；技術(shù)人員承擔(dān)MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及其軟件的開(kāi)發(fā)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件的制作和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的維護(hù)等。通過(guò)各類(lèi)人員的合理分工，可以很好地發(fā)揮他們各自的專(zhuān)長(zhǎng)，從而促進(jìn)MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)的專(zhuān)業(yè)化。

在人員協(xié)作方面，通過(guò)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教師、技術(shù)人員和管理人員之間的相互溝通與協(xié)作，克服MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)中存在的條塊分割和各自為政的不足，從而形成合力。可以通過(guò)關(guān)于MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)的交流研討會(huì)、項(xiàng)目合作和網(wǎng)絡(luò)社區(qū)等途徑加強(qiáng)人員之間的溝通與協(xié)作。

此外，由于相關(guān)人員的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)是影響MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)的關(guān)鍵因素，因此要不斷提高他們的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)，可采取培訓(xùn)進(jìn)修、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)和行動(dòng)研究等多種途徑進(jìn)行。為了系統(tǒng)培養(yǎng)MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)方面的專(zhuān)業(yè)人才，還需大力加強(qiáng)相關(guān)學(xué)科和專(zhuān)業(yè)的建設(shè)。

五、結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)促進(jìn)教育教學(xué)手段、方法和模式的變革是教育信息化的重要內(nèi)容之一。教育部最近頒布的《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》要求“積極探索新模式，開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，推進(jìn)新技術(shù)支持下的教育教學(xué)創(chuàng)新”。[14]運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)促進(jìn)MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與創(chuàng)新，這正是新技術(shù)支持下的教育教學(xué)創(chuàng)新的重要體現(xiàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)苡行Ы鉀QMOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織實(shí)施問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果的全面、準(zhǔn)確、高效的評(píng)價(jià)，而且虛擬實(shí)驗(yàn)與MOOC的整合也易于實(shí)現(xiàn)，因此，虛擬實(shí)驗(yàn)是MOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要發(fā)展方向。今后，需大力加強(qiáng)基于虛擬實(shí)驗(yàn)的MOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)踐與研究。

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[14]教技[2018]6號(hào).教育部關(guān)于印發(fā)《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》的通知[Z].

（編輯：王天鵬）