论文关键词:虚拟实验;教育技术专业;系统研究
论文摘要:虚拟实验教学可以弥补传统实验的不足，但目前虚拟实验在教学中的应用效果不佳。文章从教育技术学专业期刊中对于虚拟实验的文章从数量、作者情况、研究内容进行研究，对目前我国虚拟实验存在系统性研究、统用模型、教学设计等方面存在的不足，提出相关建议。
1989年美国弗吉尼亚大学(universityofvirginia)教授威廉·沃尔夫(williamwolf)提出虚拟实验室概念后，研究者从不同角度给出了相应的定义。由于虚拟实验本身所具有的优点以及与其相关的网络技术、虚拟仿真技术、人工智能、数据库技术发展非常迅速，各个领域都对虚拟实验进行了一系列研究，教育领域也不例外。
1、研究方法与步骤
文章采用内容分析法探析近十年虚拟实验在我国的研究现状及存在的问题。研究对象来源于七份教育技术学专业期刊:《电化教育研究》、《中国电化教育》、《开放教育研究》、《
现代教育技术》、《
远程教育杂志》、《中国教育信息化》、《
中国远程教育》等。以中国知识资源总库(cnki)为平台进行高级检索，以题名“虚拟实验”来源进行检索。首先从文章数量、作者情况和所研究内容三个方面进行分析，了解目前虚拟实验在我国研究现状;然后对一些文章设计的虚拟实验室进行体验，发现问题，提出建议。
2、结果与分析
2.1文章数量
从1990年开始搜索，从搜索结果看我国从2000年开始对虚拟实验室进行研究。2000年到2009年在教育技术学专业核心期刊共搜到98篇，数据图如图1所示。从搜索结果看我国对虚拟实验的研究比较晚，但是发展很快，近十年呈上升趋势。可见，关于虚拟实验的研究越来越受到关注，这与仿真技术、人工智能、多媒体技术、数据库技术等相关技术的快速发展密不可分。
2.2作者情况
通过对98篇文章的作者所在地区和单位进行统计。通过分析可以得出下面结论:
(1)我国虚拟实验发展极度不平衡。江苏、北京、浙江、广东等发达地区研究相对比较多，而像河南、安徽、甘肃等中西部地区还没有相关研究。(2)虚拟实验研究人员基本上来自高等学院，占总数的94%，并且是高等学校的教育技术研究者或理工科研究者，大专院校、
职业技术学校、中学的研究者很少，特别缺少一线教师的参与。
2.3研究内容
关于虚拟实验的研究涉及多个方面，由于有些文章标题模糊，包含几个方面内容，采用“标题十摘要+全文”对文章关注的主要点进行归类，将所有文章归为设计开发研究、应用研究、现状趋势研究、工具研究、教学模式研究和理论介绍6个方面，如图2所示。其中设计开发指虚拟实验室或系统的设计开发;应用研究指关于利用虚拟实验系统进行教学的研究，包括教学过程和教学结果两个方面;现状趋势虚拟实验发展和虚拟实验室开发设计两个方面;仅从理论上概述和方法介绍的研究本文归为理论介绍。
从图中看出，关于虚拟实验室设计开发的文章较多，占总数量的48%。设计开发包括虚拟实验系统和实验室的设计开发、虚拟实验模式的设计开发、虚拟实验界面设计、网络课程设计开发、虚拟学习系统的设计;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、三虚拟实验等。可见，关于虚拟实验的设计开发目前是研究热点，学科性质对虚拟实验的研究很重要。
关于理论介绍研究的文章占21%，相对较少，方法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;理论概述主要设计虚拟实验的特点、功能、优点、教学影响和创建过程。
关于应用研究的文章占12%，涉及计算机操作、电子线路实验、训练测试、医学、成像处理几个方面，共5篇;应用结果和实施建议共7篇;没有关于具体实施过程和方法、教学过程设计的文章。可见，目前在教学中应用虚拟实验室的还不多，对虚拟实验教学的教学设计研究还不够重视。
关于工具介绍方面的文章占8%，主要有java3d、cultsd、x3d、java3d、flash、virtools、mat-lab,proteus等，涉及每种工具的特点与使用条件。工具没有好与坏之分，只有合不合适之说，只要选择合适的工具，就可以减少设计开发的时间和难度，为使用者提供好的虚拟学习环境和平台。
关于现状趋势分析研究的文章只占6%，其中有4篇是对虚拟实验室和虚拟实验系统建设的现状和趋势进行分析，1篇是关于虚拟实验的实证分析，1篇是关于虚拟实验系统存在的认知摩擦问题的研究。可见，目前，很少人对虚拟实验进行反思和评价。
关于利用虚拟实验进行教学的教学模式研究的较少，仅占5%，其中3篇关于虚实整合，1篇关于探索式教学模式。虚拟实验虽然不是新事物，但目前，虚拟实验还没有广泛用到我国教学中，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。
3、目前我国虚拟实验研究存在的问题与建议
鉴于上述统计分析，我国关于虚拟实验的研究存在以下问题:(1)缺乏系统性研究。关于虚拟实验室设计开发的比较多，对应用虚拟实验进行教学的研究比较少，没有关于虚拟实验教学的教学设计和教学模式的研究，没有关于虚拟实验评价和管理方面的研究。(2)缺乏虚拟实验系统统用模型，造成重复开发、技术对比、资源浪费。(3)虚拟实验开发人员大部分来自高等院教师和研究生，中学一线教师很少参与。
通过体验部分虚拟实验系统，发现在界面设计与导航方面存在以下问题:第一，没有统一的操作界面和规范;第二，缺乏提示和帮助;第三，缺乏对虚拟实验过程模型的设计。
实验教学是当前教育研究的重要组成部分，而目前的传统实验教学存在很多问题。虚拟实验具有虚拟性、实践性、灵活性、多样性、开放性特征，虚拟实验教学可以解决我国当前传统实验教学设备和资金不足、缺乏创新、存在危险等等问题。在今后的研究中，应注重以下几下方面，将虚拟实验更好的应用在教学中，优化教学过程，提高教学效果。
3.1加强系统性研究
第一，要推广现有虚拟实验系统在教学中的应用。通过学生和教师的使用，才知道虚拟实验室的开发与设计是否合理，使用才可能产生效益，学生和教师通过使用，提出需求和建议，推动虚拟实验合理的建设发展。第二，加强对虚拟实验教学模式和设计的研究。虚拟实验虽然不是新鲜事物，但是关于成熟的虚拟实验教学模式还没有。目前函需根据真实实验的要求和虚拟实验教学的功能和特点，以及学生的知识水平，探究虚拟实验教学的教学设计和模式。第三，开展评价、测试、管理等标准和规范的研究。制定虚拟实验平台和系统的评价、测试、管理等标准和规范，为建立统一的虚拟实验教学环境提供依据和保障。针对我国虚拟实验教学的发展现状，研究制定基于统一支撑平台的虚拟实验开发标准，制定虚拟实验的评价、指导、管理基础软件跨平台规范，实现平台和资源的高度共享，通过种标准与规范的有机结合，解决分布式的实验教学与现有教学系统协同工作的问题，从而实现协同工作，提高其共性和复用性。
3.2开发虚拟实验系统统用模型
关于虚拟实验系统和实验室设计开发方面的研究最多，从上述占48%的设计开发文章中看，研究者用不同的工具设计开发同一学科课程内容，说明开发出适合某一学科内容的虚拟实验系统的必要性。工具没有好与坏之分，对同一学科内容，可以采用多种技术工具去设计开发，在展示效果上是一样的，但在实现条件和时间上存在差距。采用合适的工具，开发某一学科的虚拟实验系统模型，使用者和研究者根据需要在此基础上进行二次开发，可以节省时间，提高绩效。
3.3注重教学设计
虚拟实验教学是为了弥补传统教学的不足，提高学习绩效，提高学生解决实际问题的能力。上述分析指出虚拟实验研究人员大部分来自高校，一线教师很少参与研究，特别是中小学教师很少参与。笔者在研究中发现近三分之一文章实在研究课题和项目的背景下完成的，因为一个完整的教学设计过程需要大量的工作和时间，研究者不免会急于功利，在设计开发之前没有进行需求分析和学习者分析，按照手边的资料去设计开发，实际上就是课本的搬家，安排的教学内容已经过时，设计开发的虚拟实验系统不合使用者的需求，不能提高学生的知识技能和问题解决的能力。最有效的学习产品或环境是包括学生在内的以解决问题为中心的四个不同阶段的学习:第一、能激活先前经验和相关知识;第二、展示学习将要解决问题的案例;第三、能给学生实践或应用的机会;第四、能提供将学到的知识技能用于工作和生活的技术。因此，研究者设计开发前进行教学设计是很重要的。在教学设计中要注意以下原则:(1)从学习者自身出发，强调以学习者为中心，但又要注意教师的知道作用;(2)重视“情景”对学习者的意义建构功能;(3)强调对虚拟实验环境的设计;(4)重视学习者之间的交流对彼此意义建构的关键作用;(5)强调实验内容相关信息对学习者“学”的强化，加强“素质拓展”部分的设计;(6)强调课堂、实验室和网络三种学习情景的有机结合。
3.4良好的操作界面
虚拟实验系统存在“认知摩擦”，使用者在操作过程中容易迷航，不知所措。认知摩擦是技术的应用和功能的堆砌使产品变得复杂、难于理解和使用，用户很难通过感官来预期操作的结果。我们新买的手机、电子词典、mp3等电子产品，如果在没有仔细阅读说明书的情况下，就会操作交互不顺利，要花一定时间去熟悉才可以顺利进行使用。如果有良好直观的操作界面与导航按钮，使用者就不会为熟悉操作步骤和找自己需要的相关信息而浪费时间。界面设计是软件与用户交互的最直接的层，界面的好坏决定用户对软件的第一印象，而且设计良好的界面能够引导用户自己完成相应的操作，起到向导的作用，同时界面如同人的面孔，能够吸引使用者进行操作。
3.5加强人性化设计
在课堂教学中，师生之间和生生之间可以随时的进行询问、协作帮助。遇到困难时，老师和同学的一句话，就会可能得到正确的提示，解决问题，但是在虚拟实验系统中，没有老师和同学的参与，在学习过程遇到的问题不能及时得到解决学生的积极性就会降低，厌烦而放弃，在这种情况下，如果系统在相应的时间给出相应的提示或意见或者激励性的话语，加强人性化设计，就会帮助学生顺利完成任务的同时，防止情感缺失。
4、结语
虚拟实验是信息时代的产物，是重要的数字资源。任何事物的发展都需要一个过程，目前，我国虚拟实验的研究还存在很多问题与不足，如不注重教学设计、没有统用的虚拟实验模型、操作过程存在认知摩擦等，需要研究人员结合人类认知过程、多媒体呈现信息的方式和教学设计理论等方面研究，从而形成一套系统的从设计开发到实施、管理和评价模型与方案，并逐步推广，辅助教学。
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