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1、亞太科學教育論壇，第十一期，第一冊，文章十二，第一頁(二零一零年六月) 徐智淵 、 武荷嵐、王祖源 、姚紅嬌、陳珺 虛擬實驗學習平臺功能模塊設計初探 Copyright (C) 2010 HKIEd APFSLT. Volume 11, Issue 1, Article 12 (Jun., 2010). All Rights Reserved. 虛擬實驗學習平臺功能模塊設計初探虛擬實驗學習平臺功能模塊設計初探虛擬實驗學習平臺功能模塊設計初探虛擬實驗學習平臺功能模塊設計初探 徐智淵徐智淵徐智淵徐智淵1111 、 武荷嵐武荷嵐武荷嵐武荷嵐2222、王祖源王祖源王祖源王祖源3333 、姚紅嬌姚紅嬌姚
2、紅嬌姚紅嬌3333、陳珺陳珺陳珺陳珺3333 1111 復旦大學復旦大學復旦大學復旦大學 網絡教育學院網絡教育學院網絡教育學院網絡教育學院，中國上海中國上海中國上海中國上海 200433 電郵電郵電郵電郵： 2 3 2 3 2 3 2 3 同濟大學同濟大學同濟大學同濟大學 物理系教育技術學物理系教育技術學物理系教育技術學物理系教育技術學，中國上海中國上海中國上海中國上海 200092 電郵電郵電郵電郵： 收稿日期二零一零年三月二日 (於六月十七日再修定) 內容內容內容內容 o 摘要 o 引言 o 虛擬實驗學習平臺功能模塊設計 o 實驗中心功能模塊設計 o 結語 o 參考文獻 摘要摘要摘要摘要
3、本文抓住學習者在虛擬實驗學習平臺中學習行為的最大特徵自主性，來設計虛擬實 驗學習平臺的功能模塊，其中的實驗中心模塊，又從不同的實驗類型出發，設計了探究 性實驗中心和驗證性/應用性實驗中心的功能模塊，並對各功能模塊進行了較詳細的描 述，希望為虛擬實驗學習平臺功能模塊設計提供一個可借鑒的參考標準。 關鍵字關鍵字關鍵字關鍵字: 虛擬實驗；驗證性實驗；探究性實驗；應用性實驗；功能模塊設計 亞太科學教育論壇，第十一期，第一冊，文章十二，第二頁(二零一零年六月) 徐智淵 、 武荷嵐、王祖源 、姚紅嬌、陳珺 虛擬實驗學習平臺功能模塊設計初探 Copyright (C) 2010 HKIEd APFSLT.
4、Volume 11, Issue 1, Article 12 (Jun., 2010). All Rights Reserved. 引言引言引言引言 隨著網絡教育的推廣，計算機技術的飛速發展，尤其是虛擬現實技術的逐漸成熟，虛擬 實驗儼然已經成為網絡教育領域的一大研究熱點，它作為傳統實驗教學的一種有效的補 充，已經成為加強實踐教學、提高教學質量的重要手段。 然而關於一個虛擬實驗學習平臺應該包含什麼樣的功能，各功能模塊間的關係如何，如 何協調來促進學習效果等，領域內沒有一個統一的標準。本文抓住虛擬實驗學習平臺中 學習者學習行為的最大特徵自主性，以此為根據設計了虛擬實驗學習平臺的功能模 塊，其中實驗
5、中心模塊，又從不同的實驗類型出發，分別設計了探究性實驗中心和驗證 性/應用性實驗中心的功能模塊，並對各功能模塊進行了較詳細的描述，希望為設計虛擬 實驗學習平臺提供一個可借鑒得參考標準。 虛擬實驗學習平臺功能模塊設計虛擬實驗學習平臺功能模塊設計虛擬實驗學習平臺功能模塊設計虛擬實驗學習平臺功能模塊設計 1 1 1 1虛擬實驗學習平臺功能模塊的特點虛擬實驗學習平臺功能模塊的特點虛擬實驗學習平臺功能模塊的特點虛擬實驗學習平臺功能模塊的特點 學習者在虛擬實驗學習平臺中的學習行為的最大特徵，即為自主性，具體表現在學習者 可以自主得選擇學習時間、學習地點、學習內容，自主地設計實驗，自主地拓展和應用 習得知識
6、，最後實現自我評價等方面。 從以上各種學習者學習行為的自主性表現可以看出，虛擬實驗學習平臺的功能模塊必須 符合以下幾個特點： 1) 整體功能模塊結構要清晰明瞭，注重導學功能； 2) 所包含的功能模塊要全面，並運用及時多樣的教學交互； 3) 需要提供多種個性化服務功能，如答疑、成績查詢功能等； 4) 重視教學評價功能，及時回饋學習效果； 5) 在實驗學習模塊中，應該根據不同的實驗類型分別對待，分別設計，不同的實驗類 型應該有不同的學習流程。 2 2 2 2虛擬實驗學習平臺主要功能模塊設計虛擬實驗學習平臺主要功能模塊設計虛擬實驗學習平臺主要功能模塊設計虛擬實驗學習平臺主要功能模塊設計 基於對虛擬實
7、驗學習平臺功能模塊的特徵的分析，本文設計了虛擬實驗學習平臺的主要 功能模塊。 如圖 1 所示，整個學習平臺共包含公告通知、平臺介紹、實驗大綱、實驗中心、資源中 心、個人中心和幫助中心這七大功能模塊，結構明瞭，導航清晰。其中平臺介紹、實驗 大綱都是對整個平臺以及整體學習要求的導航。 亞太科學教育論壇，第十一期，第一冊，文章十二，第三頁(二零一零年六月) 徐智淵 、 武荷嵐、王祖源 、姚紅嬌、陳珺 虛擬實驗學習平臺功能模塊設計初探 Copyright (C) 2010 HKIEd APFSLT. Volume 11, Issue 1, Article 12 (Jun., 2010). All Ri
8、ghts Reserved. 圖圖圖圖 1 1 1 1 虛擬實驗學習平臺主要功能模塊設計圖虛擬實驗學習平臺主要功能模塊設計圖虛擬實驗學習平臺主要功能模塊設計圖虛擬實驗學習平臺主要功能模塊設計圖 該功能模塊的設計不僅包含了七大功能模塊，其中資源中心被細分為知識庫、儀器庫、 材料庫、演示視頻、拓展資料，可以為學習者提供豐富的學習資源。個人中心又分為個 人數據管理、消息管理、實驗管理和評價管理這四大功能，而實驗管理繼續被細分為學 習筆記、學習進度、實驗操作成績和實驗報告管理，這些管理功能為學習者更好得瞭解 和管理自己的學習提供了有利的幫助。當然，幫助中心的自助答疑、站內搜索、在線求 助和常用軟件下載
9、也為學習者提供了更多樣的交互功能。 該功能模塊的設計中還提供了多種個性化服務，有學術性的服務，如學習筆記、學習進 度、站內搜索等學習工具，也有非學術性的，如個人數據管理、實驗操作成績查詢等。 除此之外，該功能模塊的設計中也非常重視學習評價，在個人中心模塊中設置了評價管 理，不僅有教師對學生的評價，也有學生對學習過程的自我評價，除此之外，還包含有 具體的關於實驗操作的評價成績，以及實驗報告質量的評價等。 亞太科學教育論壇，第十一期，第一冊，文章十二，第四頁(二零一零年六月) 徐智淵 、 武荷嵐、王祖源 、姚紅嬌、陳珺 虛擬實驗學習平臺功能模塊設計初探 Copyright (C) 2010 HKI
10、Ed APFSLT. Volume 11, Issue 1, Article 12 (Jun., 2010). All Rights Reserved. 實驗中心功能模塊設計實驗中心功能模塊設計實驗中心功能模塊設計實驗中心功能模塊設計 實驗的分類多種多樣，比如有演示實驗、學生實驗、簡易實驗、複雜實驗和興趣實驗等， 而從實驗的主要任務方面進行的分類，實驗可以分為探究性、驗證性和應用性實驗。 1 1 1 1探究性探究性探究性探究性、驗證性和應用性實驗的區別驗證性和應用性實驗的區別驗證性和應用性實驗的區別驗證性和應用性實驗的區別 表 1 為探究性、驗證性和應用性實驗的區別一覽表，分別從這三者的科學概
11、念和意義， 在教學中的概念和意義，以及實驗目的、實驗過程、實驗結果，和學生的學習方式、認 知思維等方面來區分它們的關係。 表表表表 1 1 1 1 探究性探究性探究性探究性、驗證性和應用性實驗的區別一覽表驗證性和應用性實驗的區別一覽表驗證性和應用性實驗的區別一覽表驗證性和應用性實驗的區別一覽表 實驗 類型 探究性實驗 驗證性實驗 應用性實驗 科學 概念 側重於發現新的 規律，獲得新的 科學知識的實 驗。1 側重於對已得出的科 學理論進行檢驗，從 而進一步確立它或否 定它的實驗。1 側重於把發現和驗證過的科學理論 應用於具體的教學實際，使科學理 論轉化為實踐效益。1 科學 意義 發現新的知識、
12、規律或理論。 檢驗已發現的知識、 規律或理論，是對探 究性實驗的再實驗。 是新的已被發現並已被檢驗的科學 理論應用於具體實際的中介。 教學 概念 由教師或學生提 出問題, 教師指 導, 啟發學生獨 立探索得出結 論, 或學生自己 設計實驗得出結 論。 學生按照教科書的要 求, 通過實驗驗證已 知結論。 學生按照教科書的要求，通過實驗 應用某一理論。 教學 意義 培養學生的觀察 能力、邏輯思維 能力、探究和實 踐的科學實驗能 力。 理解實驗原理，分析實驗步驟的合理性，從而鞏固習得知 識，培養學生的基本實驗操作能力。 實驗 目的 探究研究對象的 未知屬性、特徵 以及與其它因素 的關係。 旨在一個設
13、計完整的 實驗框架下，驗證研 究對象的己知屬性、 特徵或者與其它因素 的關係。 旨在一個設計完整的實驗框架下， 應用研究對象的己知屬性、特徵以 及與其它因素的關係。 亞太科學教育論壇，第十一期，第一冊，文章十二，第五頁(二零一零年六月) 徐智淵 、 武荷嵐、王祖源 、姚紅嬌、陳珺 虛擬實驗學習平臺功能模塊設計初探 Copyright (C) 2010 HKIEd APFSLT. Volume 11, Issue 1, Article 12 (Jun., 2010). All Rights Reserved. 實驗 過程 (1)提出問題 (2)大膽假設 (3)實驗方案 (4)實驗研究 (5)資料
14、分析 (6)實驗結論 (7)實驗評價（即 問題解決與否） (1)實驗目的 (2)實驗器材 (3)實驗原理 (4)實驗步驟 (5)數 據分析 (6)實驗結論 實驗 結果 未知結果 既定的結果 既定的範圍 學習 方式 信息來源廣泛 主動參與 探究發現 交流合作 開放性、未知 性、興趣濃厚 信息來源單一 被動參與 按部就班完成實驗 統一性、唯一性、興趣較弱 認知 思維 從實踐到理論， 從具體到抽象 從理論到實踐，從抽象到具體 在教學中，探究性實驗由於其結果對於學生來說是未知的，更能還原其科學實驗的涵 義，激發學生的濃厚興趣，但是其未知性也給教學帶來了很大的難度。而驗證性實驗和 應用性實驗在教學中的很
15、多方面都是一致的，旨在一個設計完整的實驗框架下，讓學生 理解原理和實驗操作的合理性，目的都是為了鞏固習得知識，但是教學方式單一，不利 於學生的主動學習。這三類實驗各有其優缺點，區別明顯的同時，卻也密不可分，它們 在教學中分擔著不同的教學目標和教學任務，最終為了一個共同的目標，即促進學習。 根據探究性、驗證性和應用性實驗在教學中不同的教學目標和任務，本文分別設計了探 究性實驗中心功能模塊和驗證性/應用性實驗中心功能模塊。 亞太科學教育論壇，第十一期，第一冊，文章十二，第六頁(二零一零年六月) 徐智淵 、 武荷嵐、王祖源 、姚紅嬌、陳珺 虛擬實驗學習平臺功能模塊設計初探 Copyright (C) 2010 HKIEd APFSLT. Volume 11, Issue 1, Article 12 (Jun., 2010). All Rights Reserved. 2 2 2 2探究性實驗中心功能模塊設計探究性實驗中心功能模塊設計探究性實驗中心功能模塊設計探究性實驗中心功能模塊設計 圖 2 為探究性實驗中心功能模塊設計圖，在探究性實驗中心中，分為現象演示、實驗準 備、觀察與思考和拓展應用這五個功能模塊。 圖圖圖圖 2 探究性實驗中心功能模塊
