开展在线虚拟仿真实验教学的探索与思考

黄 洋，靳 辉

(忻州师范学院生物系，山西 忻州 034000)

2020年新年伊始，新冠疫情席卷全国，为防止疫情向高校蔓延，国家做出了高校延迟开学的决定。基于“停课不停学”的指导思想，各个高校纷纷开展在线教学。对于理论课而言，其开展起来是较为方便的。教师们可以利用腾讯会议之类的软件进行在线直播教学，在直播过程中还可以和学生们进行互动交流；也可以通过录制讲课视频，然后将讲课视频发送给学生。因此，理论课的教学并不会因为疫情受到较大的影响。但是传统的实验类课程将完全无法开展，因为传统的实验类课程要求学生必须进入实验室进行操作，这一点使得传统的实验类课程无法进行线上教学。但是学生的时间是宝贵的，不能就此浪费掉，怎样才能实现实验课程的在线教学呢？虚拟仿真实验走入了教师的视野。

虚拟仿真实验是借助计算机软件模拟真实的实验操作环境，学生通过在计算机上使用软件模拟操作仪器设备，从而达到学习实验课程的目的[1,2]。这就类似于飞行员在真正驾驶飞机之前，会在飞行模拟舱内借助计算机软件模拟驾驶飞机的过程，这样在真正驾驶飞机时才能做到心中有数。由于虚拟仿真实验软件操作起来类似于玩游戏做任务，因此开展虚拟仿真实验的关键点在于构建完善的“游戏”软件[3]。一方面该软件的后台至少能够满足全班同时开展虚拟仿真实验教学，不会发生卡顿现象。这一点门槛较低，各个高校都容易办到。另一方面该软件需要具备良好的人机交互界面，使用户具有良好的使用体验。这一点很难办到，需要投入大量的资金与人力[4]。就像一款好的游戏软件，画面非常逼真，操作非常流畅，而这需要大型游戏公司投入重金才能办到。因此，如果让各个高校去开发自己的虚拟仿真实验软件并进行教学，这一点并不现实，会造成资源的极大浪费。鉴于此我国建设了“国家虚拟仿真实验教学项目共享平台”(以下简称平台)，以促进各个高校虚拟仿真实验软件的开发与教学[5,6]。

平台目前共计2079项虚拟仿真实验项目，这些项目涵盖了几乎各个学科。数量如此庞大的实验项目并不是一个机构完成的，是由全国许多高校一起完成的。在进行在线教学的时候，可以在平台上选定一个虚拟仿真实验项目，然后将链接通过微信或QQ发送给学生，让一个班的学生同时访问该实验项目，然后通过腾讯会议软件向大家讲解实验，引导学生进行操作，最后利用实验项目内配套的测评功能对学生的操作进行测评。学生将测评报告发给老师，老师进行点评，然后实验结束。在使用该平台进行教学的时候，发现了该平台在使用中的一些优点与不足之处，现总结如下。

1 该平台的优点：

1.1 可以多人同时访问

开展线上虚拟仿真实验教学的前提是可以多人同时访问同一个实验项目。这一点平台上各个实验项目都能满足这一条件，许多实验项目都能支持几百人同时访问。这完全满足对一个班级同时进行授课。

1.2 多媒体技术的运用使得实验通俗易懂

在传统的实验室里交代实验操作方法是比较困难的，因为学生没有操作过该实验，没有感官上的认识，教师在教学中大多数情况下只能靠语言去描述。这造成学生在操作实验之前没有深刻的理解实验操作，容易出现错误。平台中许多虚拟仿真实验项目设有教学模式，在教学模式中有操作视频，并配有讲解，使得学生学习实验操作更加容易。

1.3 学生可以反复练习

在传统实验中，由于教学时间的限制，实验材料的损耗，许多实验学生只能操作一次。有的学生由于各种原因，无法在一次实验中全盘学会，更不用说熟能生巧了。但是虚拟实验可以重复无数次去进行实验操作，直到完全学会为止，这改善了学生的学习效果。

1.4 考核方便

传统实验的考核是复杂的，需要重新准备实验材料，然后盯着学生从准备实验开始一直到实验结束，以考核学生操作上有没有什么问题。而且全班学生人数众多，考核起来费时费力。但是虚拟实验则不同，许多实验项目专门设定了考核模式。学生进入考核模式进行操作，操作正确得分，操作错误扣分，一个班的学生完全可以同时进行考核，考核过程与结果简单明了。

2 该平台也存在一些不足之处：

2.1 浏览器不兼容

平台内共有两千多项虚拟仿真实验，是由许多高校共同完成的。由于各个高校开发实验项目方法上的差异导致这些在线实验项目所兼容的浏览器不一样。比如有的实验项目可以使用IE浏览器打开，有的项目需要360浏览器打开，有的项目又需要火狐浏览器打开。在实际操作中会给学生带来诸多烦恼，学生们不得不下载多种浏览器。如果这些实验项目能够兼容各种浏览器，会使得使用者操作起来更加的方便快捷。

2.2 一些实验项目无法访问

平台内有的虚拟仿真实验项目无法在线访问。比如有的实验项目点击开始实验后，网页会跳转到目标网站，但是等待几分钟后目标网站也不显示任何内容；有的实验项目会提示安装插件，但是插件安装后依然无法访问；还有的实验项目会直接跳转到该校内部网站上，让提供用户名与密码才能使用。这些情况的发生都造成了学生无法正常使用平台上的实验项目，打击了学生的学习积极性。

2.3 某些实验项目用户体验感较差

许多电脑游戏给用户以美的享受，画面精美，细节逼真，操作流畅，能够牢牢地抓住用户的内心需求。但是平台上一些虚拟仿真实验项目画面粗糙，细节处理不到位，给人以过于虚假的感觉。学生在操作的过程中，没有美的享受，只是应付差事似的机械地操作。这一点影响了学生学习的积极性。

2.4 部分实验项目设计过于简单

在真实的实验操作中，会有许多细节要处理。比如把液体样品加入小离心管内，有的液体会粘到离心管壁上。在真实的操作中，会通过离心的方法把壁上的液体离心到管底部。但是在虚拟仿真实验中，这一点体现不出来，加样的时候自然就加到离心管底部了。又比如在操作仪器的时候，会调试仪器，而且要设定各种参数。但是一些虚拟仿真实验项目把这些都略去了，打开仪器就能操作。由于此类的细节不到位，使得学生一些关键知识点学习不到。

3 总结

借助于国家虚拟仿真实验教学项目共享平台内的虚拟仿真实验，高校教师可以实现疫情期间的在线实验教学。随着使用人数和使用频率的提升，平台可能还会有一些不足之处会暴露出来，这些不足之处都需要人们努力去完善。另外，虚拟仿真实验不能完全替代真实的实验操作，因为学生毕业后在工作中操作的是真实的仪器。因此，在虚拟仿真实验教学中要把握好虚实结合，虚实有度，方能发挥虚拟仿真实验真正的效果。