基于虛擬仿真技術(shù)的虛擬實驗自動測評系統(tǒng)設(shè)計

周志忠 侯成鈺

遼寧廣播電視大學(xué)（沈陽 110034）

測試是檢驗學(xué)生對知識掌握情況的重要手段，而評價能為教學(xué)效果提供反饋信息，使教師和學(xué)生發(fā)現(xiàn)不足，并且及時改進(jìn)。測評是不可或缺的教學(xué)手段。設(shè)計虛擬實驗自動測評系統(tǒng)是適應(yīng)我們目前教育改革的需要的產(chǎn)物，是提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的一個有利工具。

1 相關(guān)概念

1.1 虛擬實驗(Virtual Experiment，VE)

研究最重要的一點就是要明確所研究的對象。對于虛擬實驗的界定，中外學(xué)者從不同的視角進(jìn)行了概括總結(jié)。比較認(rèn)同的是單關(guān)賢和李藝?yán)蠋熢凇短摂M實驗原理與教學(xué)應(yīng)用》一書中提到的觀點。該觀點從實現(xiàn)原理和工具角度對虛擬實驗進(jìn)行定義，認(rèn)為虛擬實驗是相對于真實實驗而言的，兩者的主要差別在于實驗過程中所觸及的對象與事物是否真實。在真實實驗中所采用的實驗工具、實驗對象都是以實物形態(tài)出現(xiàn)的，而在虛擬實驗中，實驗過程主要是對虛擬物的操作，實驗步驟與結(jié)果是對真實實驗的模擬和仿真。

1.2 虛擬實驗自動測評系統(tǒng)

計算機(jī)測試（Computer-Based Testing，CBT）和計算機(jī)輔助評價(Computer assisted Assessment，CAA)二者結(jié)合在一起并稱計算機(jī)輔助測評。自動測評系統(tǒng)，就是運用計算機(jī)仿真技術(shù)構(gòu)建一個可以協(xié)同工作虛擬仿真平臺。在此平臺上，操作者完成規(guī)定的操作，計算機(jī)跟蹤記錄下操作者操作的過程信息，并根據(jù)正確的操作步驟和結(jié)果及預(yù)先錄入的評價指標(biāo)體系對操作者的技能狀況進(jìn)行自動化評價。

2 實驗評價國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

2.1 真實實驗的評價現(xiàn)狀

實驗評價是實驗的重要組成部分，具有對學(xué)生實驗?zāi)芰Φ脑\斷和提高作用。通過實驗評價，教師可以明確實驗教學(xué)的質(zhì)量，更好地了解學(xué)生對實驗的掌握情況；同樣，學(xué)生亦可以通過反饋信息更加了解自己的實驗?zāi)芰Α?/p>

從實驗評價的范圍看，已由單純的知識性評價轉(zhuǎn)向關(guān)注對實驗者（學(xué)生）實驗操作技能、實驗過程等的多元化評價。

從實驗評價的主體看，不僅有傳統(tǒng)的他人評價，還有實驗者的自我評價。

從實驗評價的環(huán)境看，已包含主觀評價發(fā)展到計算機(jī)客觀評價。

2.2 基于仿真技術(shù)的實驗評價系統(tǒng)的現(xiàn)狀

從目前可利用的實驗評價系統(tǒng)來看，大多數(shù)實驗的評價還都處于對客觀題的評價層面上，即是對實驗者相關(guān)實驗知識的評價。但在本世紀(jì)初，我國已經(jīng)有研究人員對于基于仿真技術(shù)的實驗評價系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。其基本思想是：在網(wǎng)絡(luò)化的計算機(jī)環(huán)境中用計算機(jī)仿真的方法構(gòu)建一個可以協(xié)同工作的虛擬實驗平臺；實驗評價標(biāo)準(zhǔn)依學(xué)科而定；實驗內(nèi)容可以使封閉的，亦可以是開放的。

3 實驗評價當(dāng)前的主要問題

3.1 實驗評價存在的問題

評價功能上，注重甄別和選拔，忽視診斷與激勵作用。不管是中考、會考的實驗操作考試還是高考的筆試都只是為了甄別和選拔。

評價主體上，只有單一的教師評價，忽視了學(xué)生活動過程中的自我評價。對實驗?zāi)芰o法做出個性化的合理的評價，更不可能對學(xué)生的實驗學(xué)習(xí)提出進(jìn)一步提高的建議。

評價內(nèi)容上，注重評價學(xué)生在實驗知識與操作方面的掌握情況，忽視對實驗過程與方法，情感態(tài)度與價值觀方面的評價。關(guān)注的只是實驗的結(jié)果，對學(xué)生在實驗過程中的具體表現(xiàn)則無所涉及；評價注重學(xué)術(shù)性和所謂的“規(guī)范性”，脫離學(xué)生的生活實際；評價內(nèi)容停留在淺層次的記憶、操作和簡單應(yīng)用上，缺乏在真實或模擬的情景中對學(xué)生實驗知識與技能的應(yīng)用能力和解決實際問題能力的評價。

評價形式和方法上，注重量化評價，缺少質(zhì)性評價。傳統(tǒng)的紙筆測驗和實驗操作考查都是過分強(qiáng)調(diào)結(jié)果的評價；過分注重量化方法，只對學(xué)生的實驗情況打分?jǐn)?shù)等，缺少質(zhì)性方面的評價。

3.2 仿真技術(shù)在實驗評價系統(tǒng)中存在的問題

評價內(nèi)容上，還是以文本類型的的題目為主，例如選擇題和判斷題。對于主觀性、實驗性以及操作性的評價少之又少。

評價時空上，隨著“遠(yuǎn)程教育”的發(fā)展實現(xiàn)，網(wǎng)上出現(xiàn)了許多虛擬實驗，可以供用戶直接在網(wǎng)上進(jìn)行實驗，但是這些單純性質(zhì)的模擬實驗并沒有給實驗者提供實驗操作記錄以及實驗操作過程評價。

領(lǐng)域模型存在問題，個別flash實驗軟件僅能實現(xiàn)實驗演示功能。不能實現(xiàn)對于真實實驗的完全仿真，只能進(jìn)行部分仿真。會限制實驗者的實驗操作，影響對實驗者實驗操作過程的測評，更影響實驗者實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。

4 實驗評價的發(fā)展趨勢

實驗評價的范圍將趨向于多元化、于綜合化和網(wǎng)絡(luò)化。

5 測評系統(tǒng)的設(shè)計思想

首先，利用虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建一個虛擬實驗平臺；其次，計算機(jī)要在操作者完成操作過程中獲取實驗操作信息，包括實驗操作過程和實驗結(jié)果，這些統(tǒng)統(tǒng)放在實驗操作記錄庫中；最后，計算機(jī)根據(jù)領(lǐng)域知識庫和評分規(guī)則對實驗操作過程和結(jié)果進(jìn)行綜合評價。

6 結(jié) 論

描述了基于虛擬仿真技術(shù)的虛擬實驗自動測評系統(tǒng)的基本設(shè)計思想。隨著實驗技能測評自動化技術(shù)的不斷成熟，相信它必然會為學(xué)校的教學(xué)以及學(xué)生實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)上發(fā)揮更大作用。

[1]單美賢,李藝.虛擬實驗原理與教學(xué)應(yīng)用.北京：教育科學(xué)出版社,2001.

[2]吳蓉香.化學(xué)新課程實驗活動表現(xiàn)性評價的研究.福建：福建師范大學(xué),2011.