虚拟仿真实验室在心理学实验教学中的作用

向远明, 范 炤, 王伏玲

(1. 华中师范大学 心理学院, 湖北 武汉 430079； 2. 国家级心理学实验教学示范中心/国家级心理与行为虚拟仿真实验教学中心, 湖北 武汉 430079； 3. 华中师范大学 实验室与设备管理处, 湖北 武汉 430079)

虚拟仿真实验室在心理学实验教学中的作用

向远明1,2, 范 炤1,2, 王伏玲3

(1. 华中师范大学 心理学院, 湖北 武汉 430079； 2. 国家级心理学实验教学示范中心/国家级心理与行为虚拟仿真实验教学中心, 湖北 武汉 430079； 3. 华中师范大学 实验室与设备管理处, 湖北 武汉 430079)

在现代教育信息化新常态下,运用虚拟现实技术建立心理与行为虚拟仿真实验室,实现了一批在传统实验室中无法做到的有高风险和高成本的实验教学项目。虚拟仿真实验室能够有效地拓展实践研究领域,丰富心理学实验教学内容,全面提高学生的创新精神和创新能力。

虚拟仿真实验室； 心理学； 实验教学

心理学是一门实验科学,它是探讨人的行为的发生、发展及变化规律的科学。科学的心理学的诞生是以德国心理学家冯特于1879年在莱比锡大学创建第一个心理学实验室为标志的,独立的心理学实验室使心理学被确立为一门实验科学[1]。在现代教育信息化新常态下开展心理学教学和研究,绝不能忽视实验教学和实验室的建设。

1 建立虚拟仿真实验室的必要性

实验室是现代大学的心脏,是实践创新设想、产生创新思维和培养创新能力的重要场所。21世纪信息化的快速发展使教育发生了重大变革,教育信息化受到了国家的高度重视。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》指出:信息技术对教育发展具有革命性影响,必须予以高度重视[2]。教育部印发了《教育信息化十年发展规划(2011—2020)》,要求“利用先进网络和信息技术,整合资源,构建先进、高效、实用的高等教育信息基础设施”,推进“实验教学平台等信息化建设”[3]。

虚拟仿真实验室的建设顺应了新常态下高等教育的发展趋势,是高等学校实验教学信息化的最新举措。以华中师范大学为例,近年来,学校坚持“一体两翼,建设高水平大学”的办学思想,大力推进信息化、国际化两项重点改革举措。在数字化建设和网络教育建设的基础上,华中师范大学整合心理、信息、工程等学科资源,依托2010年获批的“青少年网络心理与行为教育部重点实验室”和2012年获批的“国家级心理学实验教学示范中心”,大力推进心理与行为虚拟仿真实验室的建设,并于2014年1月获批建设“国家级心理与行为虚拟仿真实验教学中心”(以下简称“中心”)。

该中心旨在贯彻教育部“科学规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展”的指导思想,将虚拟仿真技术引入心理学的教学和科研,更好地促进对处于多维信息空间中的个体如何与外部世界进行信息交流的理解和探索,成功模拟、实现了一批在传统实验室中无法做到,或者具有高风险和高成本的心理学实验教学项目,体现了绿色实验教学的理念,有效地拓展了实验的时间和空间,提高了心理学实验教学质量。

2 虚拟仿真实验室在心理学实验中的作用

1989年,美国的Wulf教授提出了虚拟仿真实验室概念。虚拟仿真实验室使用虚拟现实(virtual reality,VR)技术,综合了各种计算机技术和网络技术,是现代仿真技术的延伸。它是由计算机模拟真实的环境,参与人员对虚拟环境中的目标进行操控和交流,从而产生与真实环境相同或相近的体验[4]。对于心理学实验来说,虚拟现实技术可以很好地呈现视觉图形,也能呈现听觉刺激,而这两种通道是人获得外部世界信息的主要通道,占人所获得外部信息量的95%,是进行心理学研究的主要领域。VR技术不但可以较好地模拟、再现现实场景,构建某些基于伦理学原因无法通过其他手段使用的实验场景(例如道德两难问题的实验场景),还可以对其所模拟场景中的元素(包括刺激的内容和表象、任务的复杂度和被试的响应等)实施精确、实时、全面的控制与记录。总之,以虚拟现实为代表的虚拟仿真技术在心理学实验教学、研究中具有广泛的应用价值和深远的意义。

2.1 突破时空和各种因素的限制

虚拟仿真实验室是基于网络平台的实验室,因此学生可随时随地进行学习和交流,不受时间、空间和实验次数的限制。对于某些传统实验教学中需要数天或更长时间才能观察到的变化过程,虚拟仿真实验室则可在较短的时间内将全部过程及结果模拟、呈现给学生进行观察分析[5]。

以虚拟“数字化生理心理实验平台”为例,它的界面设置简洁、选单操作清晰,只需进行点选就能完成高度复杂的虚拟解剖实验操作,获得连续人体断层扫描数据信息(每个断层厚度约1 mm),能涵盖人体所有的解剖结构。该系统有助于教师和学生全方位观察人体任一器官的形态、内部结构、在人体中的位置以及断层中的位置,并且可以做任意角度的旋转观察,可方便地用于系统解剖学、局部解剖学、断层解剖学以及运动解剖学等多门课程的教学,摆脱了传统生理解剖实验对实验动物和人体器官模型实物的依赖。

此外,通过借助校园高速无线网络,学生在校园各场所(教室、图书馆、宿舍、运动场等)都可以随时随地登录客户端,高速、快捷、互动地开展生理心理实验项目,从而达到突破实验课时空限制,随时随地开展数字化生理、心理实验操作。

2.2 创新虚拟仿真实验项目,丰富实验教学内容

实验项目建设是实验教学的灵魂。虚拟仿真实验室在改进、完善传统实验项目的基础上,重点补充了有助于提高学生研究、创新能力和动手能力的创新型虚拟仿真实验项目。中心在实验课程建设方面明确提出:在虚拟仿真实验项目建设中体现虚实结合、相互补充、能实不虚的原则。中心明确要求骨干实验课教师根据自己实验课程的专业特色,将传统实验项目与虚拟现实技术相融合,将每门实验课程安排20%～30%的学时开展虚拟仿真实验教学。

在实验内容方面,新增加的虚拟仿真实验项目既包括相关学科最新、最前沿的一些实验,也包括一些利用已有科研成果转化的实验教学内容。通过持续的实验项目建设,实验项目库不断扩大和创新,大大地丰富了实验教学内容,为学生提供了实验的多样性和灵活性[6]。目前,实验项目库中已增加了近30项心理学综合性、创新型实验,例如:“虚拟学习情境中注意多动障碍儿童认知加工特征”、“虚拟现实在社交焦虑症治疗中的应用”、“虚拟现实在恐高症治疗中的应用”、“虚拟创造性问题解决实验”、“虚拟儿童养育系统”、“虚拟情境下执行功能检测和训练”、“虚拟情景中人类空间导航”等实验项目。

2.3 模拟高危环境，避免实验风险

利用虚拟仿真实验室可以模拟一些在传统实验室中无法做到的有高度风险、高成本的实验教学项目。以虚拟心理咨询与治疗实验平台为例,通过构建一系列能够使恐高症患者产生恐高心理的模拟实验场景(例如观光电梯、高楼顶层、空中索道、悬崖顶端等),然后让患者反复暴露在这些场景中,利用系统脱敏法减少患者的恐高心理。虚拟仿真治疗中的任何一个恐高症模拟场景,都可以应患者要求随时开始、暂停、中止和结束。这使得虚拟场景治疗方法更安全、也更具有弹性。

虚拟仿真实验对真实事物的模拟,使危险系数较真实实验降低很多,学生无需为自己的失误承担后果,给他们带来更多的安全感,满足学生心理安全的需要。

2.4 开放性和共享性

虚拟仿真实验打破了传统实验的模式。学生利用课余时间登录网站,输入正确的用户名、密码就可进入虚拟仿真实验室,选择相应的实验项目就可以进行虚拟仿真实验操作。以虚拟现实心理实验平台为例,该平台依托虚拟现实、多媒体呈现、人机交互、数据库和高速网络通信等技术,构建高度仿真的心理与行为虚拟仿真实验环境,让学生在虚拟环境中进行实验,达到教学大纲所要求的教学效果[7]。在实验教学中,教师和学生无需亲历每个真实环境,却能最大化地体验真实环境,开展实验教学和示范应用。

中心的虚拟仿真平台还可以帮助尚不具备真实实验条件和心理学应用服务条件的地区,大幅度提高实验教学和心理学应用服务水平,实现心理学实验教学资源的地区平衡和最大化共享。

再以“数字化生理心理实验平台”为例,该平台所有教学过程的中间环节都能够以图像方式输出,并支持音频、视频文件导入。因此,教师的教学过程、学生的学习过程以及师生的互动过程都可以通过添加语音、视频标签的方式保留记录。该设计思路旨在方便教师编辑教案和解答学生提出的疑问。教师和学生也可以就虚拟仿真实验教学和学习过程中遇到的问题,在中心教学管理平台的“互动交流”频道开展反馈与交流。

2.5 提供多项虚拟心理学实践技能训练项目

华中师范大学是一所具有鲜明的“教师教育”特色的部属重点师范大学,不但重视培养学生较强的基础教育和基础研究能力,也高度重视培养面向社会、面向市场的理论与实践结合的复合型、高技术人才。利用本中心的专业资源优势和虚拟仿真技术,华中师范大学心理与行为虚拟仿真实验教学中心面向校内高年级本科生、研究生,提供了多项以实践技能为导向的大型综合性心理学实训项目。

这些大型实训项目,依托当代最前沿的虚拟现实技术,广泛采用网络视频、在线交流、多媒体演示等信息化教育手段,模拟学生在课堂管理、教学技术、心理咨询与治疗等过程中所接触的实践场景与环节。通过数字化教学演示和学生在虚拟实践平台中的反复练习,让学生将心理学理论知识与解决实际问题的实践技能相结合[8]。这种虚拟仿真的实训方式既生动又安全,又可对场景多次重复,有助于培养学生的实践创新能力。

2.6 绿色环保,降低成本

传统的实验需要借助于具体实验设备,然而实际使用的一些实验设备昂贵、损耗大、实验成本较高；而虚拟仿真实验室最大的优点是成本低。虚拟设备只是概念上的设备,没有磨损、损坏,可供学生无限次重复使用。另外,由于虚拟仿真实验室设备是由软件虚拟出来的,因此可有效避免大型设备重复购置,在同一计算机中运行不同的实验系统就可构建不同的虚拟仿真实验室,使实验室建设成本降低。

此外,虚拟仿真实验室不会出现传统实验室因管理不善造成的仪器损坏、器械丢失等问题,使实验室运行成本降低。虚拟仿真实验室在教学前无须准备各种器械、材料,教学结束也无须进行琐碎的整理工作,维护管理工作量减少,使实验室管理成本降低[9-14]。

3 结束语

将以虚拟现实为代表的虚拟仿真技术应用于心理学实验教学和科学研究,发挥了其独特、不可替代的作用,极大地促进了对处于多维信息空间中的个体与外部世界进行信息交流的理解和探索,拓展了实践研究领域、丰富了实验教学内容,全面提高了学生的创新精神和创新能力。实践证明,虚拟仿真技术在教育领域具有重要的作用,虚拟仿真实验室是现代教育信息化的重要组成部分,是新常态下高校实验教学改革的必然发展方向。

References)

[1] Murphy G,Kovach J K.近代心理学历史导引[M].林方,王景和,译.北京:商务印书馆,1980:230.

[2] 国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)[EB/OL].(2010-07-29)[2015-05-25].http://www.gov.cn/jrzg/2010-07/29/content_1667143.htm.

[3] 教育部.教育信息化十年发展规划(2011—2020年)[EB/OL].(2012-03-29)[2015-05-25].http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_177/201203/133322.html.

[4] 刘胜兵,王鑫泉,曹利仙.虚拟仿真实验室与组织胚胎学实验教学[J].实验室研究与探索,2013,32(2):157-158.

[5] 李平,毛昌杰,徐进.开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设提高高校实验教学信息化水平[J].实验室研究与探索,2013,32(11):5-8.

[6] 向远明,王伏玲.心理学实验室开放运行机制的创新与实践[J].实验室研究与探索,2011,30(9):356-358.

[7] 刘慧中,周金娥,李月琴.虚拟实验在医学化学实验中的应用[J].实验室科学,2013,16(2):98-100.

[8] 莫书亮,向远明.心理学专业实验教学体系的构建和改革[J].高等理科教育,2012(5):145-148.

[9] 杨百龙,郭文普,徐东辉.虚拟仿真实验室建设[J].电子科技,2012(9):141-143.

[10] 向远明.计算机辅助教学在心理学实验中的应用[J].实验科学与技术,2003,1(1):46-48.

[11] 向远明.教师在实验教学中的作用[J].实验室科学,2004,7(5):131-133.

[12] 向远明.心理咨询与心理治疗[J].华南国防医学杂志,2003(1):23-24.

[13] 贺金波,郭永玉,向远明.青少年网络成瘾的发生机制[J].中国临床心理学杂志,2008(1):46-48.

[14] 孙晓军,周宗奎,向远明.童年中期儿童同伴交往与孤独感的交叉滞后分析[J].心理科学,2007,30(6):1309-1313.

Benefits of virtual simulation laboratory in experimental psychology teaching

Xiang Yuanming1,2, Fan Zhao1,2, Wang Fuling3

(1. School of Psychology, Central China Normal University, Wuhan 430079, China; 2.National Experimental Teaching Demonstration Center of Psychology/National Experimental Teaching Center of Virtual Simulations for Psychology and Behavior, Wuhan 430079, China; 3.Office of Laboratory and Equipment Management, Central China Normal University, Wuhan 430079, China)

With the rapid development of information technology in modern education, numerous high-risk and high-cost experimental teaching projects are made possibly by the virtual simulation laboratory of psychology and behavioral sciences. By using the virtual Simulation laboratory, more practical research areas can effectively be explored, the boundaries of experimental teaching of psychology can be expanded, and students’ innovative spirit and ability can also be enhanced.

virtual simulation laboratory; psychology; experimental teaching

2015- 06- 02

向远明(1962—)，女，湖北沙市，本科，高级实验师，主要从事心理学实验教学、科研和实验室管理

E-mail：xym@mail.ccnu.edu.cn

范炤(1973—),男,甘肃兰州,博士,副教授,国家级心理与行为虚拟实验教学中心副主任,主要研究方向为视知觉、网络心理学、虚拟现实在心理学中的应用.

G642；B84-4

A

1002-4956(2015)12- 0120- 03