我國虛擬仿真實驗教學(xué)的發(fā)展與趨勢研究

董桂偉 趙國群 王桂龍

摘 要：借助CiteSpace可視化文獻(xiàn)計量分析軟件，對在中國知網(wǎng)檢索的2011—2020年虛擬仿真實驗教學(xué)文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)分析，并繪制知識圖譜。結(jié)果顯示，我國虛擬仿真實驗教學(xué)的發(fā)展大致經(jīng)歷三個階段，即2011—2015年的探索與嘗試階段、2016—2018年的開發(fā)與建設(shè)階段和2019—2020年的應(yīng)用與創(chuàng)新階段;“虛擬仿真技術(shù)”“虛擬仿真實驗教學(xué)中心”“實驗教學(xué)改革”“實驗教學(xué)體系”和“教學(xué)模式”五個高頻關(guān)鍵詞代表了過去十年間我國虛擬仿真實驗教學(xué)的研究熱點;“虛擬現(xiàn)實”代表著目前虛擬仿真實驗教學(xué)的發(fā)展前沿。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真;實驗教學(xué);發(fā)展脈絡(luò);研究熱點;前沿趨勢

虛擬仿真實驗教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)和實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，旨在通過信息技術(shù)、智能技術(shù)與實驗教學(xué)的深度融合破解高等學(xué)校特別是高等工科院校實驗教學(xué)中許多“做不到、做不好、做不了、做不上”的問題，是繼“互聯(lián)網(wǎng)+教育”之后的一種新型“智能+教育”形態(tài)[1]。自2017年首批示范性虛擬仿真實驗教學(xué)項目認(rèn)定以來，全國各高校在教育部有關(guān)文件精神的指導(dǎo)下，突出以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，選取準(zhǔn)確適宜的教學(xué)內(nèi)容，不斷推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)融入實驗教學(xué)，成功開發(fā)了系列優(yōu)質(zhì)虛擬仿真實驗教學(xué)項目，為高水平創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供了重要支撐[2-4]。截至2020年底，各高校在“iLAB”虛擬仿真實驗教學(xué)共享平臺上線虛擬仿真實驗教學(xué)項目2079項，其中獲得國家級認(rèn)定的728項，虛擬仿真實驗教學(xué)取得了良好階段性成果[5]。特別需要指出的是，2020年疫情防控期間，各高校充分發(fā)揮虛擬仿真實驗教學(xué)項目的在線學(xué)習(xí)優(yōu)勢，為無法返校的大學(xué)生提供在線實驗學(xué)習(xí)資源，通過線上授課、學(xué)習(xí)等在線教學(xué)活動，保證了新冠疫情特殊時期的教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)質(zhì)量。

廣義而言，虛擬仿真實驗主要指利用計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過虛擬儀器和設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)真實的實驗儀器和設(shè)備而進(jìn)行的各種仿真性實驗。1989年，美國弗吉尼亞大學(xué)的威廉·沃爾夫教授首次提出“虛擬實驗”的概念后，虛擬實驗系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用在國內(nèi)外諸多高校和研究機(jī)構(gòu)得到了迅速發(fā)展，但綜合來看，虛擬仿真實驗的應(yīng)用長期以來主要集中在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域[6-7]。通過虛擬和仿真的形式開展實驗教學(xué)，不失為我國高等教育的一項重大創(chuàng)新。教育部高教司吳巖司長指出，虛擬仿真解決了世界性的實驗教學(xué)、實踐教學(xué)、實訓(xùn)教學(xué)的難題，也解決了中國大學(xué)生動手能力不足的短板問題。虛擬仿真實驗教學(xué)拓展了教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度，延伸了教學(xué)的時間和空間，讓“網(wǎng)上做實驗”和“虛擬做真實驗”成為現(xiàn)實，對增強(qiáng)大學(xué)生實踐能力、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量和水平具有重要作用。

隨著本科教學(xué)質(zhì)量工程的開展和一流課程建設(shè)的推進(jìn)，虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)逐漸豐富和體系化，推動著虛擬仿真實驗教學(xué)逐步走向探索實驗教學(xué)內(nèi)容體系平衡關(guān)系、創(chuàng)新線上線下混合式教學(xué)模式等改革和發(fā)展“深水區(qū)”。適時“回看”是避免彎路、科學(xué)發(fā)展的重要前提，從宏觀上分析和研究近些年來我國虛擬仿真實驗教學(xué)的基本狀況、研究熱點和發(fā)展趨勢等問題，對虛擬仿真實驗教學(xué)的進(jìn)一步深入發(fā)展具有重要意義。在此背景下，本文應(yīng)用文獻(xiàn)計量學(xué)的方法，對近十年中國知網(wǎng)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析，繪制虛擬仿真實驗教學(xué)研究的知識圖譜，通過定量數(shù)據(jù)客觀和直觀地展現(xiàn)我國虛擬仿真實驗教學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)、研究熱點和前沿趨勢，以期為虛擬仿真實驗教學(xué)的創(chuàng)新建設(shè)和發(fā)展提供借鑒和參考。

一、數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.數(shù)據(jù)來源

本文以近十年中國知網(wǎng)全文數(shù)據(jù)庫收錄的虛擬仿真實驗教學(xué)文獻(xiàn)為研究對象。數(shù)據(jù)檢索范圍包括中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版總庫、中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫、中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫、中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫和國際會議論文全文數(shù)據(jù)庫，文獻(xiàn)檢索時間為2020年12月15日，文獻(xiàn)發(fā)表時間為2011年1月1日至2020年11月30日。鑒于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)量的考慮，筆者以題名為“虛擬仿真”并“實驗教學(xué)”的精確匹配進(jìn)行檢索，共獲取文獻(xiàn)1223篇，剔除廣告、會議通知、重復(fù)文獻(xiàn)等信息后，獲得有效文獻(xiàn)1191篇，如圖1所示。

2.研究方法

本文采用可視化的文獻(xiàn)計量分析工具Cite-Space（V5.7.R2）軟件，對中國知網(wǎng)檢索的虛擬仿真實驗教學(xué)文獻(xiàn)進(jìn)行知識圖譜分析。所謂知識圖譜，是以信息科學(xué)、圖形學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科為基礎(chǔ)，借助信息可視化技術(shù)和計量學(xué)方法對文獻(xiàn)進(jìn)行引文分析和共現(xiàn)分析，并以生動形象的圖形和網(wǎng)絡(luò)譜系揭示文獻(xiàn)的科學(xué)知識結(jié)構(gòu)、規(guī)律和分布情況。CiteSpace軟件是一款在科學(xué)計量學(xué)、數(shù)據(jù)和信息可視化背景下發(fā)展起來的引文可視化分析軟件，最初由美國Drexel University的陳超美博士研發(fā)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于分析學(xué)術(shù)論文、期刊和作者之間的共被引關(guān)系，繪制科學(xué)知識圖譜[8]。

將本文所獲文獻(xiàn)經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換后導(dǎo)入CiteSpace軟件，時區(qū)分割（Time Slicing）跨度設(shè)為2011—2020年，默認(rèn)時間切片為1年;文獻(xiàn)處理（Text Processing）功能區(qū)中Text Source選中Title（標(biāo)題）、Abstract（摘要）、Author Keywords（作者關(guān)鍵詞）和Keywords Plus（WoS增補(bǔ)關(guān)鍵詞）;術(shù)語類型（Term Type）選中Burst Detection，用以探測突發(fā)性術(shù)語;節(jié)點類型（Node Types）選擇keyword，節(jié)點強(qiáng)度選擇余弦函數(shù)（Cosine）和時間切片內(nèi)（Within slices），閾值選擇（Top N per slice）為50，即每年切片中排名前50的共現(xiàn)詞;運算生成關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)知識圖譜。

CiteSpace軟件融合了聚類分析、社會網(wǎng)絡(luò)分析、多維尺度分析等多種方法，通過可視化手段呈現(xiàn)科學(xué)知識的研究現(xiàn)狀，從中獲取可視化知識圖形和序列化知識譜系，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)特定學(xué)科和領(lǐng)域知識結(jié)構(gòu)的隱含模式和規(guī)律。對此，本文借助該軟件對我國虛擬仿真實驗教學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)、研究熱點和前沿趨勢三個方面展開分析和探討。

二、發(fā)展脈絡(luò)

通過圖1可以發(fā)現(xiàn)，在本文檢索條件下，國內(nèi)關(guān)于虛擬仿真實驗教學(xué)的文獻(xiàn)出版由2011年的7篇增長到2020年的268篇，且呈現(xiàn)逐年增長的趨勢，表明近十年虛擬仿真實驗教學(xué)在國內(nèi)發(fā)展迅速。具體來看，2011—2013年年均文獻(xiàn)出版量相對較少，在10篇以內(nèi);2014—2015年年均文獻(xiàn)出版量有了一定程度的增加，但尚未突破100篇;自2016年開始，文獻(xiàn)出版量有了明顯增加和穩(wěn)步提升，達(dá)到年均近200篇;2019—2020年兩年來，文獻(xiàn)出版量進(jìn)一步增加，基本保持在年均300篇左右。對此，筆者通過對已獲文獻(xiàn)的文本分析，在文獻(xiàn)追蹤的基礎(chǔ)上獲得關(guān)鍵、重要文獻(xiàn)進(jìn)行研讀后發(fā)現(xiàn)，我國虛擬仿真實驗教學(xué)的發(fā)展可大致劃分為三個階段，即2011—2015年的探索與嘗試階段、2016—2018年的開發(fā)與建設(shè)階段，以及2019—2020年的應(yīng)用與創(chuàng)新階段。結(jié)合這三個階段的年度劃分，本文進(jìn)一步借助CiteSpace軟件，對這三個時間段的已獲文獻(xiàn)進(jìn)行了獨立的知識圖譜分析，以探討和找尋我國虛擬仿真實驗教學(xué)的大致發(fā)展脈絡(luò)。

1.以探索與嘗試為主的初步發(fā)展階段

CiteSpace軟件通過分析文獻(xiàn)中的關(guān)鍵詞詞頻的高低分布來獲取熱點主題，并可生成時間順序的時區(qū)圖譜，用以對相關(guān)研究的演進(jìn)路徑進(jìn)行分析。利用該軟件對2011—2015年累計獲取的144篇虛擬仿真實驗教學(xué)文獻(xiàn)進(jìn)行運算分析后，得到如圖2所示的關(guān)鍵詞共現(xiàn)時區(qū)圖譜。

在關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識圖譜中，節(jié)點越大表示該關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率越高。在圖2中，“虛擬仿真”和“實驗教學(xué)”是出現(xiàn)頻次最高的兩個關(guān)鍵詞，這是由于在文獻(xiàn)檢索中是以“虛擬仿真”和“實驗教學(xué)”這兩個為限定條件的。圖中時區(qū)表明，“虛擬仿真”和“實驗教學(xué)”兩個關(guān)鍵詞在2011年已經(jīng)出現(xiàn)，表明盡管2011年檢索所獲的文獻(xiàn)量較少（只有7篇），但已有學(xué)者開始關(guān)注虛擬仿真技術(shù)在實驗教學(xué)中的初步應(yīng)用。如蔡衛(wèi)國探討了虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械工程實驗教學(xué)中的應(yīng)用[9]，秦景良等研究了虛擬仿真技術(shù)在大學(xué)物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用等[10]。之后的2012年和2013年文獻(xiàn)量仍相對較少，說明僅有少數(shù)高等教育工作者對此進(jìn)行持續(xù)研究和關(guān)注[11]。直到2014年，文獻(xiàn)出版量開始有較大幅度上升，結(jié)合圖2所示的關(guān)鍵詞共現(xiàn)情況，出現(xiàn)頻次較高的關(guān)鍵詞有“實驗教學(xué)中心”和“虛擬仿真實驗教學(xué)中心”等，這與教育部2013年8月啟動的國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作相契合[12]，故這一時期的虛擬仿真教學(xué)文獻(xiàn)主題重點圍繞平臺建設(shè)與實踐所展開。綜合來看，2011—2015年我國虛擬仿真實驗教學(xué)基本屬于剛起步階段，少數(shù)學(xué)者就虛擬仿真技術(shù)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了初步的探索與嘗試，而國家對虛擬仿真實驗教學(xué)中心的支持和建設(shè)為虛擬仿真實驗教學(xué)項目的開展奠定了良好的平臺基礎(chǔ)。

2.以開發(fā)與建設(shè)為主的快速發(fā)展階段

圖3是2016—2018年獲取的486篇虛擬仿真實驗教學(xué)文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞共現(xiàn)時區(qū)圖譜。忽略掉“虛擬仿真”和“實驗教學(xué)”這兩個限定條件關(guān)鍵詞，可以發(fā)現(xiàn)，“虛擬仿真實驗”作為出現(xiàn)頻率第三的關(guān)鍵詞開始出現(xiàn)，這說明在前期虛擬仿真實驗教學(xué)中心平臺建設(shè)的良好基礎(chǔ)上，通過虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行實驗項目建設(shè)和開展實驗教學(xué)已經(jīng)成為各高校的一項主題工作。特別是，教育部辦公廳于2017年7月發(fā)布關(guān)于開展示范性虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)的通知，對虛擬仿真實驗教學(xué)項目的建設(shè)目標(biāo)和建設(shè)內(nèi)容等做出明確指示，進(jìn)一步激發(fā)了各高校和相關(guān)教師開展虛擬仿真實驗教學(xué)的積極性。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅2018年，全國各高校在不同網(wǎng)絡(luò)平臺上線虛擬仿真實驗教學(xué)項目1000余門，覆蓋了包括圖3所示的藥理學(xué)、電工電子、藥學(xué)等在內(nèi)的30多個學(xué)科門類。

結(jié)合對2016—2018年文獻(xiàn)的文本分析，同樣可見，這一時期的文獻(xiàn)大都圍繞“XXX虛擬仿真實驗教學(xué)項目的設(shè)計構(gòu)建”“虛擬仿真技術(shù)在XXX課程的開發(fā)應(yīng)用”等主題所展開[13-15]，實驗教育類核心刊物《實驗技術(shù)與管理》《實驗室研究與探索》等每期均有5篇以上的相關(guān)文獻(xiàn)出版，進(jìn)一步表明虛擬仿真實驗教學(xué)進(jìn)入以項目開發(fā)與建設(shè)為主的快速發(fā)展階段。

3.以應(yīng)用與創(chuàng)新為主的融合發(fā)展階段

近年來，虛擬仿真實驗教學(xué)文獻(xiàn)出版量明顯增加，達(dá)到年均300篇左右，說明虛擬仿真實驗教學(xué)在國內(nèi)各高校已經(jīng)形成了良好的課程規(guī)模和較成熟的教學(xué)模式。圖4給出了2019—2020年虛擬仿真實驗教學(xué)文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞共現(xiàn)時區(qū)圖譜。可以發(fā)現(xiàn)，忽略掉“虛擬仿真”“實驗教學(xué)”限定條件關(guān)鍵詞和“虛擬仿真實驗”“虛擬仿真技術(shù)”等2016—2018年已經(jīng)出現(xiàn)的高頻次關(guān)鍵詞后，2019—2020年兩年來圍繞虛擬仿真實驗教學(xué)而開展的“教學(xué)改革”“實踐教學(xué)”“仿真實驗教學(xué)”等關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次開始明顯增加，對照這一時期的文獻(xiàn)文本分析，也可看到以“虛擬仿真實驗”為基礎(chǔ)開展的“翻轉(zhuǎn)課堂”“虛實結(jié)合課堂”等新型教學(xué)形式也開始不斷涌現(xiàn)[16-18]。

這說明經(jīng)歷了前期以虛擬仿真實驗教學(xué)項目開發(fā)和建設(shè)為主的快速發(fā)展階段后，虛擬仿真實驗教學(xué)開始走向以應(yīng)用與創(chuàng)新為主的融合發(fā)展階段。這是虛擬仿真實驗教學(xué)發(fā)展的必然要求，因為項目建設(shè)是基礎(chǔ)，教學(xué)應(yīng)用是途徑，而融合發(fā)展支撐服務(wù)于創(chuàng)新人才培養(yǎng)才是目的。據(jù)此本文預(yù)見，虛擬仿真實驗教學(xué)以應(yīng)用與創(chuàng)新為主的融合發(fā)展階段在接下來還將會持續(xù)一段較長的時間，直到完全有機(jī)融入人才培養(yǎng)體系和模式中。

三、研究熱點

上述基于文獻(xiàn)出版統(tǒng)計情況和時區(qū)知識圖譜的分析給出了我國虛擬仿真實驗教學(xué)的大致發(fā)展脈絡(luò)，而虛擬仿真實驗教學(xué)歷經(jīng)建設(shè)和發(fā)展十年來，其總體研究熱點有哪些以及圍繞這些熱點國內(nèi)學(xué)者展開了哪些研究，取得了什么成果，厘清這些問題對于深刻把握虛擬仿真實驗教學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)和特征具有重要作用。對此，本文對2011—2020年所獲全部文獻(xiàn)進(jìn)行基于CiteSpace軟件的可視化分析，為了提高結(jié)果的可讀性，CiteSpace軟件設(shè)定網(wǎng)絡(luò)裁剪功能區(qū)（Pruning）參數(shù)選擇最小生成數(shù)（Minimum Spanning Tree）和對合并后的網(wǎng)絡(luò)裁剪（Pruning the merged network）相結(jié)合，生成關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)知識圖譜，如圖5所示。

圖5顯示的是十年來文獻(xiàn)關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻率閾值在15次以上的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，剔除文獻(xiàn)檢索時的“虛擬仿真”和“實驗教學(xué)”兩個限定條件關(guān)鍵詞以及與之相近的“虛擬仿真實驗”和“仿真實驗教學(xué)”關(guān)鍵詞，因為這顯然不是我們分析的焦點。進(jìn)一步來分析，“實驗教學(xué)中心”“實驗教學(xué)平臺”與“虛擬仿真實驗教學(xué)中心”，以及“教學(xué)改革”與“實驗教學(xué)改革”，其表述內(nèi)容基本相近，筆者在此做節(jié)點的合并處理，并進(jìn)一步運算得到頻次排在前5位的關(guān)鍵詞為“虛擬仿真技術(shù)”“虛擬仿真實驗教學(xué)中心”“實驗教學(xué)改革”“實驗教學(xué)體系”和“教學(xué)模式”，如表1所示。在此，本文認(rèn)為這五個高頻關(guān)鍵詞代表了2011—2020十年間我國虛擬仿真實驗教學(xué)研究的熱點，結(jié)合文獻(xiàn)的二次閱讀，對其逐一述評如下。

1.虛擬仿真技術(shù)

在對關(guān)鍵詞節(jié)點進(jìn)行剔除和合并后，“虛擬仿真技術(shù)”獲得112頻次，居首位。這是因為虛擬仿真技術(shù)是開展虛擬仿真實驗教學(xué)的決定性支撐，沒有虛擬仿真技術(shù)的研究與發(fā)展，就沒有虛擬仿真實驗教學(xué)可談。2011—2020年十年間，虛擬仿真技術(shù)有了質(zhì)的飛躍，在交互性、生動性、直觀性等方面取得了比較大的進(jìn)步，先后出現(xiàn)了動畫仿真、可視交互仿真、多媒體仿真和虛擬環(huán)境仿真、虛擬現(xiàn)實仿真等一系列新的仿真思想和虛擬技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)的快速發(fā)展給高等教育手段的改善和提升帶來了巨大空間，國家《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》明確要求，要深入推進(jìn)信息技術(shù)與高等教育實驗教學(xué)的深度融合，不斷加強(qiáng)高等教育實驗教學(xué)優(yōu)質(zhì)資源建設(shè)與應(yīng)用。故此，虛擬仿真技術(shù)近十年來特別是在2016年以來得到了教育界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛研究和關(guān)注，如張劍葳等論述了虛擬仿真技術(shù)在文物建筑專業(yè)教學(xué)中的重要價值[19]，并指出“虛擬仿真技術(shù)在解決文物建筑專業(yè)教學(xué)的時空制約方面具有明顯優(yōu)勢”;在分析虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展對高校實驗教學(xué)改革的影響及應(yīng)對策略時，高東鋒等強(qiáng)調(diào)高等院校應(yīng)以實驗項目的使用為需求引導(dǎo)中國虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向[20]，推動和引領(lǐng)高等教育教學(xué)與現(xiàn)代信息技術(shù)的深度融合。放眼未來發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)發(fā)展方興未艾，我們有理由相信未來有關(guān)虛擬仿真技術(shù)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用仍將成為高等教育研究的熱點。

2.虛擬仿真實驗教學(xué)中心

“虛擬仿真實驗教學(xué)中心”作為虛擬仿真實驗教學(xué)的基礎(chǔ)平臺位列關(guān)鍵詞頻次第二位，在2011—2020年間并不奇怪，與這期間的國家政策導(dǎo)向有顯著關(guān)系。2013年，教育部決定開展國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作，隨后，全國各高校根據(jù)此要求，結(jié)合自身實際情況和不同專業(yè)特點，開展了積極和富有成效的虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)。截至2016年，先后有2批200個實驗教學(xué)中心被認(rèn)定為國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心。在國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心的創(chuàng)建過程中，各高校針對不同領(lǐng)域、不同層次乃至不同地域的特點，在虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)理念、建設(shè)思路、建設(shè)方案和平臺功能等方面都做了深刻的思考和探索，并就相關(guān)建設(shè)經(jīng)驗進(jìn)行了總結(jié)和分享[21-23]。所以，虛擬仿真實驗教學(xué)中心成為這一時期的研究熱點是當(dāng)然之選，而隨著虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)的逐步體系化和全面化，關(guān)于虛擬仿真實驗教學(xué)中心的研究應(yīng)會有所回落。

3.實驗教學(xué)改革

“實驗教學(xué)改革”作為頻次第三位的關(guān)鍵詞，其首次出現(xiàn)年份大約在2015年，之后的5年間獲得了78次的詞頻數(shù)，充分顯現(xiàn)了其研究熱度?？陀^上，隨著社會的發(fā)展、科技的進(jìn)步以及高等教育的發(fā)展，教學(xué)改革或?qū)嶒灲虒W(xué)改革是歷史必然。特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來，伴隨現(xiàn)代教育技術(shù)的迅速發(fā)展，高等教育面臨著理論到實踐的重大變革，一是互聯(lián)網(wǎng)和多媒體新技術(shù)在教育教學(xué)中的大量應(yīng)用，極大地豐富和拓展了現(xiàn)代教育資源和學(xué)習(xí)環(huán)境;二是作為“數(shù)字原住民”的當(dāng)代大學(xué)生，利用智能手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦等各類電子設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)捕捉信息和學(xué)習(xí)知識已成為其生活和學(xué)習(xí)的日常[24]。如仍以傳統(tǒng)的資源和形式開展實驗教學(xué)，其教學(xué)效果和人才培養(yǎng)成效必將大打折扣。虛擬仿真實驗教學(xué)的引入是對傳統(tǒng)實驗教學(xué)不足的有效改善，同時克服了真實實驗項目條件不具備或?qū)嶋H運行困難，涉及高?；驑O端環(huán)境，高成本、高消耗、不可逆操作、大型綜合訓(xùn)練等一系列問題，同時還可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和潛能，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造能力[25-26]。在此背景下，基于虛擬仿真的實驗教學(xué)改革研究必將持續(xù)展開。

4.實驗教學(xué)體系和教學(xué)模式

“實驗教學(xué)體系”和“教學(xué)模式”的詞頻數(shù)分別為27和26，占據(jù)第四位和第五位。實驗教學(xué)體系和教學(xué)模式其實是實驗教學(xué)過程中關(guān)系緊密的兩個方面，或者在廣義上教學(xué)體系是可以涵蓋教學(xué)模式的，所以在此本文將兩者合并討論。隨著虛擬仿真實驗教學(xué)項目的建設(shè)和虛擬仿真實驗教學(xué)的開展，勢必會對原有的實驗教學(xué)體系和教學(xué)模式形成沖擊，針對這種情況，如何重構(gòu)新時期的實驗教學(xué)體系、創(chuàng)新虛擬仿真實驗教學(xué)模式就成為該領(lǐng)域研究的重點。對此，不少學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了富有成效的探索，如構(gòu)建“虛實結(jié)合”的教學(xué)體系、“線上線下”的混合式教學(xué)模式等[27-28]，為虛擬仿真實驗教學(xué)的成功開展積累了寶貴經(jīng)驗。下一階段，虛擬仿真實驗教學(xué)的建設(shè)仍將大力推進(jìn)和持續(xù)改善，而關(guān)于實驗教學(xué)體系和教學(xué)模式的研究也將更加集中和突出。

四、前沿趨勢

一個研究領(lǐng)域的研究前沿可以借助CiteSpace軟件的關(guān)鍵詞突現(xiàn)檢測來確定。突現(xiàn)關(guān)鍵詞是指在一段時間內(nèi)該主題得到高度關(guān)注，代表了當(dāng)時正在興起并具有很大發(fā)展?jié)摿蛢r值的研究方向，故而其在一定程度上揭示了該研究領(lǐng)域的前沿趨勢。

圖6展示了2011年至2020年排在前6位的突現(xiàn)關(guān)鍵詞?？梢园l(fā)現(xiàn)，2011年至2016年間突現(xiàn)的關(guān)鍵詞有“示范中心”“雙語教學(xué)”和“劑量”，初步分析是由于2011至2016年間文獻(xiàn)出版量相對較少，而相關(guān)學(xué)者這一時期對于虛擬仿真實驗教學(xué)的研究還處于探索和嘗試階段所致;2014至2017年突現(xiàn)的關(guān)鍵詞“實驗教學(xué)中心”與教育部2013年啟動的國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心認(rèn)定事件相吻合;2015年至2017年突現(xiàn)的關(guān)鍵詞“醫(yī)學(xué)”，對照這一時期的文獻(xiàn)文本分析，其與這三年中虛擬仿真實驗在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的大量應(yīng)用關(guān)系密切;最后，“虛擬現(xiàn)實”是從2018年出現(xiàn)持續(xù)至今的突現(xiàn)關(guān)鍵詞，本文認(rèn)為其代表著目前虛擬仿真實驗教學(xué)的前沿趨勢。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，VR）是通過計算機(jī)技術(shù)讓用戶進(jìn)入一個仿真的現(xiàn)實虛擬世界中獲得相應(yīng)的體驗，與一般意義的虛擬仿真相比，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以使用戶的視覺、觸覺、聽覺等感受最大程度“真實化”，而且實驗人會在這種“真實化”的刺激下做出相應(yīng)的反應(yīng)[29]。

因此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到實驗教學(xué)，可以進(jìn)一步提升學(xué)生實驗過程中的沉浸感和激發(fā)其構(gòu)想性，這對于培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力具有重要作用。結(jié)合所獲文獻(xiàn)的二次閱讀，可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)近兩年來國內(nèi)關(guān)于虛擬現(xiàn)實實驗教學(xué)的研究呈現(xiàn)明顯增長趨勢，湯嘉立等對智慧虛擬現(xiàn)實實驗室的構(gòu)建開展了研究[30]，發(fā)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以極大地調(diào)動學(xué)生主動實踐的積極性，學(xué)習(xí)興趣和主觀能動性大幅提升;王萍、李敏、蔡軍等人分別探索了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在靜脈注射、太陽電池制備和病理尸檢等實驗項目中的應(yīng)用情況，指出沉浸式虛擬現(xiàn)實技術(shù)提高了學(xué)生對實驗操作內(nèi)容的掌握程度，學(xué)生對虛擬體驗的滿意度較高，沉浸式虛擬現(xiàn)實技術(shù)在實驗教學(xué)領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景[31-33]。由此可以預(yù)見，基于虛擬現(xiàn)實的實驗教學(xué)研究將成為未來虛擬仿真實驗教學(xué)研究的核心議題。

五、結(jié)論與展望

借助CiteSpace可視化文獻(xiàn)計量分析軟件對中國知網(wǎng)檢索的2011—2020年虛擬仿真實驗教學(xué)文獻(xiàn)進(jìn)行知識圖譜分析，結(jié)合所獲文獻(xiàn)的出版量統(tǒng)計信息和二次閱讀，分析發(fā)現(xiàn)我國虛擬仿真實驗教學(xué)的發(fā)展可大致劃分為三個階段，即2011—2015年的探索與嘗試階段、2016—2018年的開發(fā)與建設(shè)階段以及2019—2020年的應(yīng)用與創(chuàng)新階段;基于2011—2020年文獻(xiàn)關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識圖譜，認(rèn)為“虛擬仿真技術(shù)”“虛擬仿真實驗教學(xué)中心”“實驗教學(xué)改革”“實驗教學(xué)體系”和“教學(xué)模式”五個高頻關(guān)鍵詞代表了這十年間我國虛擬仿真實驗教學(xué)的研究熱點;以及通過關(guān)鍵詞突現(xiàn)檢測，探尋到“虛擬現(xiàn)實”是未來虛擬仿真實驗教學(xué)的發(fā)展前沿。

從近十年來我國虛擬仿真實驗教學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)、研究熱點和前沿趨勢來看，我國虛擬仿真實驗教學(xué)正處在蓬勃發(fā)展之際。將來一段時期內(nèi)仍需繼續(xù)建設(shè)虛擬仿真實驗教學(xué)一流課程，形成專業(yè)布局合理、教學(xué)效果優(yōu)良、開放共享有效的實驗教學(xué)課程體系，同時要在資源建設(shè)的同時，創(chuàng)新和完善虛擬仿真實驗教學(xué)模式，要在虛擬仿真實驗教學(xué)內(nèi)容上體現(xiàn)時代前沿性、在在線教學(xué)形式上呈現(xiàn)互動先進(jìn)性以及在學(xué)生學(xué)習(xí)效果上突出創(chuàng)新探究性，全面打造以教學(xué)資源建設(shè)為核心、教學(xué)模式創(chuàng)新和教學(xué)形式改革為支撐、教學(xué)效果提升為目標(biāo)的高階性、創(chuàng)新性并具有一定挑戰(zhàn)度的“虛擬仿真實驗教學(xué)2.0”。

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