10.3969/j.issn.1671-489X.2014.12.003
摘要 采用内容分析法对中国知网上检索到的教育技术学专业期刊中的论文从数量、作者情况、研究内容等方面进行统计分析，考察我国虚拟实验教学应用的研究进展情况，探讨近期虚拟实验在教学应用中的研究重点和热点，就此提出存在的问题，并给出相关建议。
关键词 虚拟实验；仿真实验；教育技术学；内容分析法
中图分类号：G642.423文献标识码：A
文章编号：1671-489X(2014)12-0003-04
Research of Virtual Experimental Teaching Application based on Content Analysis//LIU Yun, ZHANG Wenhui
Abstract In this paper, virtual experimental learning research is analyzed with the content analysis method. It investigates the research progress of virtual experimental teaching application in China, and discusses the research focus and hotspot recently. At the last, it puts forward the existing problems and the relevant suggestions.
Key words virtual experiment; simulation experiment; educational technology; content analysis method
1 引言
虚拟实验这个词自从出现到如今，人们早已屡见不鲜，由于是伴随着信息技术、虚拟仿真技术、人工智能技术、数据库技术、多媒体技术和网络技术的发展而产生的一种新型实验技术和实验方法，因此，各个领域都对其进行了研究，教育领域也不例外。
鉴于虚拟实验已经引起各个领域的研究兴趣并付诸实施，那么在教育领域的目前研究现状正呈现什么样的图景呢？针对这些问题，本文试图采用内容分析法，通过对中国知网上检索到的教育技术学专业期刊中的有关虚拟实验教学应用的论文进行全面的统计、归类分析，根据统计的数据及其分布来了解我国虚拟实验在哪些方面存在不足，尽可能地提出相关建议，以求对该方面以后的研究和实践产生借鉴意义。
2 研究方法
内容分析法是对于明显的传播内容做客观而又系统的量化并加以描述的一种研究方法，它将“用语言表示而非数量表示的文献转换为用数量表示的资料”，并将分析结果采用统计数字描述[1]。通过对文献内容“量”分析，找出能反应文献内容本质且易于计数的特征，从而克服定性研究的主观性和不确定性，达到对文献“质”的更深刻、更精确的认识[2]。
本文选取数据的统计源是《电化教育研究》《中国电化教育》《开放教育研究》《现代教育技术》《远程教育杂志》《中国教育信息化》《中国远程教育》《现代远距离教育》《中国教育技术装备》《现代远程教育研究》《中国现代教育装备》这11份教育技术学专业期刊，以中国知网（）为平台进行高级检索，从2001年开始到2013年截止，以虚拟实验或者仿真实验和教学或教育为搜索关键词，剔除不相关文献，最终确定242篇为本文分析的有效样本，以所抽样本的数量年度分析、文献作者情况分析、研究内容分析三个方面为研究纬度。数据统计、分析和图表生成均采用Excel2007软件。
3 研究结果与分析
文章数量分布因为并没有检索到2001年以前教育技术核心期刊上的相关文章，所以文章数量统计图表是从2001年开始进行统计。从搜索结果来看，我国对虚拟实验在教学中应用的研究，2001—2013年在上述所列期刊中共搜到242篇，其数据显示为图1。从图1中可以看出，我国整体上在虚拟实验方面进行的研究，发展迅速，其趋势呈现上升状态。
作者情况对242篇文章的作者所在地区和单位进行统计，通过分析可以得出下面的结论。
1）第一作者所属地区分布情况。根据图2所示《第一作者所属地区分布图》可以看出，我国对虚拟实验发展的研究不平衡。广东、浙江、江苏、北京等国内改革开放较早、经济较发达地区研究相对比较多，而像黑龙江、山西、内蒙、贵州等经济欠发达地区相关研究就较少。
2）第一作者所属机构分布情况。根据图3所示《第一作者所属机构所占比例图》可以看出，虚拟实验研究人员基本上来自高等学院、大中专院校，占总数的90%，职业技术学校、中学的研究者很少。
研究内容从所搜到的文章来看，在教学中运用虚拟实验所进行的研究，其范围较广，考虑到有些文章的标题并没有完全准确地概括文章内容，或者文章的摘要没有完全描述出所在文章所研究的内容，所以在对文章研究的关注点进行归类的时候，先看文章标题，再看文章摘要，最后看完全文后，选取有用的文章进行分类。所选用的文章进行分类后的结果如图4所示。表1是对所选用文章的研究内容进行细致分类后的结果。
关于虚拟实验教学理论方面的研究文章，占总数量的28.9%，包括理论概述和方法介绍两个方面。理论概述主要是虚拟实验应用于教学中的特点、功能、优点，对教学的影响，创建过程、创建时所涉及的方面，与真实实验的比较等。方法介绍主要涉及结合实例介绍虚拟现实技术在实践教学中的使用、虚拟仪器的演示、虚拟实验室的建设实施步骤和设计思路方法、虚拟实验的教学环境和实验环境的设计方案等方面。
所选取文章中占总数量33.1%的是有关于虚拟实验的设计和开发方面的研究。在该方面，又包括了虚拟实验的实验室、系统、模式、界面设计、网络课程、虚拟学习系统的设计（包括实验平台、学习平台、学习环境等）、教学系统的设计（包括教学环境、教学平台、教学管理系统等）、虚拟仪器的设计开发。可见，关于虚拟实验的设计、开发目前是研究热点，学科性质对虚拟实验的研究很重要[3]。
研究内容中的应用研究指的是在教学方面，应用已经设计实现的虚拟实验系统、虚拟仪器、虚拟组件等，对其应用的过程、结果及效果方面的研究。该方面大部分是关于如何学习使用计算机、电子电路和不同学科中重点训练某些学习部分等内容，关于实验用于教学的各个方面如何进行设计的相关文章很少。由此可见，在教学中还没有大量应用已经开发出的虚拟实验，尤其是对于应用的整个过程的分析研究更是少之又少。
关于工具介绍方面的文章，主要有Flash、Virtools、Matlab、Proteus、3D、VRML-Java、Multisim、OMNeT++、LabVIEW等，统计的文章中主要涉及每种工具的基本特点、工作原理、使用条件、使用方法。工具并没有好与坏之分，只有合适与不合适之说，只要选合适的工具，就可以减少系统开发的时间、成本，降低难度，为使用者提供好的虚拟实验学习环境和平台[4]。
在整体概述和前瞻虚拟现实在教学中应用的现状以及未来发展的状况进行研究的文章中，有2篇分析的内容是有关于建设虚拟实验室和虚拟实验系统的，3篇是对虚拟实验的实例进行验证，分析效果及应用发展状况的，2篇是涉及虚拟实验平台建设的。由此可见，目前，对虚拟实验应用于教学中的现状进行总结概括的较少，对其未来的发展方式和发展方向等方面进行思索与探究的研究很少。
如何利用虚拟实验进行教学的教学模式研究的文章中，提出采用虚实整合的教学模式、探索式教学模式以及对个别学科的个别科目进行教学模式的设计。这些设计真正运用于教学中效果如何，目前并没有任何相关文章论述。至今看来，虚拟实验对于人们早已经不再新鲜，但经过文章的检索与分析，虚拟实验的各种开发与应用都是各家之言，对将虚拟实验应用到教学中模式的设计的研究并没有上升到理论指导的地步。
4 目前虚拟实验教学研究存在的问题及建议
鉴于上述统计分析，我国关于虚拟实验教学应用的研究存在的问题有：1）关于虚拟实验理论层面和各方面设计开发研究的文章比较多，虚拟实验教学应用模式和实际应用效果的研究较少，没有关于虚拟实验教学评价和管理方面的研究，缺乏对虚拟实验全面性、综合性的研究；2）用某种具体的技术对同种虚拟实验系统重复开发，开发资源成本浪费；3）进行虚拟实验研究的人员大部分来自高等、大中专院校，职业技术学院、中学的教师参与很少；4）对于虚拟实验的研究，改革开放较早、经济较发达地区关注很多，而经济相对落后地区则较少。
虚拟实验在教学中的作用主要表现在两个方面：一是真实实验环境的部分替代；二是真实实验的有力支持（如为真正的实验做准备）[5]。因此，要加强对利用虚拟实验进行教学的各方面的研究与实践，以达到改善教学效果的目的。通过以上分析，虚拟实验教学应用的研究应注重以下几个方面。
1）加强系统性研究，鼓励更多主体参与。文献[6]指出，教学要素系统包括教学目标系统、教学对象系统、教学内容系统、教学方法系统、教学环境系统、教学评价系统等。
在教学目标系统和教学内容系统两方面，根据文章的统计数据和问题三发现，目前虚拟实验研究人员缺少职业技术学院、中学教师的参与，而来自高校的研究人员没有进行教学的实践或者是缺乏详细指导学生实验的经历，仅仅是按照手边的资料进行设计开发，实践过程中并不能满足使用者的需求。因此，文献[7]提出可由一线教师从基础课实验、专业基础课实验到专业课实验一条龙，编写少而精、实际技能培养、便于设置成虚拟实验的文字教材。
在教学对象系统方面，教学对象包括教师和学生，从统计数据也发现，虚拟实验的应用方面的研究较少。设计开发虚拟实验时就要考虑到教师和学生的全体参与性，同时能进行创造性的设计实验。在整个实验的过程中，虚拟仪器的选择、实验内容的设计与实施等，教师与学生会根据自身角色、兴趣点、任务等方面的不同而对虚拟实验的要求有不同。因此，文献[8]提出虚拟实验的过程需要纵向开放。
教学方法系统方面，从统计数据可以看出，关于虚拟实验教学模式的研究很少。而且大部分应用了虚拟实验的教学模式，还是课上教师演示一点儿虚拟实验的内容，学生不能当场进行实验操作，然后以作业的形式布置虚拟实验的进行，很少单独开设实验课程。因此，文献[9]提出，创造条件，拓宽教学的时间和空间，提供给学生自主学习的平台和师生交互的平台，进行现代化教学信息管理，以满足个性化教育和全面提高学生科学实验素质的需要。
教学环境系统方面，教学环境的好坏会影响教学活动的全部过程，在教学过程中应用虚拟实验，就是希望应用虚拟实验后的教学环境能够为教学活动的全体提供更有效的教与学的氛围，就需要研究虚拟实验设计开发时应遵循的规范等相关标准，以尽量确保虚拟实验创造出的实验环境能满足不同程度的学习者的使用。
教学评价系统方面，统计的数据中发现并没有关于虚拟实验教学的评价和管理方面的文章。虚拟实验缺乏有效的教学管理、过程指导和效果评价，会导致虚拟实验的优越性在实践教学中难以发挥[10]。因此，要广泛地将已有的虚拟实验室、系统应用到教学中，在使用虚拟实验之后，要及时分析学生使用虚拟实验的过程有指导和无指导的情况，观察不同状况下产生的效果，在总结反馈回来的需求和建议后，吸取有利部分更加合理地推动虚拟实验的建设发展。文献[10]也指出应开发虚拟实验指导与管理系统，包括实验知识辅助学习、实验智能指导、实验结果自动评估、实验答疑、实验教学效果评估等功能。
2）减少资源浪费，实现重复使用。在所选取的文章中，进行统计分析时，发现对于同一门课程，甚至是虚拟实验系统，不同的作者在用不同的软件或者技术来进行设计开发.这说明研究者们在调研设计的过程中只是考虑了开发的实现情况，并没有就设计开发出来的虚拟实验进行推广使用做调研，或者推广后并没有针对推广过程中出现的问题提出解决方案或进行改进，以期望减少用其他软件工具再次开发该同类内容，减少开发过程的资源浪费。因此，文献[11]指出要实现资源的高度共享，提高共性和复用性。同时，文献[9]提出开发虚拟实验的整个过程要着眼于系统结构和各层次模块设计的标准化和统一化，实现兼容和通用。
3）加强虚拟实验向经济相对落后的地区推进。从对发文第一作者所在地区分布情况的统计结果来看，经济相对落后的地区对虚拟实验的研究较少。经济相对落后，而且传统的实验教学需要实验设备以及设备的更新，这些都阻碍了实验教学的顺利进行。因虚拟实验有着开放性、可重复使用、经济性等特点，可以弥补传统实验中出现的许多问题。同时，利用网络功能，虚拟实验在实现远距离操作和发展远程教学两方面又突破了实验教学在时间和空间上的限制[9]。因此，要加强现有的虚拟实验在经济相对落后地区的应用，可以考虑发达地区与相对落后地区联合协作进行虚拟实验研究的方式。在进行研究的过程中，要充分考虑到落后地区实验教学的需求，现有的虚拟实验能用则用，不能用则进行修改或者重新设计后再用。这样不仅有利于改善经济较不发达地区的实验教学，而且容易产生规模效益，同时便于将来制定开发虚拟实验的统一标准，有利于虚拟实验的系统性研究。
5 结语
虚拟实验随着各种技术的发展，在教育、科研等方面会有更广阔的发展前景，是当前教育的重要组成部分，是教育教学中不可替换的资源。在教学过程中，使用虚拟实验，有利于发挥技术对改善教学效果的作用，同时也能够更好地完成教学任务，培养出既具有丰富的知识又具有很强动手能力的创新型人才。
参考文献
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