建设教师教育虚拟仿真实验教学中心促进实践教学能力培养模式创新

项国雄，熊力杨，胡三华

（江西师范大学，江西 南昌330022）

为培养师范生实践能力和创新能力，推进实验教学信息化，实现真实实验不具备或难以完成的教学功能。我校依托国家级教师教育实验教学示范中心，建立了教师教育虚拟仿真实验教学中心，构建了集“学习、实训、实验、测评”于一体的虚拟仿真实验教学环境和资源，实现了共享优质实验教学资源，推动我校教师教育实验教学改革与创新，为实施师范生“三层五段七化”教学实践能力培养模式提供信息化支持，自实施以来，取得了良好效果。

一、虚拟仿真实验室资源与平台建设

教师教育虚拟仿真实验教学平台依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，建设具有扩展性、兼容性、前瞻性的管理和共享平台，平台通过配置、连接、调节和使用虚拟实验仪器设备进行实验，学生在直观、生动、形象、逼真的图形、动画、三维场景构造的虚拟环境中开展实验演示、实验设计、实验探索、实验操作、实验数据处理、实验能力测试、实验报告生成等实验活动，并具有信息发布、数据收集分析、互动交流、成绩评定与管理、成果展示等功能，实现优质实验教学资源共享，满足我校乃至全省师范生和全省中小学在职教师的虚拟仿真实验教学需求，建立功能强大的虚拟仿真实验教学服务支撑体系。教师教育虚拟仿真实验教学中心平台主要包括“教师基本技能虚拟仿真实训平台、中学学科教育虚拟仿真实验室、学科专业虚拟仿真实验室、教师职业能力在线测评系统、教师教育网络资源共享与学习平台”，以及网络管理平台和中心门户网站。

1.教师基本技能虚拟仿真实训平台

（1）教师基本技能虚拟仿真实训室。拥有自主构建和开发的教师基本技能虚拟仿真实训平台，并与相关设备相连接，实现师范生可集中或分散自主开展书法、板书、普通话、演讲、教学设计、说课、模拟课堂授课等项目持续实训，教师远程指导与评价，实训作品展示与评议等功能。实训室建立了师范生开展书法、板书、普通话、演讲、教学设计、说课、模拟课堂授课等实训环境，并配有摄像机、扫描仪、照相机、电脑录音机等设备，可对师范生实训作品实时进行信息化处理，并建立有实训作品上载、管理、分发多位专家评价与指导、实训作品展示、学生互评与学习、评价与指导意见反馈等功能的网络平台，从而实现了实训、上载、网络评价与指导、意见反馈的循环，并可实现一对一远程视频指导，促进师范生教学基本技能训练的常态化。解决传统情况下，师范生基本技能实训无法派足够指导教师现场指导、师范生无法进行常态的互学互评问题。

（2）中小学校远程实景课堂。拥有自主构建和开发的中小学校远程课堂采集、上载、传递、存储、管理、展示、分析、评价等功能的网络系统。实现师范生可集中或分散自主开展中小学教师真实课堂远程教学示范、观摩，中小学校心理咨询、教研活动和班级活动远程观摩，聆听中小学优秀教师远程讲座，开展远程听课评课、远程见习，远程实习准备，教师远程实习指导等功能。虚拟仿真中心与6所中学、2所小学、2所幼儿园相关教室和学校联网，建立了中小学校和课堂在线的环境，随时随地实时或非实时看到联网学校校园和教室教学活动。并开发了可实现实时课堂视频采集、上网、存储、管理、展示；师生观课听课评课听讲座；学生开展远程见习、实习准备；教师远程实习指导等记录；日志、反思、体会、总结的发布、共享、评议；师生交流、讨论，教师指导与咨询；成果展示与评价等功能的网络平台。解决了大规模集体组织师范生到优秀中小学观摩、见习的困难。

2.中学学科教育虚拟仿真实验室

（1）中学学科教育虚拟实验室。拥有中学数理化生地理虚拟实验室软件系统（网络版），包括：初中、高中数理化生地理教材内容相关的虚拟实验室。提供中学数学几何画板综合性实验5个，初中和高中物理、化学、生物、地理74个虚拟实验。实现初中和高中数理化生地理教材中所有演示实验、学生实验交互展示、师生亲自动手在电脑上自主操作中学教材中所有实验的功能。中心配有中学理化生虚拟实验室软件和计算机网络，为学生提供了一个实验中学理化生完备的虚拟实验室，并且每个虚拟实验，均提供有“实验目的”、“实验仪器和药品”、“实验报告”等内容，学生可以根据以上内容在电脑上自主进行实验。实验结束后,可以在实验报告页面自己填写实验记录以及实验结论和解释的相关内容，另外可以直接打印实验报告。达到既辅导实验教学，又培养实践能力目的。

（2）中学学科教育仿真实验室。拥有中学数理化生地理仿真实验室软件系统（网络版），包括：初中、高中数理化生地理教材内容相关的仿真实验室。实现师生自主进行初中和高中数理化地理学科教育的设计性、探索性、综合性实验的功能。中心配有中学数理化仿真实验软件和计算机网络，为师生构建了一个开放、自主、实验器具完备的综合性实验室，提供了各种实验数字化器材，师生可以在这个环境中，就像在真实的实验室一样，可以亲自动手创建所能想像的所有实验场景，开展自主性、设计性、探索性、综合性实验，可根据创新探索和研究需要，搭建实验设备、设置实验变量或材料、控制实验条件或参数，开展创新性实验探索，并展示逼真的现象，提供准确的实验数据以供分析。培养学生实践能力和创新能力。同时，还具有学习平台的功能，教师在日常教学过程中，碰到教学重点或难点时和学生不易理解的内容，就可以通过制作一个简单的仿真课件，让学生显而易见的明白复杂的道理；学生也可以通过该平台，充分发挥自己的创造力，进行探究性的学习。

3.学科专业虚拟仿真实验室

拥有Matlab、Lindo、LINGO、Mathematica、Maple、SAS、spss、Excel、systemview、HFSS、ArcGIS，GoogleEarth、AutoCAD、MapGIS等软件,大学物理仿真实验系统，大学化学虚拟仿真实验系统，以及经济、管理类虚拟仿真软件系统，可开展数学、物理、化学、生物、地理、教育经济与管理6个学科专业47门课程的虚拟和仿真实验，提供211个学科专业虚拟仿真实验项目。

（1）数学专业虚拟仿真实验室。使用Matlab、Lindo、LINGO、Mathematica、Maple、SAS、spss等软件，可实现高等数学、数学建模、数学综合、统计分析4门课程27个项目的演示性计算机模拟实验，设计性、探索性的综合创新性实验。并具有实验演示、课件制作、实验探索、数据处理等功能。

（2）物理专业虚拟仿真实验室。使用Matlab、systemview、HFSS、CCS、TD-SCDMA等仿真软件，以及大学物理仿真实验系统实现普通物理、近代物理、电子等6门课程30个项目物理专业实验教学。并实现实验演示、实验设计、实验操作、实验数据处理、实验报告生成等功能。

（3）化学专业虚拟仿真实验室。使用大学化学虚拟仿真实验系统，可实现无机、有机、物理化学、滴定分析、红外光谱分析等化学专业4门课程36个项目虚拟仿真实验，可实现实验演示、实验准备、实验设计、实验操作、实验数据处理、实验报告生成等功能。

（4）生物专业虚拟仿真实验室。可开展植物、动物、细胞与遗传、生物与分子、生态学等13门课程生物专业的43个项目虚拟仿真实验，并具有强大的数据处理功能。

（5）地理专业虚拟仿真实验室。使用ESRIArcGIS Desktop、MAPGIS、ERDASIMAGINE、VRP等可开展自物地理、GIS与遥感、天文等地理专业10门课程15个项目的虚拟仿真实验,并具有强大的数据处理、参数设置、三维图像动态生成与演示等功能。

（6）教育经济与管理虚拟仿真实验室。应用SPSS、财务会计管理会计教学系统、独立审计协同作业系统、实验室管理平台、股指期货套利模拟系统、虚拟交易所、金融市场投资分析平台、行业机房业务流程支撑系统等软件系统等，可开展教育统计、教育测量、教育评估、题库建设、证券投资与分析、国际结算、电算化会计、会计基础、经济学实验、项目评估、资产评估、财务分析、理财电算化、投资学、财产保险、人身保险、经典投融资案例分析等10门课程的15个项目虚拟仿真实验。可实现实验演示、实验准备、实验设计、实验操作、实验数据处理、实验报告生成等功能。

4.教师职业能力在线测评系统

（1）教育理论素养在线测评。自主开发了师范生教育理论素养测评题库和在线考试平台，建立了覆盖教育学、教育心理学、教学设计、学科教学论、基础教育改革等课程的题库系统。实现网络报名，准考证生成、打印，在线登录、自动组卷、在线考试，自动评分，成绩管理、成绩查询等功能。师范生可随时登录，进行在线考试，考试题型为:选择和判断题、情景题，教学设计、教案设计。答卷提交后，系统自动评分。

（2）教师基本能力在线测评。自主开发了教师基本能力在线测评系统，实现教师基本技能（书法、板书、普通话、教学设计）、教学基本能力（课件制作、演讲、说课）、课堂模拟教学能力等单项技能和综合能力的在线测评功能。建立了师范生开展书法、板书、普通话、演讲、教学设计、说课、模拟课堂授课等项目测评环境，并配有摄像机、扫描仪、照相机、电脑录音机等设备，开发了链接和整合相关设备的网络平台，平台具有信息采集、测评作品上载、管理、电子学档、网上发给3～5位专家评分与评议（设置有专家评卷误差控制）、学生互评与互学、分数与评议意见管理、成绩查询、评议意见反馈、按要求生成成绩表、打印成绩表和评议意见、专家诊断结论和建议、一对一的对话与辅导等功能，便于指导师、督促和激励范生进一步学习，也便于师范生教师开展常态的才是基本技能训练和基本能力全员测试。

5.教师教育网络资源与学习平台

（1）师范生教学技能培养网络资源库。拥有师范生基本技能网络学习资源（书法、板书、教学设计、普通话、礼仪、沟通、演讲、科学与文化素质、艺术素养等），教学能力网络学习资源（教学设计、说课、课堂教学、教学艺术、课堂教学组织、教师语言、课堂观察、教学方法与策略、课堂调控、教学反思、教研活动组织等），班级工作网络学习资源（班主任工作、班级管理、班级活动设计、班级活动组织、主题班会、心理咨询、家校沟通等），中小学学科教育案例库（中小学各学科名师课堂、优秀教学视频、优秀教学设计、优秀教学案例等），教育技术网络学习资源（课件教学设计、课件制作、网络教学资源应用、信息技术与课程整合、教育技术应用案例、学校教育技术环境建设等）。

（2）师范生网络远程学习平台。实现师范生网络远程学习，教师辅导、在线答疑，作业提交、互动交流、学习论坛，教学日志、教学反思、研修成果提交与展示、成绩评定等功能。

（3）江西省中小学教师网络研修工作室。开发了教师网络研修工作室平台，拥有经省教育厅认定的中小学特级教师和学科带头人主持建设的网络研修工作室800余个，按1带10、10带100形成教师网络研修团队和研修社区，以教研带动教师研修和成长。每个工作室设有：工作室动态、研修资源、主题教修方案与动态、教修成果展示、教修成果与故事、研修博客、教师生活等。围绕某一教学实际主题，研修室研修团队开展教研活动，将研修成果（如：优秀课例、教学设计、教案或学案、活动方案，研修心得、体会、反思，以及结合教学或学习的感悟、教学反思、教学随笔，教师生活、人生感悟、师德修养，现象观察的反思及感悟，与主题相关的经典文章等）发布在工作室网站上。师范生可根据自身教学技能发展需要，申请加入任何一个教师工作室，作为其中成员，参加教研活动，促进能力发展。

（4）江西省中小学微课平台。开发了中小学微课平台，已有中小学教师制作的优秀微课2万余个，作为师范生示范性教学案例的学习资源，同时，师范生可自己制作微课并发布，设置关注和被关注、评议和被评议，不断提高教学技能。

（5）江西省中小学教师网络远程培训云平台。整合全国中小学教师继续教育网、中国教师研修网、奥鹏远程教育中心、中央电教馆网络培训网、中国教育电视台网络培训网、高等教育出版社远程教育中心等六大中小学教师远程培训机构的网络资源，形成江西省中小学教师网络远程培训云平台。这些机构教师培训资源丰富，涵盖中小学各学科从入职教教师、骨干教师、学科带头人、特级教师、班主任、教研能力、培训者培训等培训资源，同时，学习方式多样，有在线观看专家视频讲座、也有自主学习网络课程、还可开展专题学习、组织讨论交流、甚至线下学习线上展示学习成果。云平台实现帐号全网有效、终身使用、任意选学，师范生和中小学教师只须在云平台上注册、登录，可随时选择任一机构网络资源和学习平台，开展自主学习、交流研讨、咨询辅导、成果展示等学习活动。

另外，教师教育虚拟仿真实验教学中心建立了网络管理平台和门户网站，网络管理平台主要包括：中心仪器和软件信息管理系统、实验中心教师和管理队伍信息管理系统、实验中心学生信息管理系统、实验中心实验教学管理、实验室开放管理系统等。门户网站主要包括：通知公告、实验教学、创新项目、学习平台、网上答疑、学习社区、中心资料等功能模块。

二、特点与创新

1.坚持协同创新 推进持续发展

我校教师教育坚持师范生性和学术性统一、师范教育与专业教育结合，要求师范生既要具有较强的教师基本技能，还要具有较强的中学学科教育实践能力，兼备具有较强的学科专业创新能力。因此，教师教育虚拟仿真实验教学涉及教师基本技能、中学数理化生地理学科教育、大学数理化生地理学科专业教育、教育管理四方面的虚拟仿真实验教学。为此，学校建立了校（师范大学）—校（中学）、校（师范大学）—企（理化生地理相关专业企业）协同创新机制，实现相互合作、优势互补、共建共享、互惠双赢。通过校—校合作，促进教师基本技能和中学学科教育的虚拟仿真实验室建设；通过校—企合作，促进各学科专业的虚拟仿真实验室建设。具体协同创新内容是：一是聘请合作企业6位专业人员、合作中学10位特级教师作为我校虚拟仿真实验教学中心兼职教师，指导师范生虚拟仿真实验教学、参与中心实验教学资源建设。二是把合作企业科技创新项目和创新需求、合作中学教师专业发展和教学改革项目及需求，作为虚拟仿真实验中心的创新实验教学项目，采用任务驱动、项目牵引法，把师范生虚拟仿真实验教学与企业（中学）创新结合起来，让师生深度参与合作企业科技创新、中学教学创新与教师专业发展活动。三是吸收企业相关专业专家、中学优秀教师，与虚拟仿真实验教学中心学科专业教师、教育教学专家、信息技术专家组成技术研发团队，共同承担虚拟仿真实验教学资源和平台的研发任务。四是合作企业和中学共享虚拟仿真实验教学资源和平台，合作企业把教师教育虚拟仿真实验教学中心作为其企业外科技创新中心或基地，合作中学把教师教育虚拟仿真实验教学中心作为其校外教育教学研究和教师专业发展基地。通过协同创新，实现共建共享我校虚拟仿真实验教学中心,推动虚拟仿真实验教学中心持续发展。

2.坚持教师教育 推进特色发展

我校是师范大学，教师教育是学校的优势和特色，我校教师教育虚拟仿真实验教学中心以促进师范生实践能力和创新能力发展为目标，整合全校实验教学资源，依托信息技术，构建师范生教师基本技能实训、中学学科教育实验、学科专业教育实验、教师职业能力测评、教师教育网络资源和平台等多方面的虚拟仿真实验环境和实验对象，建立优质实验教学和课程学习共享资源与平台，让师范生在虚拟环境中开展实验，实现真实实验无法开展和难以完成的教学功能。为师范院校开展实验教学改革与创新、促教师教育实验教学信息化、建立虚拟仿真实验教学中心提供经验和示范。

3.多学科并重 推进综合发展

我校教师教育虚拟仿真实验教学中心的实验教学资源，从学科专业上看，涉及数学、物理、化学、生物、地理、教育经济与管理等多学科；从实验领域上看，涉及中学数理化生地理各学科教育实验、大学学科专业实验、教师教学基本技能实训等多方面；从实验教学共享资源和平台类型上看，涉及虚拟仿真技能实训、中学学科教育和大学专业实验、在线测评、网络学习等“学习、实训、实验、测评”多形式。可以满足多学科师范类专业、综合教学能力、多途径的实验教学需求，为学校全面推进虚拟仿真实验教学，建立多学科专业虚拟仿真实验教学服务支撑体系打下扎实基础。

4.科研反哺教学 丰富创新实验

坚持以教师科研课题引导学生创新实验，以科研项目吸引学生参与创新实验，以科研成果丰富学生创新促实验。我校虚拟仿真实验教学中心的实验教学共享资源、平台及实验项目大部分来源于我们承担的科研成果，“教师基本技能实训平台”和“中小学校实景课堂”源于我们承担的“教师教育实践教学环境与模式研究”课题，“教师职业能力在线测评系统”源于我们承担的“江西省中小学教师资格考试网络系统”开发项目，“教师教育网络远程共享资源与学习平台”源于我们承担的“教师教育资源建设与平台开发”项目。“中小学教师网络研修工作室平台”源于我们承担的“中小学教师网络研修共同体与学研训一体模式探索”课题。通过科研反哺教学，实现了科研设备用于虚拟仿真实验教学；科研成果作为虚拟仿真实验教学资源，拓展虚拟仿真实验教学范围、丰富虚拟仿真实验教学内容；科研成果开拓学生视野、提升知识结构、培养综合设计和创新能力。

5.整合实验资源 打造便捷平台

我校虚拟仿真实验教学中心发挥技术优势、整合实验资源、坚持虚实结合、服务育人为本。充分利用现代信息技术，构建有利于学生实践能力和创新能力发展的虚拟仿真环境，实现师范生在校内任何地点、任何时间内均能开展所需的实验和参与相关实践活动，获取所需的实验和学习资源以及帮助和指导。具体为：一是充分利用虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，构建高度仿真的网络虚拟实验环境和实验对象，师范生在直观、生动、形象、逼真的图形、动画、三维场景构造的虚拟环境中开展实验演示、实验设计、实验探索、实验操作、实验数据处理、实验能力测试、实验报告生成等实验活动，建立了功能强大的虚拟仿真实验教学服务支撑体系。二是充分整合学校信息化实验教学资源，利用网络通讯技术，将分散在各学院和不同教学楼的教师基本技能实训室、微格教学实训室、数理化生地理专业教育和中学学科教育实验室、教师经济与管理专业实验室、以及教师职业能力测评系统、教师教育网络资源等整合到统一的教师教育虚拟仿真实验教学中心网络平台，通过实验中心网络平台，实现了学生注册、登录、共享、管理、数据处理、交流讨论、成绩记录的集中管理与维护，创造性地建设与应用高水平软件共享虚拟实验、仪器共享虚拟实验和远程控制虚拟实验等教学资源，提高教学能力，拓展实践领域，丰富教学内容，开展绿色实验教学。三是充分利用网络技术，将传统仪器设备或采集信息与网络虚拟仿真实验平台结合、远程现实教学资源与网络学习平台结合，充分体现虚实结合、远近结合、相互补充、能实不虚，实现仪器共享虚拟实验和远程控制虚拟实验，为师范生实践能力和创新能力培养创造了良好的实验、学习和管理环境与平台。

三、主要实施成效

1.中心建设成效显著

经过多年的建设与发展，依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，建立了功能强大的教师教育虚拟仿真实验教学服务支撑体系。中心已形成了“实验教学与科学研究相结合、实验课程教学与创新项目实施相结合、现场真实实训与虚拟仿真实验相结合”的实验教学模式。目前，实验中心拥有“教师基本技能虚拟仿真实训平台、中学学科教育虚拟仿真实验室、学科专业虚拟仿真实验室、师范生教学能力在线测评系统、教师教育网络资源共享与学习平台”五大虚拟仿真实验平台，学校网络覆盖校园所有建筑物和活动场所，为师范生提供了随时、随地所需的实验教学服务。同时，也促进了师范生信息技术教学应用能力的发展。中心现已成为全校师范生教学基本能力实验实训重要阵地，全省中小学教师教学能力、教研能力提升重要基地，全省师范生院校虚拟仿真实验教学资源和中小学教师网络资源共享中心、示范中心，对于提升教师人才培养质量、引领我省教师教育水平发挥了重要作用。

2.实践教学成果丰硕

中心以培养师范生创新能力为目标，采用自主训练法、项目牵引教学法、任务驱动教学法、大作业教学法、研究型教学法、情境模拟法等教学方法。充分利用信息技术，加强虚拟仿真实验教学资源和平台建设，促进实验手段和方法的改革。学校建立基于过程的虚拟仿真实验教学考核评价、创新学分认定等方法，鼓励师范生参与创新性项目、学术竞赛、教师课题研究等创新性活动。实验教学成效显著。一是师范生实践创新能力明显提升。近年来，学生参加全省师范生教学技能竞赛，获得团体和各单项项目第一。学校师范生累计获全省性、全国性教学技能竞赛一等奖20余项、二等奖30余项。二是师范毕业生深受用人单位欢迎。一致认为我校师范生实验基本技能扎实、实践创新能力强，富有爱心和责任心，团结协作意识强。省内各地市县政府打破常规逢进必考的限制，为我校师范生开通人才引进的“绿色通道”。学校进入“全国毕业生就业典型经验高校50强”。三是实验教学成果丰硕。近三年来，师范生参加省级以上各类竞赛获奖共150余项，其中全国性竞赛60余项；全省性竞赛奖近100项。发表论文120余篇、承担创新科研项目承担创新基金120余项、实验室开放基金项目250余项，组建研习团队40余个。

3.完善了虚拟仿真实验教学体系

中心坚持“育人为本、实践取向”的原则，以促进师范生“基本技能、综合能力、创新能力”协调发展为理念，以“师能发展”为核心，不断深化实验教学体系改革，形成了“师范生基本技能虚拟仿真实训、师范生教学综合能力虚拟强化、师范生教学创新能力仿真实践、中学学科教育虚拟仿真实验、学科专业虚拟仿真实验”五位一体的虚拟仿真实验教学体系，建立了师范生学科教育、专业教育和教师教育等实验实训课程64门，基础性、综合性和创新性实验实训项目275个。

下一步，我们会进一步扩充教师教育虚拟仿真实验教学中心服务器空间，加强无线宽带网建设，一步完善虚拟仿真实验教学平台的功能，多途径提供虚拟仿真实验教学平台链接等相关服务，进不断丰富初中、高中数学、物理、化学、生物、地理等学科教育和学科专业的虚拟仿真实验教学资源和项目。增加小学科学、小学数学、自然等学科虚拟仿真实验教学资源和项目。增加大学普通物理、高等数学、基础化学、心理科学、计算机科学、信息管理、影视技术、数字媒体技术、音乐、美术、体育等学科专业的虚拟仿真实验教学资源和项目。适应移动终端发展，开发移动终端访问的虚拟仿真实验教学资源和平台。努力实现为全国师范院校师范生和乡镇以上中小学校提供虚拟仿真实验和网络远程学习服务。

同时，积极与各级有关考试部门合作，把“教师基本技能虚拟仿真实训平台”、“师范生教学能力测评系统”推广到全国教师资格考试和各级组织的中小学教师招聘考试面试训练与测试。为师范生实践能力培养、教师资格和教师入职测评、在职教师专业发展提供全程虚拟仿真实验环境，形成从教师在职培养、证书考试、入职竞聘上岗、职后专业发展的强大虚拟仿真实验教学服务支撑体系。