试论如何提升虚拟实验室在远程教育中的作用

2022-09-11

和全日制学校教育一样, 远程教育也需要通过实验教学这一手段来增强学生对有关知识的感性认识, 提高他们的动手能力。但由于时间和空间上的限制, 接受远程教育的学员难以充分利用学校的实验室资源, 改善学习效果。教学型虚拟实验室技术的出现与应用, 为这一矛盾的解决提供了一个不错的选择。但要想使该技术更好地服务于培养动手型、创造型的人才这一目标上来, 还有不少工作要做。

1 虚拟实验室技术应用于远程实验教学的优势

实验教学的目的在于让教师或学生通过对实验仪器的操作, 直观地看到实验现象, 从而认识和掌握现象背后的自然规律。虚拟实验室技术就是借助各种工具软件, 开发出一系列相关程序, 实现对实验仪器和实验过程的模拟, 使实验者可以通过对计算机的交互式操作, 获得真实感体验。

虚拟实验室也是一种教学资源, 它在解决远程实验教学中实验室资源匮乏上具有比较突出的优势:

(1) 摆脱了时间和空间对实验教学的限制

借助网络这一手段, 学生可以在任何时间, 在任何一台软件、硬件配置达到相关要求的联网计算机上开展实验。虚拟实验室的这个特性, 从根本上解决了远程教育中学员较少或无法接触实验器材的问题。

(2) 有效降低实验成本, 让更多学生得到动手参与实验的机会

很多实验会用到一些价格高昂的实验仪器和耗材, 有些学科装备一个实验室往往需要数百万元以至更多。在传统的实验教学模式下, 很多实验会被安排为验证性、观察性的实验, 而学生亲自动手的机会较少。虚拟实验室不存在实验仪器的磨损和实验用品的消耗的问题, 因而大大降低了实验成本。

(3) 虚拟实验室同时也是一个专业的网络平台, 让学生在动手的同时, 得到更多交流的机会, 有利于提高他们的创造力

成熟的虚拟实验室应具备开放性、交互性等特点, 在这一平台下, 学员不仅可以在做实验的同时通过人机对话了解更多的相关知识和分析数据, 而且还可以与其他学员对话交流心得、碰撞思维, 解决了远程教育中学生过分依靠封闭式自学这一问题。

2 虚拟实验室在远程教育中的应用现状和几个需要改进的问题

虽然越来越多的高校致力于虚拟实验室的开发和应用, 这项技术本身也在日趋成熟和完善, 但在远程教育领域的实际应用当中, 以下几个问题的存在还是在一定程度上影响了该技术的普及和作用的发挥。

(1) 开发成本较高, 周期较长

当前不少高校采取的都是用本校科研人员开发虚拟实验室的办法, 消耗大量专门的人力物力, 长时间专注于某一具体项目的开发, 而且对实验室项目的定位普遍较高, 动辄重金购置尖端开发工具, 组织专人学习使用。这种自给自足的开发方式, 往往会导致开发成本高、开发周期长等问题, 不利于虚拟实验室技术的加快普及。

(2) 重复建设问题, 不同学校间分工、协作较少

虚拟实验室本应是一个开放性的平台, 在带宽和服务器性能允许的情况下, 任何人都可以通过与开发者达成协议, 无障碍地使用这一网络资源, 而当前的实际情况是, 更多的高校在采取自己开发、自己使用的办法, 致使一些学科的虚拟实验室在不同的高校中存在重复建设的问题。

(3) 升级、换代比较困难

目前, 投入使用的虚拟实验室有不少都是从国外购买的核心技术, 根据需要自己改编而成, 没有统一的技术标准, 缺少通用的软件插件, 这给升级换代带来了很大的困难, 致使消耗大量人力物力建成的虚拟实验室往往只能开展有限的几个实验项目。

(4) 功能比较单一, 记录、分析、相关知识链接等服务提供得比较少

不少虚拟实验室在开发过程中, 过分专注于对实验室环境、实验仪器和实验进程等问题的逼真再现, 而忽略了对虚拟实验室作为一个软件平台本应提供的相关服务功能的建设。

过分局限于对传统实验室的模拟、再现、缺乏独立创新

现有的虚拟实验室项目, 大多是在模拟再现某一学科现有的实体实验室, 不妨称之为实体实验室的“网络版”。这一思路大大束缚了虚拟实验室技术发挥作用的领域。

3 关于加快虚拟实验室的普及并强化其在远程教育中的实际作用的几点设想

针对上文提到的问题, 对如何强化虚拟实验室在远程教育实验教学中的作用, 做出了几点简单的设想。

(1) 开发周期和成本的问题

解决这个问题, 需要涉及的东西很多, 但最值得强调的两点是观念和开发模式的转变。首先, 从观念上应该认识到建设教学型虚拟实验室的终极目标是加强学生对知识的掌握, 提高他们的动手和创新能力。因而虚拟实验室的建设中应以其在实际教学工作中的作用为出发点, 而不是一味追求技术含量、追求先进开发工具。其次, 公开招标也是解决这个问题的一个不错办法。可以整体招标, 也可以将整个项目分成若干个部分分块发包, 总而言之, 就是引入专业设计团队, 提高工作效率。