OBE導(dǎo)向下真實實驗轉(zhuǎn)化虛擬仿真實驗方法與探索

任松波 顧穎 孔超

(西南科技大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院 教務(wù)處，四川 綿陽 621010)

近年虛擬仿真技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展十分迅猛，其具有顯著的沉浸性、交互性以及構(gòu)想性，被大量應(yīng)用于實驗(實踐)類課程教學(xué)。與真實實驗相比，虛擬仿真在呈現(xiàn)方式、知識拓展及資源共享方面優(yōu)勢明顯，但其觸覺、味覺以及重力感知等體感體驗卻稍顯不足，已成為虛擬仿真實驗課程設(shè)計重點考慮因素。

目前受軟件開發(fā)水平與實驗課程設(shè)計制約，虛擬仿真實驗多停留在簡單動畫演示層面，涵蓋內(nèi)容片面、實驗結(jié)果固定、操作過程游戲化。學(xué)生無法獲得足夠知識內(nèi)容，訓(xùn)練拓展較差，無法滿足新教育技術(shù)下“金課”標(biāo)準(zhǔn)的要求?；诖?，本研究基于OBE理念，針對如何有效保證虛擬仿真實驗教學(xué)目標(biāo)與成果，開展真實實驗轉(zhuǎn)化虛擬仿真實驗的方法研究。

一、OBE理念應(yīng)用及特點

OBE作為引導(dǎo)教學(xué)改革的重要理念，能最大化提高學(xué)生綜合素質(zhì)水平和內(nèi)在價值，有利于學(xué)生塑造良好的人生觀和價值觀[1]。

目標(biāo)導(dǎo)向理念一般從5個層面把控教學(xué)全過程[2,3]，即：確定學(xué)習(xí)成果、構(gòu)建課程體系、明確教學(xué)策略、自我參考評價以及分步逐級提升，其關(guān)鍵點為注重實質(zhì)性成果的達(dá)成度。目前，OBE理念已廣泛應(yīng)用于我國高等教育教學(xué)課程改革工作中，獲得了大量寶貴經(jīng)驗[4]。針對不同教學(xué)課程與專業(yè)，確定了分門別類學(xué)習(xí)成果要求，形成了各具特色的課程體系，梳理出極具效果的教學(xué)策略。然而在教學(xué)評價上，由于專業(yè)不同和學(xué)生差異，所達(dá)到的教學(xué)評價有效性不高，評價結(jié)果的真實性無法保證。在學(xué)生能力提升方面，由于理論知識與實際生產(chǎn)存在偏差，往往導(dǎo)致教學(xué)成果不突出。由此可見，當(dāng)前教學(xué)改革中OBE理念的應(yīng)用仍存在方法不合理、效果不明確、結(jié)果不理想的典型特征。尤其是虛擬仿真實驗教學(xué)中，OBE理念尚未發(fā)揮其突出的課程建設(shè)指導(dǎo)作用[5]。

二、真實實驗轉(zhuǎn)化虛擬仿真實驗方法

基于OBE理念，真實實驗轉(zhuǎn)化虛擬實驗過程中既需保證教學(xué)成果明確、教學(xué)方法與策略得當(dāng)、樹立合理有效的教學(xué)參考，又要實現(xiàn)能力逐級提升效果。因此，實施課程轉(zhuǎn)化時，首先應(yīng)將真實實驗的教學(xué)目標(biāo)遷移至虛擬仿真實驗，保證兩者教學(xué)內(nèi)容與要求一致，充分發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)延時/快速、微觀表征以及多方式直觀呈現(xiàn)的優(yōu)勢，將真實實驗教學(xué)存在弊端，利用虛擬仿真技術(shù)克服。教學(xué)方法與策略方面，提高學(xué)生自主操作和深度探知要求，增加自主探知趣味，避免動畫/圖片類演示，提升學(xué)生動手操作能力。自我評價與能力提升方面，從實際實驗結(jié)果多樣性出發(fā)，采用綜合能力考察的方式，充分發(fā)揮實驗內(nèi)容與結(jié)果的多樣性分析，提升學(xué)生定性分析、定量分析、綜合定量分析水平，逐級深化學(xué)生對實驗本質(zhì)認(rèn)知。

三、轉(zhuǎn)化效率的保障措施

真實實驗轉(zhuǎn)化虛擬實驗，要確保實驗轉(zhuǎn)化效率。轉(zhuǎn)化效率達(dá)成度可通過虛擬實驗是否能達(dá)到或超過真實實驗的教學(xué)目標(biāo)來衡量，能則有效，反之則無效。通過對西南科技大學(xué)“大跨空間鋼網(wǎng)架靜壓虛擬仿真實驗”教學(xué)項目的實施，在虛實實驗轉(zhuǎn)化效率保障措施方面，總結(jié)以下經(jīng)驗：

1.實驗操作步驟是實驗教學(xué)的基本內(nèi)容，因此轉(zhuǎn)化的虛擬仿真實驗需要具備完整的實驗操作步驟，實驗應(yīng)具備對誤操作或非目標(biāo)操作的及時提示；

2.虛擬仿真實驗全過程應(yīng)全面介紹所涉及實驗設(shè)備。充分發(fā)揮其多視角，三維漫游功能，補充拓展重要或典型實驗設(shè)備同類型設(shè)備相關(guān)知識；

3.虛擬實驗要充分利用發(fā)揮其多層次多角度展示和可深化優(yōu)勢，可將實驗考察分散到實驗操作及結(jié)果分析全過程。對于重要步驟或結(jié)果，可采用多級考察，逐層加強學(xué)生對實驗關(guān)鍵部位的掌握和分析能力。

四、結(jié)論

本文基于OBE理念，研究了真實實驗轉(zhuǎn)化為虛擬實驗的方法和措施。研究結(jié)果表明，在實驗轉(zhuǎn)化過程中，要圍繞成果導(dǎo)向思路的五個層次，明確虛擬實驗?zāi)繕?biāo)，形成有效的方法和策略，建立合理的評價參考與學(xué)習(xí)效果提升方法。重點針對虛擬實驗的實驗操作、重要設(shè)備呈現(xiàn)與介紹、實驗考察的布設(shè)與逐級深入進行了具體探討。