虛擬仿真實驗教學項目助力在線實驗教學

向遠明 陳靜茹

（[1]華中師范大學心理學院 湖北·武漢 430079；[2]華中師范大學實驗室與設備管理處 湖北·武漢 430079）

對于教育領域而言，21世紀信息化的快速發(fā)展不亞于一場革命，教育信息化受到了國家的高度重視，虛擬仿真實驗教學項目是國家教育信息化戰(zhàn)略的重要實踐內容。2017年，教育部印發(fā)《關于2017——2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》（教高函[2017]4號）。對虛擬仿真實驗教學項目的建設目標、建設內容、建設規(guī)劃和組織管理等方面作了詳細的說明。2018年教育部認定了首批來自91所高校的105個國家虛擬仿真實驗教學項目（教高函[2018]6號）。

華中師范大學心理學院依托心理學國家級實驗教學示范中心和心理與行為國家級虛擬仿真實驗教學中心建設有虛擬仿真實驗教學項目26項，其中，《兒童養(yǎng)育過程及其影響因素探索》虛擬仿真實驗教學項目于2018年獲首批國家級虛擬仿真實驗教學項目，目前已基于實驗空間——國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺，面向全國高校免費開放共享。

1 虛擬仿真實驗教學項目建設

實驗教學項目創(chuàng)新是實驗教學的靈魂。國家虛擬仿真實驗教學項目是教育部重點打造的五大“金課”之一，是推進現代信息技術融入實驗教學，推動高校探索線上線下教學相結合實驗教學新模式，形成高等教育信息化實驗教學項目示范新體系，提升實驗教學質量和水平的重要舉措。近3年來，學校不斷加大對虛擬仿真實驗中心建設投入，開發(fā)虛擬仿真實驗教學資源，虛擬仿真實驗儀器設備總值已達到1000余萬元；目前在用的虛擬仿真實驗教學項目近500項。

目前華中師范大學國家級心理與行為虛擬仿真實驗教學中心已建成的虛擬現實心理實驗項目平臺包括5個子模塊：虛擬認知心理實驗、虛擬學習與教學實驗、虛擬發(fā)展心理實驗、虛擬心理咨詢與治療實驗、虛擬人格與社會實驗。這些教學型實驗項目模塊系統(tǒng)運用了虛擬現實技術，并在經典心理學實體實驗的基礎上將相關實驗內容轉化為更具交互性、沉浸感、想象性的虛擬現實心理學實驗項目。通過持續(xù)的實驗項目建設，實驗項目庫不斷得到增加和創(chuàng)新，為學生提供了實驗的多樣性和靈活性。實驗項目庫中增加近二十項綜合性、創(chuàng)新型實驗。

比如：《兒童養(yǎng)育過程及其影響因素探索》虛擬仿真實驗教學項目 (實驗鏈接：http：//www.ilab-x.com/details?id=2794&isView=true)于2018年獲批國家級虛擬仿真實驗教學項目，目前已基于實驗空間——國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺，疫情期間面向全國高校免費開放共享。該實驗項目針對心理學、應用心理學、學前教育學等專業(yè)的本科生、碩士生，涉及發(fā)展心理學、兒童發(fā)展與教育心理學、普通心理學等課程的實驗教學。以發(fā)展心理學實驗教學為例，發(fā)展心理學是專業(yè)主干課程，主要研究個體心理發(fā)展規(guī)律和各個年齡階段的心理特征。兒童養(yǎng)育和發(fā)展是發(fā)展心理學研究的核心課題。然而，兒童發(fā)展存在生長時程長、不可逆的特質，且受先天遺傳、父母教養(yǎng)方式、同伴作用、生長環(huán)境等多種因素影響，故而傳統(tǒng)的發(fā)展心理學教學無法開展整體式兒童養(yǎng)育實驗，教學內容過于理論化。為解決上述難題，項目采用虛擬仿真技術搭建兒童虛擬養(yǎng)育平臺，預先設計了喂養(yǎng)、睡眠、爬行等典型的成長場景和親子游戲互動等不同階段的探索性任務，力求還原真實的養(yǎng)育過程。

實驗教學中，教師首先向學生講解實驗系統(tǒng)，并示范操作方法；學生分組進行倫理、知識、角色選擇等方面的討論，并扮演父母角色，完成虛擬養(yǎng)育任務。平臺根據預設的養(yǎng)育題庫和行為評價體系，評估學生的養(yǎng)育行為和決策，生成養(yǎng)育報告。實驗結束后，學生對養(yǎng)育的過程、結果和影響因素進行總結匯報。教師在實驗中及時跟蹤學生的養(yǎng)育情況，進行答疑，并基于學生的實驗操作和匯報情況綜合評定成績。

2 虛擬仿真實驗教學項目助力在線實驗教學

國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺——實驗空間是在教育部指導下，由高等教育出版社負責管理的匯聚全部學科專業(yè)、涵蓋各個層次高校、直接服務于老師、學生和社會的實驗教學公共服務平臺。該平臺經過三年的建設，已經有2079個虛擬仿真實驗項目上線。其中，心理學類上線開放的有12個實驗項目。

2020年伊始，華中師范大學整合教育資源開展線上教學，學校成立了在線教學工作領導小組，統(tǒng)籌推進在線教學工作的落實措施，幫助師生解決教學過程中可能遇到的各種困難，盡可能確保線上學習與線下課堂教學質量實質等效。針對實驗實踐類課程，學校采取線上集中講授實驗原理，輔以云課堂數字化實驗課程資源和虛擬仿真實驗教學。學校制訂了《華中師范大學虛擬仿真實驗項目對外開放教學及管理服務規(guī)范》條例，從虛擬仿真實驗教學、輔導答疑、技術服務、教學管理和激勵約束措施等方面做了詳細規(guī)定。心理學院依托心理學國家級實驗教學示范中心和心理與行為國家級虛擬仿真實驗教學中心建設有虛擬仿真實驗教學項目26項，其中，《兒童養(yǎng)育過程及其影響因素探索》虛擬仿真實驗教學項目于2018年獲批國家級虛擬仿真實驗教學項目，目前已基于實驗空間——國家虛擬仿真實驗教學項目服務平臺，面向全國高校免費開放共享。依托國家級共享平臺，發(fā)揮“硬核”實力作用，助力科學研究和實驗教學創(chuàng)新實踐躍上“云端”，有力助推了教育領域的“學習革命”。

3 發(fā)揮虛擬仿真實驗教學優(yōu)勢 驅動實驗教學創(chuàng)新

實驗教學作為高等學校人才培養(yǎng)的重要教學環(huán)節(jié)，肩負著培養(yǎng)學生實踐能力和基本操作技能的重任。人才培養(yǎng)必須以強化實踐教學為著力點，發(fā)揮虛擬仿真實驗教學優(yōu)勢，促進實驗教學模式創(chuàng)新、推進實驗教學方法的改革，拓展實驗教學的廣度，提升實驗教學學科綜合性、技術先進性和方法探究性，實現實驗教學效果的新突破。

3.1 以虛擬仿真實驗教學促進實驗教學模式創(chuàng)新

虛擬仿真實驗教學項目是國家教育信息化戰(zhàn)略的重要實踐內容，成為加強實踐教學、提高教學質量的重要手段，成為傳統(tǒng)實驗教學的一種有效的補充。虛擬仿真實驗既能再現真實實驗的全過程，又能克服傳統(tǒng)實驗的各種制約和弊端，有效解決目前實驗教學中存在的諸多問題，達到優(yōu)化教育資源、提高教學質量的目的。虛實結合的實驗教學模式、高效能的實驗管理系統(tǒng)和教育資源的開放共享，都是教育信息化的必然趨勢。

以華中師范大學為例，學校在數字化建設和網絡教育建設成就基礎上，整合心理、信息、工程等學科資源，大力推進心理與行為虛擬仿真實驗室建設力度，并于2014年1月獲批建設“國家級心理與行為虛擬仿真實驗教學中心”。該中心將虛擬仿真技術引入心理學研究、教學，更好地促進我們對處于多維信息空間中的個體如何與外部世界進行信息交流的理解和探索，成功模擬、實現了一批在傳統(tǒng)實驗室中無法做到，或者具有高風險和高成本的心理學實驗教學項目，體現了綠色實驗教學的理念，有效地拓展了實驗的時間和空間，創(chuàng)新實驗教學新模式，保證實驗教學效果，提高實驗教學質量。

3.2 以虛擬仿真實驗教學促進實驗教學項目創(chuàng)新

虛擬仿真實驗教學在改進、完善現有傳統(tǒng)實驗項目的基礎上，重點補充有助于提高學生研究創(chuàng)新能力和動手能力的創(chuàng)新型虛擬仿真實驗項目。中心在實驗課程建設方面明確提出：在虛擬仿真實驗項目建設中體現虛實結合、相互補充、能實不虛的原則。中心明確要求骨干實驗課教師根據自己實驗課程的專業(yè)特色，將傳統(tǒng)實驗項目與虛擬現實技術相融合，將每門實驗課程按照至少20%-30%的學時比例開展虛擬仿真實驗教學。在內容方面，新增加的虛擬仿真實驗項目既包括各相關學科領域最新、最前沿的一些實驗，也包括一些利用已有科研成果轉化得來的實驗教學內容。通過持續(xù)的實驗項目建設，實驗項目庫不斷得到增加和創(chuàng)新，大大的豐富實驗教學內容，為學生提供了實驗的多樣性和靈活性。

3.3 以虛擬仿真實驗教學促進實驗教學資源開放共享

虛擬實驗教學具有是開放性、共享性、綠色環(huán)保等特征。虛擬仿真實驗教學從根本上改變了傳統(tǒng)的實驗教學模式，不僅有效擴大高等教育的覆蓋面、促進教育資源的均衡化，而且提高學習資源的利用率，擴大優(yōu)質教育資源共享。

虛擬仿真實驗打破了傳統(tǒng)實驗的模式，學生在任何時間、任何地點登錄平臺，進入虛擬仿真實驗室，選擇相應的實驗項目，進行虛擬仿真實驗操作。在疫情期間，《兒童養(yǎng)育過程及其影響因素探索》虛擬仿真實驗教學項目基于實驗空間——國家虛擬仿真實驗教學項目服務平臺，面向全國高校免費開放共享，助力在線實驗教學。截止5月6日有20所高校1631名學生參加實驗。

4 結束語

虛擬仿真實驗教學項目是國家教育信息化戰(zhàn)略的重要實踐內容。充分發(fā)揮虛擬仿真實驗教學的獨特優(yōu)勢，加強現代信息技術和實驗教學有機融合；重視開展線上線下混合式實驗教學新模式；加大虛擬仿真實驗教學項目資源建設和整合，實現共享；為實驗教學改革與創(chuàng)新實踐提供具有特色的新模式、新方案。