虚拟仿真实验教学项目评价研究

孙 福，孙佳怡，刘国庆，贾 帅

（1. 陆军工程大学石家庄校区 职业教育中心，河北 石家庄 050003；2. 上海海事大学 信息工程学院，上海 201306）

目前各学校开发的虚拟仿真实验教学项目的质量、水平和应用效果差异很大，有些项目的实验教学效果和推广应用情况不尽人意，如何对这些项目进行评价是一个值得研究的问题。

1 虚拟仿真实验教学项目概述

虚拟仿真实验教学可以集文字、图形、图像、三维动画和声音于一体，利用人工智能和超链接能力，为操作者提供一个人机交互、界面友好、开放式的虚拟环境[1]。虚拟仿真实验教学项目是现代信息技术与实验教学深度整合的产物，是依据实物实验的实验要求、实验原理、实验流程等，运用多媒体技术、虚拟现实技术、数据库与网络通信技术等信息技术，针对那些真实实验项目条件不具备或实际运行困难，涉及高危或极端环境，具有高成本、高消耗、不可逆操作、大型综合训练等特点的实验而开发的实验教学项目[2]。其本质就是运用虚拟仿真技术构建全系统统一、完整的虚拟实验环境，还原真实实验的教学要求、实验原理、操作环境及互动感受，具有沉浸性、交互性、虚幻性、逼真性等特点。虚拟仿真实验教学项目内容精彩、构思巧妙、技术先进、做法灵活、形象展现抽象，有利于拓展实验教学广度和深度及推进实验教学与理论教学的平衡发展[3]，能够获得教学环境虚拟化、实验手段信息化、实验过程高效化的功效，与实物实验相比，危险程度低、实验消耗少、学生兴趣浓。

2 虚拟仿真实验教学项目评价的功能与作用

虚拟仿真实验教学项目评价属于教育评价范畴。教育评价是指在一定教育价值观的指导下，依据确立的教育目标，通过使用一定的技术和方法，对所实施的各种教育活动、教育过程和教育结果进行科学判定的过程[4]。虚拟仿真实验教学项目评价的实质，就是运用教育评价理论和系统工程方法，对实验教学项目的内容、设计、应用等全要素，以及实验全流程和项目应用等情况，进行科学分析和价值判断。

虚拟仿真实验教学项目评价的功能与作用主要体现在三个方面[5]。第一，评价是具有导向作用的指挥棒。评价引导着虚拟仿真实验项目研发和应用的方方面面，能够引起学校决策层的重视，激发教师投身项目研发的积极性和主动性。第二，评价是发掘缺陷与问题的诊断器。评价作为一种反馈—矫正系统，能够帮助教师发现教学过程中存在的缺陷与问题，查清影响教学效果的重要环节和关键因素，为教师更新实验内容、改进教学方式、完善教学手段等提供依据和参考。第三，评价是评判质量水平的度量衡。评价是学校和各级教育主管部门评定虚拟仿真实验教学项目等级的有效途径和手段，也是进行各类评优奖励的常规做法。此外，评价结果也可以为管理者决策提供参考[6]。

3 设计虚拟仿真实验教学评价项目评价指标的原则

虚拟仿真实验具有真实实验的属性，同时又是信息技术与传统实验的深度整合。在设计评价指标时，既要关注传统实验所包含的要素，又要充分考虑虚拟现实、计算机仿真、数据库等信息技术的特点。具体操作中，应重点把握以下原则。

（1）导向性原则。设计评价指标应遵循实验教学规律，树立以学生为中心的教学理念，站在立德树人的高度，融入课程思政元素，符合实验教学目标要求，体现评价的导向功能与激励作用，使评价指标具有鲜明的导向性[7-8]

（2）科学性原则。各评价指标既相对独立，相互间又具有一定的逻辑关系，在确立评价指标时应避免出现指标间的冲突和相互矛盾。应遵循科学的教育理论和统计学的资料分类要求，对各类指标进行科学分类[9]。

（3）全面性原则。每个指标应能反映总体目标的一个点或一个面，在确立评价指标时应使各个层面的评价信息都能显现出来，从而无遗漏地再现和反映整个目标的要求。

（4）可操作性原则。评价指标应能通过可操作化的语言和数据进行测量或定义。各个指标的表达应清晰准确，每个观测点的描述应具体、切实可行、便于操作[10]，末端指标应可通过一定的测量手段获得信息，取得结论，以达到评价的可靠性、准确性和可操作性。

4 虚拟仿真实验教学项目评价指标体系框架

虚拟仿真实验教学项目评价指标主要来源于实验教学项目本身所包含的实验内容、实验教学方法等要素，项目开发所采用的媒体素材和开发技术，以及项目教学服务情况等信息。在设计评价指标体系框架时，应运用现代教育评价理论与方法，对评价指标的科学性、准确性和可行性进行深入研究，梳理出影响虚拟仿真实验教学项目价值评定的6个维度：项目定位、内容、设计、研发、应用、团队，即6个一级指标。对每个一级指标再进行分解，得出若干个二级指标，再分别对二级指标进行分解获得相应的观测点，最后对每个观测点进行界定和描述，即构成了评价指标体系框架。

4.1 “项目定位”的二级指标及观测点

一级指标“项目定位”可分解为教学理念和开发思路2个二级指标。教学理念指标重点考察培养目标要求贯彻情况、与虚拟仿真实验教学特点的符合度，以及实验教学中塑造人、培养人的功能定位等；开发思路指标重点考察项目服务对象是否明确，开发思路是否清晰，开发模式与项目类型的符合度等。一级指标“项目定位”的二级指标及观测点如表1所示。

表1 一级指标“项目定位”的二级指标及观测点

4.2 “项目内容”的二级指标及观测点

一级指标“项目内容”可分解为内容选取、教学资源和内容核查3个二级指标。内容选取指标重点考察项目是否属于学校教学计划的实验内容，选取的项目是否为由于实物实验安全性差、难以实现、成本高昂、时空限制等因素而不便开展的实验教学内容[11]；教学资源指标重点考察开展实验所需要的虚拟设备、器材、工具和辅助的配套资料是否齐备；内容核查指标重点考察项目的原创性，考察是否存在版权争议以及政审和密级是否合规等。一级指标“项目内容”的二级指标及观测点如表2所示。

4.3 “项目设计”的二级指标及观测点

一级指标“项目设计”可分解为教学设计、教学方法和实验流程3个二级指标。教学设计指标重点考察原理阐释、实验时数和实验步骤要求等；教学方法指标重点考察教学方法是否具有多样性，是否适应学生的学习需求等；实验流程指标重点考察实验步骤、操作流程等是否明确、规范。一级指标“项目设计”的二级指标及观测点如表3所示。

4.4 “项目研发”的二级指标及观测点

一级指标“项目研发”可分解为媒体应用和技术运用 2个二级指标。媒体应用指标重点考察所选素材是否丰富，媒体呈现方式是否合适，以及实验系统界面的可视性等；技术运用指标重点考察开发技术和工具是否先进、适用，技术架构是否合理可行，实验平台功能是否完备，实验接口是否满足要求等。一级指标“项目研发”的二级指标及观测点如表4所示。

表2 一级指标“项目内容”的二级指标及观测点

表3 一级指标“项目设计”的二级指标及观测点

表4 一级指标“项目研发”的二级指标及观测点

4.5 “项目应用”的二级指标及观测点

一级指标“项目应用”可分解为运行服务、教学效果、改进措施3个二级指标。运行服务指标重点考察系统链接有效性、运行稳定性、教师在线服务、面向社会提供服务等情况；教学效果指标重点考察项目在本校及其他学校的应用、学生实验参与度和认可度、对学生能力培养的贡献度等方面的情况；改进措施指标重点考察项目方案提出的后续建设计划和持续服务计划落实情况，以及实验内容更新和资源完善情况等。一级指标“项目应用”的二级指标及观测点如表5所示。

表5 一级指标“项目应用”的二级指标及观测点

4.6 “项目团队”的二级指标及观测点

一级指标“项目团队”可分解为负责人和团队成员2个二级指标。负责人指标重点考察负责人的教学能力、学术水平、师德师风，以及虚拟仿真实验开发能力和经验等；团队成员指标重点考察团队结构，以及各类人员的能力水平是否符合项目服务要求等。一级指标“项目团队”的二级指标及观测点如表 6所示。

表6 一级指标“项目团队”的二级指标及观测点

在对一级指标、二级指标及观测点构建的基础上，接下来应根据二级指标的重要程度分配相应的权重，再对二级指标的观测点赋值，即将所有的一级指标、二级指标（含权重）及其观测点（含赋值）整合在一起，即可形成完整的虚拟仿真实验教学项目评价指标体系。根据不同的评价目的选取所需的一级指标，并对相应的二级指标及其观测点进行取舍，给出相应的计算公式，即可形成满足不同评价要求的指标体系。

5 结语

对虚拟仿真实验教学项目开展评价是推动虚拟仿真实验教学项目建设的有力举措。其中，构建一套科学、合理、可行的评价指标体系尤为重要，该体系需要在实践中不断创新和完善，从而更好地发挥其评价功能与作用，促进虚拟实验教学项目的研发和实验教学质量的提升[12]。