虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目評(píng)價(jià)研究

孫 福，孫佳怡，劉國(guó)慶，賈 帥

（1. 陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū) 職業(yè)教育中心，河北 石家莊 050003；2. 上海海事大學(xué) 信息工程學(xué)院，上海 201306）

目前各學(xué)校開發(fā)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的質(zhì)量、水平和應(yīng)用效果差異很大，有些項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和推廣應(yīng)用情況不盡人意，如何對(duì)這些項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。

1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目概述

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以集文字、圖形、圖像、三維動(dòng)畫和聲音于一體，利用人工智能和超鏈接能力，為操作者提供一個(gè)人機(jī)交互、界面友好、開放式的虛擬環(huán)境[1]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目是現(xiàn)代信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)深度整合的產(chǎn)物，是依據(jù)實(shí)物實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)流程等，運(yùn)用多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息技術(shù)，針對(duì)那些真實(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目條件不具備或?qū)嶋H運(yùn)行困難，涉及高危或極端環(huán)境，具有高成本、高消耗、不可逆操作、大型綜合訓(xùn)練等特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)而開發(fā)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目[2]。其本質(zhì)就是運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建全系統(tǒng)統(tǒng)一、完整的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，還原真實(shí)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)要求、實(shí)驗(yàn)原理、操作環(huán)境及互動(dòng)感受，具有沉浸性、交互性、虛幻性、逼真性等特點(diǎn)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目?jī)?nèi)容精彩、構(gòu)思巧妙、技術(shù)先進(jìn)、做法靈活、形象展現(xiàn)抽象，有利于拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)廣度和深度及推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)的平衡發(fā)展[3]，能夠獲得教學(xué)環(huán)境虛擬化、實(shí)驗(yàn)手段信息化、實(shí)驗(yàn)過(guò)程高效化的功效，與實(shí)物實(shí)驗(yàn)相比，危險(xiǎn)程度低、實(shí)驗(yàn)消耗少、學(xué)生興趣濃。

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目評(píng)價(jià)的功能與作用

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目評(píng)價(jià)屬于教育評(píng)價(jià)范疇。教育評(píng)價(jià)是指在一定教育價(jià)值觀的指導(dǎo)下，依據(jù)確立的教育目標(biāo)，通過(guò)使用一定的技術(shù)和方法，對(duì)所實(shí)施的各種教育活動(dòng)、教育過(guò)程和教育結(jié)果進(jìn)行科學(xué)判定的過(guò)程[4]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目評(píng)價(jià)的實(shí)質(zhì)，就是運(yùn)用教育評(píng)價(jià)理論和系統(tǒng)工程方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的內(nèi)容、設(shè)計(jì)、應(yīng)用等全要素，以及實(shí)驗(yàn)全流程和項(xiàng)目應(yīng)用等情況，進(jìn)行科學(xué)分析和價(jià)值判斷。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目評(píng)價(jià)的功能與作用主要體現(xiàn)在三個(gè)方面[5]。第一，評(píng)價(jià)是具有導(dǎo)向作用的指揮棒。評(píng)價(jià)引導(dǎo)著虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目研發(fā)和應(yīng)用的方方面面，能夠引起學(xué)校決策層的重視，激發(fā)教師投身項(xiàng)目研發(fā)的積極性和主動(dòng)性。第二，評(píng)價(jià)是發(fā)掘缺陷與問(wèn)題的診斷器。評(píng)價(jià)作為一種反饋—矯正系統(tǒng)，能夠幫助教師發(fā)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程中存在的缺陷與問(wèn)題，查清影響教學(xué)效果的重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵因素，為教師更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方式、完善教學(xué)手段等提供依據(jù)和參考。第三，評(píng)價(jià)是評(píng)判質(zhì)量水平的度量衡。評(píng)價(jià)是學(xué)校和各級(jí)教育主管部門評(píng)定虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目等級(jí)的有效途徑和手段，也是進(jìn)行各類評(píng)優(yōu)獎(jiǎng)勵(lì)的常規(guī)做法。此外，評(píng)價(jià)結(jié)果也可以為管理者決策提供參考[6]。

3 設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)項(xiàng)目評(píng)價(jià)指標(biāo)的原則

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)具有真實(shí)實(shí)驗(yàn)的屬性，同時(shí)又是信息技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的深度整合。在設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，既要關(guān)注傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)所包含的要素，又要充分考慮虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)仿真、數(shù)據(jù)庫(kù)等信息技術(shù)的特點(diǎn)。具體操作中，應(yīng)重點(diǎn)把握以下原則。

（1）導(dǎo)向性原則。設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)遵循實(shí)驗(yàn)教學(xué)規(guī)律，樹立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，站在立德樹人的高度，融入課程思政元素，符合實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)要求，體現(xiàn)評(píng)價(jià)的導(dǎo)向功能與激勵(lì)作用，使評(píng)價(jià)指標(biāo)具有鮮明的導(dǎo)向性[7-8]

（2）科學(xué)性原則。各評(píng)價(jià)指標(biāo)既相對(duì)獨(dú)立，相互間又具有一定的邏輯關(guān)系，在確立評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)應(yīng)避免出現(xiàn)指標(biāo)間的沖突和相互矛盾。應(yīng)遵循科學(xué)的教育理論和統(tǒng)計(jì)學(xué)的資料分類要求，對(duì)各類指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)分類[9]。

（3）全面性原則。每個(gè)指標(biāo)應(yīng)能反映總體目標(biāo)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)面，在確立評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)應(yīng)使各個(gè)層面的評(píng)價(jià)信息都能顯現(xiàn)出來(lái)，從而無(wú)遺漏地再現(xiàn)和反映整個(gè)目標(biāo)的要求。

（4）可操作性原則。評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)能通過(guò)可操作化的語(yǔ)言和數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量或定義。各個(gè)指標(biāo)的表達(dá)應(yīng)清晰準(zhǔn)確，每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的描述應(yīng)具體、切實(shí)可行、便于操作[10]，末端指標(biāo)應(yīng)可通過(guò)一定的測(cè)量手段獲得信息，取得結(jié)論，以達(dá)到評(píng)價(jià)的可靠性、準(zhǔn)確性和可操作性。

4 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目評(píng)價(jià)指標(biāo)體系框架

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目評(píng)價(jià)指標(biāo)主要來(lái)源于實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目本身所包含的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法等要素，項(xiàng)目開發(fā)所采用的媒體素材和開發(fā)技術(shù)，以及項(xiàng)目教學(xué)服務(wù)情況等信息。在設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系框架時(shí)，應(yīng)運(yùn)用現(xiàn)代教育評(píng)價(jià)理論與方法，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和可行性進(jìn)行深入研究，梳理出影響虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目?jī)r(jià)值評(píng)定的6個(gè)維度：項(xiàng)目定位、內(nèi)容、設(shè)計(jì)、研發(fā)、應(yīng)用、團(tuán)隊(duì)，即6個(gè)一級(jí)指標(biāo)。對(duì)每個(gè)一級(jí)指標(biāo)再進(jìn)行分解，得出若干個(gè)二級(jí)指標(biāo)，再分別對(duì)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行分解獲得相應(yīng)的觀測(cè)點(diǎn)，最后對(duì)每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行界定和描述，即構(gòu)成了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系框架。

4.1 “項(xiàng)目定位”的二級(jí)指標(biāo)及觀測(cè)點(diǎn)

一級(jí)指標(biāo)“項(xiàng)目定位”可分解為教學(xué)理念和開發(fā)思路2個(gè)二級(jí)指標(biāo)。教學(xué)理念指標(biāo)重點(diǎn)考察培養(yǎng)目標(biāo)要求貫徹情況、與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)的符合度，以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)中塑造人、培養(yǎng)人的功能定位等；開發(fā)思路指標(biāo)重點(diǎn)考察項(xiàng)目服務(wù)對(duì)象是否明確，開發(fā)思路是否清晰，開發(fā)模式與項(xiàng)目類型的符合度等。一級(jí)指標(biāo)“項(xiàng)目定位”的二級(jí)指標(biāo)及觀測(cè)點(diǎn)如表1所示。

表1 一級(jí)指標(biāo)“項(xiàng)目定位”的二級(jí)指標(biāo)及觀測(cè)點(diǎn)

4.2 “項(xiàng)目?jī)?nèi)容”的二級(jí)指標(biāo)及觀測(cè)點(diǎn)

一級(jí)指標(biāo)“項(xiàng)目?jī)?nèi)容”可分解為內(nèi)容選取、教學(xué)資源和內(nèi)容核查3個(gè)二級(jí)指標(biāo)。內(nèi)容選取指標(biāo)重點(diǎn)考察項(xiàng)目是否屬于學(xué)校教學(xué)計(jì)劃的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，選取的項(xiàng)目是否為由于實(shí)物實(shí)驗(yàn)安全性差、難以實(shí)現(xiàn)、成本高昂、時(shí)空限制等因素而不便開展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容[11]；教學(xué)資源指標(biāo)重點(diǎn)考察開展實(shí)驗(yàn)所需要的虛擬設(shè)備、器材、工具和輔助的配套資料是否齊備；內(nèi)容核查指標(biāo)重點(diǎn)考察項(xiàng)目的原創(chuàng)性，考察是否存在版權(quán)爭(zhēng)議以及政審和密級(jí)是否合規(guī)等。一級(jí)指標(biāo)“項(xiàng)目?jī)?nèi)容”的二級(jí)指標(biāo)及觀測(cè)點(diǎn)如表2所示。

4.3 “項(xiàng)目設(shè)計(jì)”的二級(jí)指標(biāo)及觀測(cè)點(diǎn)

一級(jí)指標(biāo)“項(xiàng)目設(shè)計(jì)”可分解為教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)流程3個(gè)二級(jí)指標(biāo)。教學(xué)設(shè)計(jì)指標(biāo)重點(diǎn)考察原理闡釋、實(shí)驗(yàn)時(shí)數(shù)和實(shí)驗(yàn)步驟要求等；教學(xué)方法指標(biāo)重點(diǎn)考察教學(xué)方法是否具有多樣性，是否適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求等；實(shí)驗(yàn)流程指標(biāo)重點(diǎn)考察實(shí)驗(yàn)步驟、操作流程等是否明確、規(guī)范。一級(jí)指標(biāo)“項(xiàng)目設(shè)計(jì)”的二級(jí)指標(biāo)及觀測(cè)點(diǎn)如表3所示。

4.4 “項(xiàng)目研發(fā)”的二級(jí)指標(biāo)及觀測(cè)點(diǎn)

一級(jí)指標(biāo)“項(xiàng)目研發(fā)”可分解為媒體應(yīng)用和技術(shù)運(yùn)用 2個(gè)二級(jí)指標(biāo)。媒體應(yīng)用指標(biāo)重點(diǎn)考察所選素材是否豐富，媒體呈現(xiàn)方式是否合適，以及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)界面的可視性等；技術(shù)運(yùn)用指標(biāo)重點(diǎn)考察開發(fā)技術(shù)和工具是否先進(jìn)、適用，技術(shù)架構(gòu)是否合理可行，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)功能是否完備，實(shí)驗(yàn)接口是否滿足要求等。一級(jí)指標(biāo)“項(xiàng)目研發(fā)”的二級(jí)指標(biāo)及觀測(cè)點(diǎn)如表4所示。

表2 一級(jí)指標(biāo)“項(xiàng)目?jī)?nèi)容”的二級(jí)指標(biāo)及觀測(cè)點(diǎn)

表3 一級(jí)指標(biāo)“項(xiàng)目設(shè)計(jì)”的二級(jí)指標(biāo)及觀測(cè)點(diǎn)

表4 一級(jí)指標(biāo)“項(xiàng)目研發(fā)”的二級(jí)指標(biāo)及觀測(cè)點(diǎn)

4.5 “項(xiàng)目應(yīng)用”的二級(jí)指標(biāo)及觀測(cè)點(diǎn)

一級(jí)指標(biāo)“項(xiàng)目應(yīng)用”可分解為運(yùn)行服務(wù)、教學(xué)效果、改進(jìn)措施3個(gè)二級(jí)指標(biāo)。運(yùn)行服務(wù)指標(biāo)重點(diǎn)考察系統(tǒng)鏈接有效性、運(yùn)行穩(wěn)定性、教師在線服務(wù)、面向社會(huì)提供服務(wù)等情況；教學(xué)效果指標(biāo)重點(diǎn)考察項(xiàng)目在本校及其他學(xué)校的應(yīng)用、學(xué)生實(shí)驗(yàn)參與度和認(rèn)可度、對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的貢獻(xiàn)度等方面的情況；改進(jìn)措施指標(biāo)重點(diǎn)考察項(xiàng)目方案提出的后續(xù)建設(shè)計(jì)劃和持續(xù)服務(wù)計(jì)劃落實(shí)情況，以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更新和資源完善情況等。一級(jí)指標(biāo)“項(xiàng)目應(yīng)用”的二級(jí)指標(biāo)及觀測(cè)點(diǎn)如表5所示。

表5 一級(jí)指標(biāo)“項(xiàng)目應(yīng)用”的二級(jí)指標(biāo)及觀測(cè)點(diǎn)

4.6 “項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)”的二級(jí)指標(biāo)及觀測(cè)點(diǎn)

一級(jí)指標(biāo)“項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)”可分解為負(fù)責(zé)人和團(tuán)隊(duì)成員2個(gè)二級(jí)指標(biāo)。負(fù)責(zé)人指標(biāo)重點(diǎn)考察負(fù)責(zé)人的教學(xué)能力、學(xué)術(shù)水平、師德師風(fēng)，以及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開發(fā)能力和經(jīng)驗(yàn)等；團(tuán)隊(duì)成員指標(biāo)重點(diǎn)考察團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)，以及各類人員的能力水平是否符合項(xiàng)目服務(wù)要求等。一級(jí)指標(biāo)“項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)”的二級(jí)指標(biāo)及觀測(cè)點(diǎn)如表 6所示。

表6 一級(jí)指標(biāo)“項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)”的二級(jí)指標(biāo)及觀測(cè)點(diǎn)

在對(duì)一級(jí)指標(biāo)、二級(jí)指標(biāo)及觀測(cè)點(diǎn)構(gòu)建的基礎(chǔ)上，接下來(lái)應(yīng)根據(jù)二級(jí)指標(biāo)的重要程度分配相應(yīng)的權(quán)重，再對(duì)二級(jí)指標(biāo)的觀測(cè)點(diǎn)賦值，即將所有的一級(jí)指標(biāo)、二級(jí)指標(biāo)（含權(quán)重）及其觀測(cè)點(diǎn)（含賦值）整合在一起，即可形成完整的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。根據(jù)不同的評(píng)價(jià)目的選取所需的一級(jí)指標(biāo)，并對(duì)相應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)及其觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行取舍，給出相應(yīng)的計(jì)算公式，即可形成滿足不同評(píng)價(jià)要求的指標(biāo)體系。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目開展評(píng)價(jià)是推動(dòng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的有力舉措。其中，構(gòu)建一套科學(xué)、合理、可行的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系尤為重要，該體系需要在實(shí)踐中不斷創(chuàng)新和完善，從而更好地發(fā)揮其評(píng)價(jià)功能與作用，促進(jìn)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的研發(fā)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提升[12]。