基于虛擬實驗環(huán)境的創(chuàng)新性教學(xué)實驗?zāi)Ｊ教接?/h1>
2018-05-25 10:50:20王振華
北方文學(xué) 2018年11期
王振華
摘要：本文基于虛擬實驗平臺的特色，針對目前中小學(xué)教學(xué)與實踐環(huán)節(jié)中存在的不足，從實踐教學(xué)和課堂教學(xué)兩個方面探討如何利用虛擬實驗技術(shù)進(jìn)行教學(xué)改革研究，為學(xué)校的創(chuàng)新性實踐教學(xué)改革提供較好的參考。
關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；虛擬實驗；實踐教學(xué)
虛擬實驗室是一個應(yīng)用計算機技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實驗環(huán)境，因其特有的開放性、共享性、低耗性以及不受時空限制的特點，具有廣泛的應(yīng)用前景。但是，現(xiàn)有的研究主要針對虛擬實驗平臺實現(xiàn)技術(shù)和實踐教學(xué)改革方面進(jìn)行探討，很少涉及課程教學(xué)改革方面的應(yīng)用。本文將從課程實踐教學(xué)改革和課堂教學(xué)改革兩個方面出發(fā)進(jìn)行探討。
一、問題的提出
（一）實踐教學(xué)方面
實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革主要有兩個方面：優(yōu)化實踐教學(xué)內(nèi)容和加強實踐教學(xué)環(huán)境建設(shè)，二者相輔相成。前者一般比較容易實現(xiàn)，而后者往往由于硬件設(shè)施建設(shè)費用高而難以實施。由于信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，新技術(shù)的引入要求課程實驗內(nèi)容及實驗設(shè)備不斷更新，而設(shè)備更新與擴充的費用開支、設(shè)備耗損的維修開支以及管理開支制約了新課程體系配套的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)改革。因此，很多實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革忽略了實踐教學(xué)環(huán)境的改革。
其次，傳統(tǒng)的實踐教學(xué)環(huán)境開放性不夠，限制了學(xué)生自主設(shè)計和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。實踐環(huán)境的硬件設(shè)備需要人員維護(hù)和管理，不可能針對學(xué)生隨時開放。教師的指導(dǎo)也局限于課內(nèi)教學(xué)和輔導(dǎo)，遠(yuǎn)程教學(xué)實驗很難順利開展，限制了學(xué)生動手能力和工程實踐能力的培養(yǎng)。
（二）課堂教學(xué)方面
目前的課堂教學(xué)改革主要針對傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的弊端，提出啟發(fā)式、互動式等方式，促進(jìn)教學(xué)風(fēng)格的多樣化。利用多媒體技術(shù)能豐富教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生興趣，但大部分多媒體課件僅僅是采用圖片或動畫的形式將書本知識形象化，對于以程序設(shè)計、硬件設(shè)計和算法應(yīng)用為主的實踐性強的信息類課程而言，并不能有效而直觀地向?qū)W生展示算法或者硬件設(shè)計流程的功能和數(shù)據(jù)處理的效果，不能引導(dǎo)學(xué)生形成思考問題的習(xí)慣。
因此，結(jié)合虛擬實驗環(huán)境的優(yōu)勢特色，探討適應(yīng)社會需求的創(chuàng)新性教學(xué)實驗?zāi)Ｊ?，提出一個能較好解決目前中小學(xué)課程教學(xué)實踐環(huán)節(jié)中存在的問題的方案，對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力具有重要的意義。
二、虛擬實驗平臺的特色
與傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ较啾龋摂M實驗平臺具有如下特色：1）易擴充與更新。能顯著降低科研成本和節(jié)省研究經(jīng)費。通過聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)大型科學(xué)儀器的資源共享，避免其重復(fù)添置、購買，提高使用效率。2）不受客觀條件的影響。虛擬實驗平臺中不存在對實物設(shè)備的毀壞，也不受設(shè)備數(shù)量和設(shè)備經(jīng)費不足的局限，因而可實現(xiàn)在現(xiàn)實實驗中難于進(jìn)行的毀壞性實驗和綜合性實驗項目，方便搭建大規(guī)模實驗。3）提供協(xié)作平臺。虛擬實驗平臺以計算機網(wǎng)絡(luò)為信息載體，使用者通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交流。例如教師在線演示，開展生生，師生之間的信息交流等。4）提供開放實驗平臺。虛擬實驗平臺突破了傳統(tǒng)教學(xué)模式受時間、地點的限制。學(xué)生可以通過虛擬實驗平臺自主開展實驗，避免資源的浪費。5）運行維護(hù)方便。虛擬實驗平臺借助于仿真和虛擬現(xiàn)實等技術(shù)在計算機和網(wǎng)絡(luò)上營造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實驗各操作環(huán)節(jié)的相關(guān)軟硬件操作環(huán)境。所有的實驗芯片都是用軟件模擬，因而沒有設(shè)備損耗，很方便進(jìn)行運行維護(hù)和管理。
三、基于虛擬實驗平臺的教學(xué)實驗?zāi)Ｊ?/p>
（一）課程教學(xué)改革方面
教師在授課過程中可以通過校園網(wǎng)使用瀏覽器即可訪問相應(yīng)課程的虛擬實驗系統(tǒng)，在課堂中進(jìn)行相應(yīng)的實驗，將理論與實踐聯(lián)系起來進(jìn)行講解，能有效改善課堂授課效果。如教師在講授《數(shù)字圖像處理》課程時，需要向?qū)W生講解圖像處理算法的思想與處理效果。在傳統(tǒng)的授課模式中，處理效果往往難以展示，如果教師在授課過程中使用虛擬實驗平臺則可以實時的展現(xiàn)算法對圖像的處理效果，并可以通過調(diào)節(jié)參數(shù)來進(jìn)一步闡述算法的思想。
（二）實踐教學(xué)改革方面
虛擬實驗平臺突破傳統(tǒng)的場地限制，提供遠(yuǎn)程協(xié)同支持。學(xué)生在實驗過程中不再僅僅是按照實驗指導(dǎo)書而展開，可以自由搭建和運行實驗。虛擬實驗平臺可充分利用構(gòu)件和Web服務(wù)技術(shù)的優(yōu)勢，使得添加和維護(hù)實驗器件十分的方便，實驗設(shè)備能隨時與更新的教學(xué)內(nèi)容同步。虛擬實驗平臺還能提供一個可保存可異地打開的實驗方式，能方便開展大規(guī)模實驗。
四、應(yīng)用效果
（一）對于教師而言，虛擬實驗室具有的易管理、易指導(dǎo)和可擴充的特點，有助于改進(jìn)教學(xué)方法，也有助于科學(xué)研究。1）虛擬實驗平臺的使用，有效地緩解了目前學(xué)校實驗場地和儀器緊張的情況。由于虛擬設(shè)備以組件的形式存在，具有良好的擴展性，用戶可以方便地添加新的設(shè)備。教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容及時更新實踐內(nèi)容而不受實驗設(shè)備的限制，有助于教師將最新的科研成果及時應(yīng)用于教學(xué)中。2）虛擬實驗平臺的自主開放性特點，能夠使教師的教學(xué)不再局限于上課時間和上課地點。教師可以方便地對學(xué)生進(jìn)行在線指導(dǎo)和答疑，及時得到學(xué)生在實踐過程中存在的問題與不足。
（二）對學(xué)生而言，虛擬實驗室具有易操作性、自主性和創(chuàng)新性等特點，有利于實踐能力和創(chuàng)新能力的提高。1）通過Internet向遠(yuǎn)程教育的校內(nèi)外學(xué)生提供一個不受時空限制的開放性實踐平臺。無論校內(nèi)還是校外學(xué)生均可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問網(wǎng)站進(jìn)行多門課程的實驗。2）不受客觀條件的影響，可實現(xiàn)“實物實驗”難于進(jìn)行的毀壞性實驗和綜合性實驗項目。在信息安全課程實驗中可避免因為病毒或者網(wǎng)絡(luò)入侵造成的系統(tǒng)崩潰等。3）具有良好的用戶交互性。系統(tǒng)提供了豐富的實驗例程與模板，學(xué)生可以很直觀的選取所需要的設(shè)備來定制自己的實驗流程，通過實驗流程理解教學(xué)內(nèi)容。
五、結(jié)論
本文探討了基于虛擬實驗環(huán)境下的教學(xué)實驗?zāi)Ｊ?。指出虛擬實驗環(huán)境的建立是有效的，借助于網(wǎng)絡(luò)信息資源來擴展實驗的時間和空間，可以節(jié)省大量的管理維護(hù)開支，有效提高學(xué)生實踐的開放性、靈活性、自主性以及與教師的互動性。無論是課程課堂教學(xué)還是實踐教學(xué)，虛擬實驗平臺對于學(xué)生動手能力、工程實踐能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都提供了一個很好的有效平臺，對于教學(xué)改革具有重要的研究意義和應(yīng)用價值。
參考文獻(xiàn)：
[1]Qiang Gao，Min Chen，Li Yuefeng.The explore of automation of professional practice Teaching based on the virtual laboratory[C].International Conference on e-Education，e-Business，e-Management and e-Learning，2010：361-364.
[2]劉乃美，張建青.高校外語教師學(xué)習(xí)共同體中隱性知識顯性化研究[J].外語教學(xué)，2016（4）：51-55.
[3]李盧一，鄭燕林.基于RIA技術(shù)的虛擬實驗室的設(shè)計與開發(fā)研究[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)距離教育，2012（4）：64-69.
（作者單位：山東省蒙陰縣八一希望小學(xué)）
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關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；虛擬實驗；實踐教學(xué)
虛擬實驗室是一個應(yīng)用計算機技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實驗環(huán)境，因其特有的開放性、共享性、低耗性以及不受時空限制的特點，具有廣泛的應(yīng)用前景。但是，現(xiàn)有的研究主要針對虛擬實驗平臺實現(xiàn)技術(shù)和實踐教學(xué)改革方面進(jìn)行探討，很少涉及課程教學(xué)改革方面的應(yīng)用。本文將從課程實踐教學(xué)改革和課堂教學(xué)改革兩個方面出發(fā)進(jìn)行探討。
一、問題的提出
（一）實踐教學(xué)方面
實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革主要有兩個方面：優(yōu)化實踐教學(xué)內(nèi)容和加強實踐教學(xué)環(huán)境建設(shè)，二者相輔相成。前者一般比較容易實現(xiàn)，而后者往往由于硬件設(shè)施建設(shè)費用高而難以實施。由于信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，新技術(shù)的引入要求課程實驗內(nèi)容及實驗設(shè)備不斷更新，而設(shè)備更新與擴充的費用開支、設(shè)備耗損的維修開支以及管理開支制約了新課程體系配套的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)改革。因此，很多實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革忽略了實踐教學(xué)環(huán)境的改革。
其次，傳統(tǒng)的實踐教學(xué)環(huán)境開放性不夠，限制了學(xué)生自主設(shè)計和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。實踐環(huán)境的硬件設(shè)備需要人員維護(hù)和管理，不可能針對學(xué)生隨時開放。教師的指導(dǎo)也局限于課內(nèi)教學(xué)和輔導(dǎo)，遠(yuǎn)程教學(xué)實驗很難順利開展，限制了學(xué)生動手能力和工程實踐能力的培養(yǎng)。
（二）課堂教學(xué)方面
目前的課堂教學(xué)改革主要針對傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的弊端，提出啟發(fā)式、互動式等方式，促進(jìn)教學(xué)風(fēng)格的多樣化。利用多媒體技術(shù)能豐富教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生興趣，但大部分多媒體課件僅僅是采用圖片或動畫的形式將書本知識形象化，對于以程序設(shè)計、硬件設(shè)計和算法應(yīng)用為主的實踐性強的信息類課程而言，并不能有效而直觀地向?qū)W生展示算法或者硬件設(shè)計流程的功能和數(shù)據(jù)處理的效果，不能引導(dǎo)學(xué)生形成思考問題的習(xí)慣。
因此，結(jié)合虛擬實驗環(huán)境的優(yōu)勢特色，探討適應(yīng)社會需求的創(chuàng)新性教學(xué)實驗?zāi)Ｊ?，提出一個能較好解決目前中小學(xué)課程教學(xué)實踐環(huán)節(jié)中存在的問題的方案，對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力具有重要的意義。
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三、基于虛擬實驗平臺的教學(xué)實驗?zāi)Ｊ?/p>
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教師在授課過程中可以通過校園網(wǎng)使用瀏覽器即可訪問相應(yīng)課程的虛擬實驗系統(tǒng)，在課堂中進(jìn)行相應(yīng)的實驗，將理論與實踐聯(lián)系起來進(jìn)行講解，能有效改善課堂授課效果。如教師在講授《數(shù)字圖像處理》課程時，需要向?qū)W生講解圖像處理算法的思想與處理效果。在傳統(tǒng)的授課模式中，處理效果往往難以展示，如果教師在授課過程中使用虛擬實驗平臺則可以實時的展現(xiàn)算法對圖像的處理效果，并可以通過調(diào)節(jié)參數(shù)來進(jìn)一步闡述算法的思想。
（二）實踐教學(xué)改革方面
虛擬實驗平臺突破傳統(tǒng)的場地限制，提供遠(yuǎn)程協(xié)同支持。學(xué)生在實驗過程中不再僅僅是按照實驗指導(dǎo)書而展開，可以自由搭建和運行實驗。虛擬實驗平臺可充分利用構(gòu)件和Web服務(wù)技術(shù)的優(yōu)勢，使得添加和維護(hù)實驗器件十分的方便，實驗設(shè)備能隨時與更新的教學(xué)內(nèi)容同步。虛擬實驗平臺還能提供一個可保存可異地打開的實驗方式，能方便開展大規(guī)模實驗。
四、應(yīng)用效果
（一）對于教師而言，虛擬實驗室具有的易管理、易指導(dǎo)和可擴充的特點，有助于改進(jìn)教學(xué)方法，也有助于科學(xué)研究。1）虛擬實驗平臺的使用，有效地緩解了目前學(xué)校實驗場地和儀器緊張的情況。由于虛擬設(shè)備以組件的形式存在，具有良好的擴展性，用戶可以方便地添加新的設(shè)備。教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容及時更新實踐內(nèi)容而不受實驗設(shè)備的限制，有助于教師將最新的科研成果及時應(yīng)用于教學(xué)中。2）虛擬實驗平臺的自主開放性特點，能夠使教師的教學(xué)不再局限于上課時間和上課地點。教師可以方便地對學(xué)生進(jìn)行在線指導(dǎo)和答疑，及時得到學(xué)生在實踐過程中存在的問題與不足。
（二）對學(xué)生而言，虛擬實驗室具有易操作性、自主性和創(chuàng)新性等特點，有利于實踐能力和創(chuàng)新能力的提高。1）通過Internet向遠(yuǎn)程教育的校內(nèi)外學(xué)生提供一個不受時空限制的開放性實踐平臺。無論校內(nèi)還是校外學(xué)生均可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問網(wǎng)站進(jìn)行多門課程的實驗。2）不受客觀條件的影響，可實現(xiàn)“實物實驗”難于進(jìn)行的毀壞性實驗和綜合性實驗項目。在信息安全課程實驗中可避免因為病毒或者網(wǎng)絡(luò)入侵造成的系統(tǒng)崩潰等。3）具有良好的用戶交互性。系統(tǒng)提供了豐富的實驗例程與模板，學(xué)生可以很直觀的選取所需要的設(shè)備來定制自己的實驗流程，通過實驗流程理解教學(xué)內(nèi)容。
五、結(jié)論
本文探討了基于虛擬實驗環(huán)境下的教學(xué)實驗?zāi)Ｊ?。指出虛擬實驗環(huán)境的建立是有效的，借助于網(wǎng)絡(luò)信息資源來擴展實驗的時間和空間，可以節(jié)省大量的管理維護(hù)開支，有效提高學(xué)生實踐的開放性、靈活性、自主性以及與教師的互動性。無論是課程課堂教學(xué)還是實踐教學(xué)，虛擬實驗平臺對于學(xué)生動手能力、工程實踐能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都提供了一個很好的有效平臺，對于教學(xué)改革具有重要的研究意義和應(yīng)用價值。
參考文獻(xiàn)：
[1]Qiang Gao，Min Chen，Li Yuefeng.The explore of automation of professional practice Teaching based on the virtual laboratory[C].International Conference on e-Education，e-Business，e-Management and e-Learning，2010：361-364.
[2]劉乃美，張建青.高校外語教師學(xué)習(xí)共同體中隱性知識顯性化研究[J].外語教學(xué)，2016（4）：51-55.
[3]李盧一，鄭燕林.基于RIA技術(shù)的虛擬實驗室的設(shè)計與開發(fā)研究[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)距離教育，2012（4）：64-69.
（作者單位：山東省蒙陰縣八一希望小學(xué)）
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