心理学公共课虚拟仿真实验教学系统的构建与应用

曾祥炎

(华南师范大学 心理学院, 广东 广州 510631)

心理学公共课虚拟仿真实验教学系统的构建与应用

曾祥炎

(华南师范大学 心理学院, 广东 广州 510631)

针对心理学公共必修课一校多区、一课多校、一课多专业、一课多开设形式等复杂的授课环境,以及实验场地、设备数量和实验时间的限制导致心理学公共课实验教学难于开展的问题,构建了心理学公共课虚拟仿真实验教学系统。该系统依照心理学公共课所使用教材体系建设,利用Flash等信息化技术解决了远程反应时(RT)收集等关键技术难题,开发了30余个虚拟仿真实验项目,以远程互动的方式,在心理学公共课教学中成功开展实验教学,创新了公共课心理学的教学模式,提升了心理学公共课的教学效果。

公共课； 心理学； 虚拟仿真； 实验教学； 心理实验

1 构建心理学公共课虚拟仿真实验教学系统的意义

1.1 系统建设的背景

心理学是一门实证科学。1879年,德国心理学家威廉·冯特建立了世界上第一个心理学实验室,标志着心理学成为一门独立的学科,心理学也从思辨和经验科学转变为实验科学[1-2]。绝大多数心理现象、心理原理和理论都须经过实验的演示和验证,才能获得对心理学本质的认识[3]。

心理学公共课以普通心理学体系为框架,以研究心理学基本原理和心理现象的一般规律为核心,是所有心理学分支中最基础的课程,也是心理学专业学生和非该专业学生入门心理学的第一门专业课程[4-5]。华南师范大学心理学院承担着全校中文、数学、物理、化学、外语等17个师范专业的心理学公共必修课的教学,并面向广州大学城10个院校开设心理学公选课程、面向石牌校区6院校开设心理学面授课、面向本校网络学院开设心理学网络课程。心理学公共课形成了一校多区、一课多校、一课多专业(多个专业选修、必修)和一课多开设形式(包括必修课、选修课、网络课、函授、面授、远程教育等)的复杂的开课情景。

由于心理学公共课开课情况复杂,任课教师不便于携带设备进行实验演示或安排大量学生在实验室进行实验,为此,心理学公共课自开设以来,就难以进行实验教学,使课程教学缺少了重要的教学手段。因此,需要找到一种新的教学方法,打破心理学公共课实验教学的时空限制,实现一校多区、一课多校、一课多专业和一课多开设形式的心理学公共课实验教学。

在教育部《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》中指出:虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容,虚拟仿真实验教学中心建设工作以全面提高高校学生创新精神和实践能力为宗旨,以共享优质实验教学资源为核心,以建设信息化实验教学资源为重点,推动高等学校实验教学改革与创新。虚拟仿真实验教学依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通信等技术,构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象,达到教学大纲所要求的教学效果[6-7]。

在此背景下,华南师范大学心理学院构建了心理学公共课虚拟仿真实验教学资源和管理共享平台,将其运用于心理学公共课程教学和心理学网络课程教学,开创了心理学公共课课程教学的新局面。

1.2 系统建设的意义

心理学公共课虚拟仿真实验教学系统上挂于华南师范大学心理学国家级实验教学示范中心网站和心理学省级虚拟仿真实验教学中心网站上,任课教师和学生可以随时随地登录中心网站进行实验的互动和实验的演示,打破了课程实验教学长期以来依赖实验设备和实验室时间、空间的限制,极大地方便了心理学公共课的实验教学,不但创新和完善了心理学公共课在一校多区和一课多校的复杂授课环境下实验教学方法和教学手段,而且大大激发了学生的学习兴趣,加深了学生对心理学现象、原理和理论的理解和掌握,极大地提升了心理学公共课的教学效果。

开发的心理学公共课虚拟仿真实验教学系统面向全国开放,只要用户或普通访客登录系统,无需注册即可进行实验的互动。这也将进一步提升华南师范大学心理学国家级实验教学示范中心和心理学省级虚拟仿真实验教学中心的示范效应和辐射作用,持续推进实验教学示范中心的心理学实验教学信息化建设[8]。

2 心理学公共课虚拟仿真实验教学系统的建设内容

2.1 教学资源建设

本系统按照心理学公共课教材的章节体系进行虚拟仿真实验教学资源的建设[9],开发的虚拟仿真实验项目主要包括心理与脑、心理物理法、感觉和知觉、注意、思维和想象、记忆与学习、动机、情绪等章节的心理现象的演示和心理学理论的实验互动与验证。学生可以通过实验的形象演示和实验的远程互动,加深对心理现象本质的理解,巩固对心理学理论的认知和掌握。

目前已开发的虚拟仿真实验项目有30余项,包括大脑结构与功能实验、道德美的神经机制实验、阅读推理加工的神经机制实验、颜色混合实验、马赫带实验、闪光融合实验、似动现象实验、运动后效实验、棒框实验、视觉简单反应时实验、视觉辨别反应时实验、视觉选择反应时实验、听觉简单反应时实验、听觉辨别反应时实验、听觉选择反应时实验、恒定刺激法实验、信号侦查实验、时间知觉实验、速度知觉实验、深度知觉实验、颜色爱好实验、注意分配实验、注意广度实验、记忆实验、记忆广度实验、迁移实验、情绪Stroop实验、风险决策实验等实验项目[10]。

2.2 管理和共享平台建设

目前,华南师范大学心理学院已建有心理学国家级实验教学示范中心网站(http://psylab.scnu.edu.cn/)和心理学省级虚拟仿真实验教学中心网站(http://psyvslab.scnu.edu.cn/),所开发的心理学公共课虚拟仿真实验教学系统挂在这两个实验教学管理网站上,面向全国开放,实现资源共享。在这两个教学管理平台上,参与者无需注册,只要登录网站、打开相应的项目,即可进行实验信息浏览或实验互动；如需下载教学资源,则需进行免费注册,注册以后即可下载任意教学资源,实现资源的最大化共享。

2.3 拟解决的关键问题

开发心理学公共课虚拟仿真实验教学系统,主要存在两个关键技术难题。

一是对实验素材和实验场景的界定。有些实验素材难以用电子化、信息化的技术手段取代,如“重量鉴别的心理物理法实验”中的“重量”感觉就很难用信息化技术虚拟并通过远程的方式呈现。有些实验场景也难以虚拟生成,如“深度知觉实验”中的深度场景的构建。

二是如何通过互联网进行反应,收集反应数据。心理学实验的基本模式是呈现刺激(stimulus,S)和收集反应(response,R),即S-R的联结,反应时(reaction time,RT)也成了心理学实验中最为经典和最为永恒的反应指标[11]。应对一校多区、一课多校复杂的心理学公共课教学环境,必须借助发达的互联网技术,打破传统实验依赖设备的时空限制,构建远程虚拟仿真实验教学系统,创新性地开展课程实验教学。因此,如何利用互联网收集远程的即时反应数据和及时推送实验反馈信息,也是本系统建设必须解决的关键问题。

对远程反应时(RT)的收集,本系统主要通过Flash技术来实现；而对一般实验场景难建构的问题,需要通过转换思维、转换实验项目场景设计的思维定势,通过转换角度、转换场景、创设新的虚拟实验场景,创造性地突破实验场景难建构的难题。

3 系统实施的方法与成果

本项目的开发主要利用了Flash动画制作技术、多媒体技术、人机交互技术、数据库和网络通信等信息化技术,构建了高度仿真的心理学公共课虚拟仿真实验环境和实验对象,学生可在虚拟环境中进行实验活动、完成实验教学任务。目前,已开发完成了颜色混合实验、反应时实验、速度知觉实验、记忆广度实验等30余项实验项目,并均已挂网投入使用。

Flash动画制作技术是本心理学公共课虚拟仿真实验教学系统建设的主要技术。依据实验项目的设计脚本,利用flash技术设计出具有人机互动、数据采集和简单数据统计等功能的虚拟仿真实验,并结合多媒体技术形成实验项目的音像效果,进一步完善了虚拟仿真实验。最后,利用数据库技术、网页设计和网络通信技术,将设计好的实验项目移植创建到网页中,并部署在远程服务器上,实现远程的跨时空的实验访问和操作互动。

4 实施效果

4.1 受益面宽广

本系统开发挂网后,已应用于华南师范大学中文、数学、物理、化学等17个专业的心理学公共课的实验教学,受益人数每年近4 000人；应用于广州大学城10院校心理学公选课的实验教学,受益人数每年达500多人； 应用于石牌校区6院校心理学面授课程,受益人数每年约180人；应用于华南师范大学网络学院的心理学网络课程,受益人数每年约2 200人；应用于心理学、应用心理学、教育学、学前教育、特殊教育等专业学生的普通心理学、实验心理学等课程的实验教学,受益人数每年约为370人。

4.2 共享性好,利用率高

心理学公共课是高等师范院校开设的一门重要的基础课,也是体现师范院校特点一门课程；心理学是每一个师范生都要了解并掌握的专业知识,它直接关系到对师范生教育理论基础和教学技能的培养[12]。因此,几乎全国所有的师范院校都开设有心理学公共课,并将此课程作为师范生的必修课程。很多高等师范院校所开设的心理学公共课也面临一校多区、一课多校、一课多专业、一课多开设形式的实际教学问题,同样,课程的实验演示与验证都难以进行。

心理学公共课虚拟仿真实验教学系统以心理学的一般体系为框架进行开发,以普遍的心理学现象和理论为实验内容进行虚拟仿真实验项目的设计和构建。因此,该虚拟仿真实验教学资源项目普遍适合高等师范院校心理学公共课程的实验教学,实验项目适应性广、共享性强。同时,开发的心理学公共课虚拟仿真实验教学系统上挂于华南师范大学心理学国家级实验教学示范中心网站和心理学省级虚拟仿真实验教学中心网站中,校内外用户均可免费登录该系统共享使用,资源共享性强、利用率高。

5 项目的创新

5.1 教学模式的创新

长期以来,面向本校师范生的心理学公共课由于选课人数众多,且存在一校多区教学等原因,心理学公共课无法开展实验教学。而心理学公共课虚拟仿真实验教学系统的开发与构建,突破了课程实验教学对实验设备的依赖和受时空的限制,开创了心理学公共课一校多区、一课多校、一课多专业和一课多开设形式的实验教学新途径,创新了心理学公共课的教学模式。通过对心理现象的趣味演示和远程课内或课外实验的实操与互动,进一步激发了学生学习心理学公共课的热情和内驱力,提升了心理学公共课教与学的双重功效,促进了人才培养质量的提高。

5.2 实验技术手段的创新

相比于以往的网络课程和教学资源库等信息化教学资源,心理学公共课虚拟仿真实验教学系统在实验技术上实现了较大的突破和创新。

以往的网络课程和教学资源库大多采用静态的网页设计,有些以动画方式进行知识性陈述和呈现,但无法进行具体的、真实的实验操作,也较难以进行实验互动。而心理学公共课虚拟仿真实验教学系统以先进的互联网技术、远程访问的方式构建了高度仿真的实验对象和实验环境,以真实实验设计为宗旨、以实验操作互动为核心进行虚拟实验项目的设计。所设计的实验项目既能进行实验演示,又能进行实验操作和远程数据的收集与统计,解决了因时空阻隔和无法进行大规模实验的实际难题,在大规模、多校区、多开设形式的复杂授课环境中,成功实现了心理学公共课的实验教学。

5.3 实验教学内容的创新

在实验教学内容方面,本心理学虚拟仿真实验教学系统将当今心理学最前沿研究技术及研究成果——脑功能磁共振成像fMRI技术也创新性地加入到实验教学内容中。脑功能磁共振成像fMRI技术采集的脑成像数据是一个庞大的多维数据,数据的成像处理需要高性能的计算机工作站，且需要专用软件才能运行处理。本虚拟仿真实验教学系统通过Matlab、MRIcro等多种软件技术和双重转换,将通常需要在单主机上运行，处理过程复杂、耗时长的大数据脑功能磁共振激活成像过程,成功地引入实验教学内容中,创新性地实现了远程互动,让学生通过动手操作,体验心理学最前沿的脑功能磁共振成像fMRI技术的实验设计,感受脑成像激活原理及效果[13-14]。

6 结语

探索现代信息技术与教育的全面深度融合,以信息化引领教育理念和教育模式的创新,充分发挥教育信息化在教育改革和发展中的支撑与引领作用,是推进教育信息化的基本工作方针[15]。《教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》也明确指出:推进实验内容和实验模式改革和创新,培养学生的实践动手能力、分析问题和解决问题能力[16]。在信息技术高度发达的今天,运用先进的信息化技术为心理学公共课教育教学服务,是推进心理学公共课实验内容和实验模式改革和创新的重要和必要的手段。心理学公共课虚拟仿真实验教学系统的构建与应用,打破了心理学公共课长期以来难以进行实验教学的时空限制,在一校多区、一课多校、一课多专业、一课多开设形式的复杂的心理学公共课教学中,成功实现实验教学,创新了心理学公共课的教学模式和教学手段,大大地提升了受众面广泛的心理学公共课教与学的双重功效。

References)

[1] 戴维·迈尔斯.心理学[M].黄希庭,译.北京:人民邮电出版社,2013.

[2] 黄希庭,郑涌.心理学导论[M].北京:人民教育出版社,2015.

[3] 朱滢.实验心理学[M].北京:北京大学出版社,2015.

[4] 彭聃龄.普通心理学[M].北京:北京师范大学出版社,2012.

[5] 张春兴.现代心理学[M].上海:上海人民出版社,2000.

[6] 教育部高等教育司.关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知[Z/OL].(2013-08-21).http://www.moe.gov.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201308/t20130821_156121.html.

[7] 教育部,财政部.教育部 财政部关于批准2009年度国家级实验教学示范中心建设单位的通知[Z/OL].(2009-11-28)[2009-12-08].http://www.moe.edu.cn/srcsite/A08/moe_736/moe_735/s5661/200912/t20091208_120832.html.

[8] 曾祥炎.心理学实验教学示范中心的建设与实践[J].实验室研究与探索,2012,31(5):99-102.

[9] 唐红波.心理学[M].广州:广东省语言音像电子出版社,2009.

[10] 郭秀艳.实验心理学[M].北京:人民教育出版社,2009.

[11] 伍德沃斯,施洛斯贝格.实验心理学(上)[M].曹日昌,译.北京:北京大学出版社,2014.

[12] 徐瑜姣.师范院校公共课《心理学》教学改革的建议[J].边疆经济与文化,2011(3):144-146.

[13] 曾祥炎.深化实验教学改革,培养心理学创新型复合人才[J].实验技术与管理,2011,28(10):5-7.

[14] 曾祥炎.心理学实验教学内容的创新与实践[J].实验室研究与探索,2009,28(9):121-124.

[15] 教育部.教育部关于印发《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》的通知[Z/OL].(2012-03-29).http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s5892/201203/133322.html.

[16] 教育部.教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见[Z/OL].(2007-2-17).http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_1464/200704/21825.html.

Establishment and application of virtual simulation experimental teaching system in Psychology public course

Zeng Xiangyan

(Department of Psychology, South China Normal University, Guangzhou 510631, China)

Aiming at that the public compulsory course of Psychology is difficult to carry out the experimental teaching, due to many obstacle factors such as site, equipment quantity and multi-campus, with these questions, the virtual simulation experimental teaching system is built for the Psychology public compulsory course. It has been built over 30 virtual simulation experimental items in accordance with the textbook system of the Psychology public compulsory course, and solves the key technical problems of collection for remote reaction time (RT) with the making use of information technology such as Flash. The system can be started to make interactive experiment in the Psychology public course, innovates the teaching mode and teaching means of the Psychology, and improves the teaching effect.

public course, psychology; virtual simulation, experimental teaching; psychological experiment

10.16791/j.cnki.sjg.2017.03.028

2016-10-21

广东省高等教育学会实验室管理专业委员会2014年研究基金项目(GDJ2014012)；2015年度广东省高等教育教学改革项目(本科类)(粤教高函[2015]173号)

曾祥炎(1974—),男,江西寻乌,硕士,高级实验师,实验中心主任,研究方向为实验心理学.

E-mail：zengxy@scnu.edu.cn

B841.4；G642.4

B

1002-4956(2017)3-0111-04