開展在線虛擬仿真實驗教學的探索與思考

黃 洋，靳 輝

(忻州師范學院生物系，山西 忻州 034000)

2020年新年伊始，新冠疫情席卷全國，為防止疫情向高校蔓延，國家做出了高校延遲開學的決定。基于“停課不停學”的指導思想，各個高校紛紛開展在線教學。對于理論課而言，其開展起來是較為方便的。教師們可以利用騰訊會議之類的軟件進行在線直播教學，在直播過程中還可以和學生們進行互動交流；也可以通過錄制講課視頻，然后將講課視頻發(fā)送給學生。因此，理論課的教學并不會因為疫情受到較大的影響。但是傳統(tǒng)的實驗類課程將完全無法開展，因為傳統(tǒng)的實驗類課程要求學生必須進入實驗室進行操作，這一點使得傳統(tǒng)的實驗類課程無法進行線上教學。但是學生的時間是寶貴的，不能就此浪費掉，怎樣才能實現(xiàn)實驗課程的在線教學呢？虛擬仿真實驗走入了教師的視野。

虛擬仿真實驗是借助計算機軟件模擬真實的實驗操作環(huán)境，學生通過在計算機上使用軟件模擬操作儀器設備，從而達到學習實驗課程的目的[1,2]。這就類似于飛行員在真正駕駛飛機之前，會在飛行模擬艙內(nèi)借助計算機軟件模擬駕駛飛機的過程，這樣在真正駕駛飛機時才能做到心中有數(shù)。由于虛擬仿真實驗軟件操作起來類似于玩游戲做任務，因此開展虛擬仿真實驗的關鍵點在于構(gòu)建完善的“游戲”軟件[3]。一方面該軟件的后臺至少能夠滿足全班同時開展虛擬仿真實驗教學，不會發(fā)生卡頓現(xiàn)象。這一點門檻較低，各個高校都容易辦到。另一方面該軟件需要具備良好的人機交互界面，使用戶具有良好的使用體驗。這一點很難辦到，需要投入大量的資金與人力[4]。就像一款好的游戲軟件，畫面非常逼真，操作非常流暢，而這需要大型游戲公司投入重金才能辦到。因此，如果讓各個高校去開發(fā)自己的虛擬仿真實驗軟件并進行教學，這一點并不現(xiàn)實，會造成資源的極大浪費。鑒于此我國建設了“國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺”(以下簡稱平臺)，以促進各個高校虛擬仿真實驗軟件的開發(fā)與教學[5,6]。

平臺目前共計2079項虛擬仿真實驗項目，這些項目涵蓋了幾乎各個學科。數(shù)量如此龐大的實驗項目并不是一個機構(gòu)完成的，是由全國許多高校一起完成的。在進行在線教學的時候，可以在平臺上選定一個虛擬仿真實驗項目，然后將鏈接通過微信或QQ發(fā)送給學生，讓一個班的學生同時訪問該實驗項目，然后通過騰訊會議軟件向大家講解實驗，引導學生進行操作，最后利用實驗項目內(nèi)配套的測評功能對學生的操作進行測評。學生將測評報告發(fā)給老師，老師進行點評，然后實驗結(jié)束。在使用該平臺進行教學的時候，發(fā)現(xiàn)了該平臺在使用中的一些優(yōu)點與不足之處，現(xiàn)總結(jié)如下。

1 該平臺的優(yōu)點：

1.1 可以多人同時訪問

開展線上虛擬仿真實驗教學的前提是可以多人同時訪問同一個實驗項目。這一點平臺上各個實驗項目都能滿足這一條件，許多實驗項目都能支持幾百人同時訪問。這完全滿足對一個班級同時進行授課。

1.2 多媒體技術的運用使得實驗通俗易懂

在傳統(tǒng)的實驗室里交代實驗操作方法是比較困難的，因為學生沒有操作過該實驗，沒有感官上的認識，教師在教學中大多數(shù)情況下只能靠語言去描述。這造成學生在操作實驗之前沒有深刻的理解實驗操作，容易出現(xiàn)錯誤。平臺中許多虛擬仿真實驗項目設有教學模式，在教學模式中有操作視頻，并配有講解，使得學生學習實驗操作更加容易。

1.3 學生可以反復練習

在傳統(tǒng)實驗中，由于教學時間的限制，實驗材料的損耗，許多實驗學生只能操作一次。有的學生由于各種原因，無法在一次實驗中全盤學會，更不用說熟能生巧了。但是虛擬實驗可以重復無數(shù)次去進行實驗操作，直到完全學會為止，這改善了學生的學習效果。

1.4 考核方便

傳統(tǒng)實驗的考核是復雜的，需要重新準備實驗材料，然后盯著學生從準備實驗開始一直到實驗結(jié)束，以考核學生操作上有沒有什么問題。而且全班學生人數(shù)眾多，考核起來費時費力。但是虛擬實驗則不同，許多實驗項目專門設定了考核模式。學生進入考核模式進行操作，操作正確得分，操作錯誤扣分，一個班的學生完全可以同時進行考核，考核過程與結(jié)果簡單明了。

2 該平臺也存在一些不足之處：

2.1 瀏覽器不兼容

平臺內(nèi)共有兩千多項虛擬仿真實驗，是由許多高校共同完成的。由于各個高校開發(fā)實驗項目方法上的差異導致這些在線實驗項目所兼容的瀏覽器不一樣。比如有的實驗項目可以使用IE瀏覽器打開，有的項目需要360瀏覽器打開，有的項目又需要火狐瀏覽器打開。在實際操作中會給學生帶來諸多煩惱，學生們不得不下載多種瀏覽器。如果這些實驗項目能夠兼容各種瀏覽器，會使得使用者操作起來更加的方便快捷。

2.2 一些實驗項目無法訪問

平臺內(nèi)有的虛擬仿真實驗項目無法在線訪問。比如有的實驗項目點擊開始實驗后，網(wǎng)頁會跳轉(zhuǎn)到目標網(wǎng)站，但是等待幾分鐘后目標網(wǎng)站也不顯示任何內(nèi)容；有的實驗項目會提示安裝插件，但是插件安裝后依然無法訪問；還有的實驗項目會直接跳轉(zhuǎn)到該校內(nèi)部網(wǎng)站上，讓提供用戶名與密碼才能使用。這些情況的發(fā)生都造成了學生無法正常使用平臺上的實驗項目，打擊了學生的學習積極性。

2.3 某些實驗項目用戶體驗感較差

許多電腦游戲給用戶以美的享受，畫面精美，細節(jié)逼真，操作流暢，能夠牢牢地抓住用戶的內(nèi)心需求。但是平臺上一些虛擬仿真實驗項目畫面粗糙，細節(jié)處理不到位，給人以過于虛假的感覺。學生在操作的過程中，沒有美的享受，只是應付差事似的機械地操作。這一點影響了學生學習的積極性。

2.4 部分實驗項目設計過于簡單

在真實的實驗操作中，會有許多細節(jié)要處理。比如把液體樣品加入小離心管內(nèi)，有的液體會粘到離心管壁上。在真實的操作中，會通過離心的方法把壁上的液體離心到管底部。但是在虛擬仿真實驗中，這一點體現(xiàn)不出來，加樣的時候自然就加到離心管底部了。又比如在操作儀器的時候，會調(diào)試儀器，而且要設定各種參數(shù)。但是一些虛擬仿真實驗項目把這些都略去了，打開儀器就能操作。由于此類的細節(jié)不到位，使得學生一些關鍵知識點學習不到。

3 總結(jié)

借助于國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺內(nèi)的虛擬仿真實驗，高校教師可以實現(xiàn)疫情期間的在線實驗教學。隨著使用人數(shù)和使用頻率的提升，平臺可能還會有一些不足之處會暴露出來，這些不足之處都需要人們努力去完善。另外，虛擬仿真實驗不能完全替代真實的實驗操作，因為學生畢業(yè)后在工作中操作的是真實的儀器。因此，在虛擬仿真實驗教學中要把握好虛實結(jié)合，虛實有度，方能發(fā)揮虛擬仿真實驗真正的效果。