我国虚拟实验教学系统发展现状综述

我国虚拟实验教学系统发展现状综述

洪慧婷

（浙江师范大学教育技术学，浙江金华 321000）

摘要：作为信息技术发展的产物，虚拟实验具有透明性、共享性、互动性、自主性及可扩展性等特点，能为目前实验教学中迫切需要解决的问题提供策略和方法，因此越来越受到专家学者的关注。通过数量统计法和内容分析法，基于对CNKI网上近10年的相关文献进行研究，该文探讨了本领域的研究重心、研究内容，浅析存在的问题并提出建议，期望为虚拟实验教育应用的进一步研究提供参考和借鉴，为今后开发出设计合理、功能全面的虚拟实验教学系统奠定理论基础。

关键词：虚拟实验教学系统；虚拟实验；发展现状

一、研究背景

教学实验是教学过程的重要组成部分，是学生验证知识、探究客观现实规律不可缺少的途径。近年来，随着学校规模的扩大，学生数量不断增加，传统的实验模式已经不能满足教学的要求，这主要表现在学校实验经费不足、实验设备严重缺乏、学校实验场地空间有限等。而且随着现代远程教育的不断发展，网络远程教育中的实验教学已经成为一个新的难题。改变传统的实验教学模式已经迫在眉睫，采用计算机技术构建的各种虚拟实验室，为实验教学提供了一个新的解决方法[1]。

通过对2001年到2010年间发表的有关虚拟实验教育应用文献的收集与查阅，分析了虚拟实验教育应用的发展现状，提出了研究过程中存在的一些问题，为虚拟实验教育应用的进一步研究提供参考和借鉴，并为今后开发出设计合理、功能全面的虚拟实验教学系统奠定基础。

二、虚拟实验教育应用文献分析

（一）概念界定

1999年5月，美国爱荷华州立大学举行的虚拟实验室专家会议上采用如下定义：虚拟实验室是为研究和创新活动提供远程协作和实验的一个电子平台。这主要从实验在远程教学中的应用角度描述，虚拟实验作为远程教学的组成部分，为远程学习者提供实验教学，成为学习者新的学习方式，同时改变教师的教学方法[1]。

（二）文章数量统计

以“虚拟实验教学”为精确主题在CNKI 网上搜索，根据题目筛选出与本研究相关的文章，统计出每年文章发表数量的情况，统计出每年文章发表数量的情况。（见表1）表 1 文章数量统计（2001年~2010年）

时

间

中国

期刊

全文

数据

库

中国

优秀

硕士

学位

论文

全文

数据

库

中国

重要

会议

论文

全文

数据

库

中国

博士

学位

论文

全文

数据

库

总

计

2010 55 6 2 0 63 2009 34 7 2 0 43 2008 26 16 3 0 45 2007 21 7 0 0 28 2006 15 4 1 0 20 2005 16 5 1 1 23 2004 20 1 0 0 21 2003 7 1 0 0 8 2002 2 1 0 0 3 2001 2 0 0 0 2 总计198 48 9 1 256 （三）文章研究内容的分类

教育技术94定义中，确定了教育技术的五个范畴，即设计、开发、运用、管理和评价。通过对256篇文章内容的纵览，将文

章的研究内容分为以下五大类。（见表2）表2文章研究内容的分类框架

类

别

研究内容

设计开发工

具

研

究

工具主要有JA V A 3D、

CULT3D/X3D、Flash、Virtools、

Matlab

设计开发的内容包括虚拟实验系统和虚拟实验室、虚拟实验模式、虚拟实验界面、网络课程；涉及电子电器、机械设计、解剖学、计算机、物理、化学、生物工程、教育技术、检测等学科；类型有二维虚拟实验、三维虚拟实验等。

运用涉及计算机操作、电子吸纳路实验、徐连测试、医学、成像处理等几个方面的运用

管理涉及虚拟实验系统的维护管理方面，相关文献寥寥无几。

评价从设计指标体系的角度探讨虚拟实验教学评估问题，关注的专家学者较少。

其他研究现

状

趋

势

研

究

对虚拟实验室和虚拟实验教学系

统建设的现状和趋势进行分析；关

于虚拟实验室的实证分析；关于虚

拟实验系统存在的认知摩擦问题

的研究。很少人对虚拟实验进行反

思和评价。

教

学

模

式

研

究

关于探索式教学模式；虚拟实验虽

然不是新事物，但是目前，虚拟实

验还没有广泛运用到我国教学中，

对利用虚拟实验进行教学的教学

模式和教学设计的研究还不重视。理

论

介

绍

主要涉及虚拟现实技术的使用、虚

拟仪器的演示、虚拟实验室建设，

同时也涉及虚拟实验的特点、功

能、优点、教学影响和创建过程。

三、虚拟实验教育应用现状分析

（一）从发布时间上看数量成果和研究重心

1.从发布时间上看数量成果

根据对图1文章数量变化的分析所得，2001年~2010年每年相关虚拟实验教育应用研究的文章发表数量总体呈上升趋势，尤其是最后三年相对于2006年以前有着巨幅提升。从单类数据库看（图2），近年来，中国优秀硕士学位论文全文数据库频频出现相关研究的论文并且逐年增多，在08年达到高峰。而重要会议论文数据库从之前的零篇到05年相继出现有关文章。由此可见，随着计算机技术的快速发展和传统实验教学日益凸显的弊端，虚拟实验在教学中的应用越来越受到人们的关注，也将日渐被专家学者所重视与研究。

注：1~10分别代表2001—2010年

图1 2001—2010年CNKI网上以“虚拟实验教学”

为研究主题的文章

注：1~10分别代表2001—2010年

图2 2001—2010年CNKI网上以“虚拟实验教学”

为研究主题的文章单类数据库数量变化图2.从发布时间上看研究重心

通过对每年相关文献的标题及摘要的分析，总结出每年研究重心，统计如表2所示。

由表2可以看出，在虚拟实验的持续研究时间里，虚拟实验教学系统的设计与开发一直是人们研究的方向，且教育应用实践在研究也逐渐受到人们的关注，并在今年达到高峰。关于虚拟实验教学系统的管理研究一直维持在一个较低的水平，而对于评价研究也是近年才出现的，这是技术发展到一定程度的必然。

时间研究重心