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虚拟实验技术产生于20世纪60年代，随着虚拟现实技术的发展以及学科交叉融合，其在职业教育领域的应用正在兴起。
1 虚拟实验平台设计
1.1 学习者特征分析
1）多元智力类型。根据多元智能理论，利用多元智能自我评估表，研究对天津中华职专、天津现代职业技术学院、天津轻工职业技术学院3所学校高职二年级计算机应用专业228名学生进行问卷调查。每份调查问卷中有64道题，每种智力类型设置8道题，每题1分，选择就得1分，不选0分。利用SPSS对实验数据输入与整理，生成表格，如表1所示。
从学生智力发展总体发展趋势来看，实验对象在智力发展类型分布中的音乐韵律能力、视觉空间能力以及自我观察方面有着优势，而在言语语言、数理逻辑、人际交往方面还存在发展的空间。这也就是说，职业教育学习者主要具有形象思维的特点，而通常形象思维较强的人，能够较快地掌握经验性和策略性的知识，对陈述性的理论知识却相对排斥。这并非职业学校学生的弱势，而恰恰是其优势所在。
2）学习风格。研究根据学习风格的3种典型分类方法（视觉型、听觉型和动觉型），利用学习风格测量表，对上述实验班学生进行问卷调查，每份问卷设置24道题，每题3个选项（分别是经常、有时、很少），分值设置分别是5、3、1分。利用SPSS统计数据，生成饼状图，如图1所示。
从学生调查情况来看，中职的学生更喜欢通过视觉刺激以及动觉来达到好的学习效果。视觉型学习者的典型特征是通过视觉刺激手段接受信息，直观形象的视觉材料能在学习者脑海里形成清晰的视觉表象，使其具有用此感官学习的优势；动觉型学习者的主要特征是喜欢动手尝试，他们乐于在“做中学”，往往在操作性技能的学习中表现突出。
以上从职业教育学生智力类型发展、学习风格等层面对学生学习特点进行分析和定位，在整个虚拟实验设计过程中，对如何选取教学内容、选择合适的媒体以及交互的总体设计将起到指导作用。
1.2 职业教育教学分析
基于工作过程导向的课程开发逐渐成为职业教育学与教的发展方向。计算机组装与维修课程即是典型的以工作任务为基础、以工作过程为导向、以项目教学为典型表现形式的任务引领式学习领域课程。
1.3 功能模块设计
依据对中职计算机组装与维修课程的分析，结合中职学生学习特点，本文选择适合虚拟实验教学的硬件组装部分为例，通过创设3个实验情境促进学生理论与实践技能的发展。整个虚拟实验平台各个模块设置如图2所示。
1）实验指导。实验平台首先强调实验的目的性，这里分别对实验目的、内容及平台操作进行说明，该模块主要以文字说明为主，目标明确，内容简洁有条理。
2）模型介绍。实验平台为学生提供一定的组装知识基础，即计算机各硬件的外形特点、分类、安装技巧等。学生通过对模型直接操作如放大、分离、旋转、拖拽等，对组装部件进行三维整体与部分的认识。
3）组装演示。针对学生对视频和动手操作的不同需要，分别设置视频演示与有序组装的动画演示。所谓有序组装是指组装实验中，一些零件存在相互影响的关系，必须按照一定的顺序进行安装。该动画演示是根据实验指导的安装步骤进行的一般有序安装，学生点选相应的模型后即可根据自己的喜好，选择观看视频或动画演示。同时针对组装过程中的演示细节如CPU拉杆拉起呈90°，在实验场景中加入主板视角、整体环绕视角等不同观察角度切换，使学生在三维空间内的学习更加灵活。
4）虚拟组装。虚拟组装模块是中职学生动手实践的主要场景，也是本虚拟实验重点设计模块。计算机硬件组装过程中具有一定的有序性与无序性。所谓无序组装是指在实验过程中，部分零件之间无必然关系，可自选安装顺序，强调组装的灵活性。在提高学生创新与思考的同时，需给予学生必要的组装引导，并对组装结果提供及时反馈，增强学生自主学习效果。
5）实验测试。实验测试是测试学生在虚拟实验学习后的结果，不仅仅是帮助学生了解自己的学习情况，调整学习进度的一个依据，而且是学生能否进入现实实验的一个关口。
1.4 开发工具选取
根据对虚拟实验平台总体性能的分析，该虚拟实验平台选择PC机作为该平台的开发平台，涉及的开发工具有图形图像处理工具、视频处理工具、建模工具、虚拟现实交互工具四大类，主要包含Photoshop、Premiere、3DS Max、Virtools等工具。
2 虚拟实验平台开发
在虚拟实验平台设计的基础上，实验平台开发流程如图3所示。
2.1 素材准备
在计算机组装与维修组装实验中，需要收集整理的素材包括实验各个零件基本文字介绍、图像，各个零部件组装演示视频，以便后面三维模型贴图以及实验交互实现。除此之外，应结合前期对实验功能模块的分析，对整个实验平台的界面进行设计，包括实验背景、交互链接、反馈提示等。
2.2 模型创建
创建的模型是学生直接操作的对象，在硬件组装实验平台中需要创建的模型包括CPU、CPU风扇、内存条、主板、显卡、声卡、网卡、主机箱等零件。为了降低硬件需求，在模型创建完毕后，必须尽可能进行优化，从而减少面数，而此时就需要一个制作精良的贴图来弥补在面数低造成的失真。最后利用Virtools提供的插件导出要求的格式即可。
2.3 交互制作
在Virtools中导入模型后，需要对模型进行重组，创设模型介绍、组装演示、虚拟组装实验情境。根据实验情境的创设，实现实验平台界面与学习者之间的友好交互，实现各个情境中学生对模型进行相应操作后的交互。在整个开发过程中，需要经过反复改进，不断优化实验平台，在测试平台正常运行后，整合实验平台各个模块及其相关资源，将其发布为Html格式到网页浏览器中，完成虚拟实验平台的制作。 3 虚拟实验平台教学应用
为了确保该平台的实用性，了解该平台在实际教学中的不足之处，实验平台在上述3所实验学校进行了应用，选择实验对象为计算机专业二年级三班学生共228人，教学内容为计算机组装与维修硬件组装模块。上课地点为学校多媒体机房，该机房配有交互式电子白板等多媒体设备。
3.1 研究方法
为了了解学生对该计算机组装虚拟实验平台的真实感受，研究制定了关于计算机组装虚拟实验使用情况的调查问卷表。本问卷采用匿名的形式，向二年级4个班发放，共回收221份问卷。利用SPSS分析汇总。同时，研究运用访谈法对20名学生进行访谈。
3.2 教学分析
为了对教学过程进行定量和定性的分析和评价，判断课堂教学属性，研究采用S-T分析方法对整个教学过程进行分析。在本次教学应用中，收集到课堂教学过程录像资料课长共计45分钟，设定采用周期为20秒，得到S-T数据序列，如图4所示。
在教学过程中，行为的采样数为N，T行为数为Nt，S行为数为Ns。N=135，Nt=64，Ns=71，教师行为占有率Rt：Rt=Nt/N=64/135=0.47。学生行为占有率Rs：Rs=Ns/N=71/135=0.53。相同行为的连续，即数据中的连数g，g=43。师生行为转换率（即师生互动）Ch：Ch=（g-1）/N=（43-1）/135=0.31。绘制S-T图与Rt-Ch图，分别如图5和图6所示。根据ST分析结果，可以看出这节课属于混合型教学模式。较高的学生行为占有率说明在虚拟实验平台中可以较好地发挥学生作用，体现学生的主体地位。同时，教师行为转换率在0.3以上，说明教师在虚拟实验教学中能够积极有效地对学生学习进行指导。
职业教育虚拟实验平台的设计与开发以项目为明线，以分析完成新项目需要项目案例、学习和参考的实践方法、实践规则、实践标准、实践情境、实践理论为暗线进行组织。教师和学生可以通过该平台自由地做实验，形成多元的资源整合。
该系统在基于学习者本体、课程本体和领域知识本体的基础上，根据学习者特征描述、学习过程记录、学习状态描述进行语义处理，动态地向学习者主动提供学习内容或学习案例，实现具有主动化特征的学习服务功能。
参考文献
[1]郭炯，霍秀爽.以项目为中心的职业教育课程资源平台的设计与开发[J].中国电化教育，2012（4）：21-24.
[2]杨雪，吴双，宋金刚.虚拟实验的感性设计[J].中国电化教育，2012（1）：16-20.
[3]胡航，王超，庞明俊.交互：中职有效课堂教学的基础[J].职业教育研究，2013（1）：55-57.
1 虚拟实验平台设计
1.1 学习者特征分析
1）多元智力类型。根据多元智能理论，利用多元智能自我评估表，研究对天津中华职专、天津现代职业技术学院、天津轻工职业技术学院3所学校高职二年级计算机应用专业228名学生进行问卷调查。每份调查问卷中有64道题，每种智力类型设置8道题，每题1分，选择就得1分，不选0分。利用SPSS对实验数据输入与整理，生成表格，如表1所示。
从学生智力发展总体发展趋势来看，实验对象在智力发展类型分布中的音乐韵律能力、视觉空间能力以及自我观察方面有着优势，而在言语语言、数理逻辑、人际交往方面还存在发展的空间。这也就是说，职业教育学习者主要具有形象思维的特点，而通常形象思维较强的人，能够较快地掌握经验性和策略性的知识，对陈述性的理论知识却相对排斥。这并非职业学校学生的弱势，而恰恰是其优势所在。
2）学习风格。研究根据学习风格的3种典型分类方法（视觉型、听觉型和动觉型），利用学习风格测量表，对上述实验班学生进行问卷调查，每份问卷设置24道题，每题3个选项（分别是经常、有时、很少），分值设置分别是5、3、1分。利用SPSS统计数据，生成饼状图，如图1所示。
从学生调查情况来看，中职的学生更喜欢通过视觉刺激以及动觉来达到好的学习效果。视觉型学习者的典型特征是通过视觉刺激手段接受信息，直观形象的视觉材料能在学习者脑海里形成清晰的视觉表象，使其具有用此感官学习的优势；动觉型学习者的主要特征是喜欢动手尝试，他们乐于在“做中学”，往往在操作性技能的学习中表现突出。
以上从职业教育学生智力类型发展、学习风格等层面对学生学习特点进行分析和定位，在整个虚拟实验设计过程中，对如何选取教学内容、选择合适的媒体以及交互的总体设计将起到指导作用。
1.2 职业教育教学分析
基于工作过程导向的课程开发逐渐成为职业教育学与教的发展方向。计算机组装与维修课程即是典型的以工作任务为基础、以工作过程为导向、以项目教学为典型表现形式的任务引领式学习领域课程。
1.3 功能模块设计
依据对中职计算机组装与维修课程的分析，结合中职学生学习特点，本文选择适合虚拟实验教学的硬件组装部分为例，通过创设3个实验情境促进学生理论与实践技能的发展。整个虚拟实验平台各个模块设置如图2所示。
1）实验指导。实验平台首先强调实验的目的性，这里分别对实验目的、内容及平台操作进行说明，该模块主要以文字说明为主，目标明确，内容简洁有条理。
2）模型介绍。实验平台为学生提供一定的组装知识基础，即计算机各硬件的外形特点、分类、安装技巧等。学生通过对模型直接操作如放大、分离、旋转、拖拽等，对组装部件进行三维整体与部分的认识。
3）组装演示。针对学生对视频和动手操作的不同需要，分别设置视频演示与有序组装的动画演示。所谓有序组装是指组装实验中，一些零件存在相互影响的关系，必须按照一定的顺序进行安装。该动画演示是根据实验指导的安装步骤进行的一般有序安装，学生点选相应的模型后即可根据自己的喜好，选择观看视频或动画演示。同时针对组装过程中的演示细节如CPU拉杆拉起呈90°，在实验场景中加入主板视角、整体环绕视角等不同观察角度切换，使学生在三维空间内的学习更加灵活。
4）虚拟组装。虚拟组装模块是中职学生动手实践的主要场景，也是本虚拟实验重点设计模块。计算机硬件组装过程中具有一定的有序性与无序性。所谓无序组装是指在实验过程中，部分零件之间无必然关系，可自选安装顺序，强调组装的灵活性。在提高学生创新与思考的同时，需给予学生必要的组装引导，并对组装结果提供及时反馈，增强学生自主学习效果。
5）实验测试。实验测试是测试学生在虚拟实验学习后的结果，不仅仅是帮助学生了解自己的学习情况，调整学习进度的一个依据，而且是学生能否进入现实实验的一个关口。
1.4 开发工具选取
根据对虚拟实验平台总体性能的分析，该虚拟实验平台选择PC机作为该平台的开发平台，涉及的开发工具有图形图像处理工具、视频处理工具、建模工具、虚拟现实交互工具四大类，主要包含Photoshop、Premiere、3DS Max、Virtools等工具。
2 虚拟实验平台开发
在虚拟实验平台设计的基础上，实验平台开发流程如图3所示。
2.1 素材准备
在计算机组装与维修组装实验中，需要收集整理的素材包括实验各个零件基本文字介绍、图像，各个零部件组装演示视频，以便后面三维模型贴图以及实验交互实现。除此之外，应结合前期对实验功能模块的分析，对整个实验平台的界面进行设计，包括实验背景、交互链接、反馈提示等。
2.2 模型创建
创建的模型是学生直接操作的对象，在硬件组装实验平台中需要创建的模型包括CPU、CPU风扇、内存条、主板、显卡、声卡、网卡、主机箱等零件。为了降低硬件需求，在模型创建完毕后，必须尽可能进行优化，从而减少面数，而此时就需要一个制作精良的贴图来弥补在面数低造成的失真。最后利用Virtools提供的插件导出要求的格式即可。
2.3 交互制作
在Virtools中导入模型后，需要对模型进行重组，创设模型介绍、组装演示、虚拟组装实验情境。根据实验情境的创设，实现实验平台界面与学习者之间的友好交互，实现各个情境中学生对模型进行相应操作后的交互。在整个开发过程中，需要经过反复改进，不断优化实验平台，在测试平台正常运行后，整合实验平台各个模块及其相关资源，将其发布为Html格式到网页浏览器中，完成虚拟实验平台的制作。 3 虚拟实验平台教学应用
为了确保该平台的实用性，了解该平台在实际教学中的不足之处，实验平台在上述3所实验学校进行了应用，选择实验对象为计算机专业二年级三班学生共228人，教学内容为计算机组装与维修硬件组装模块。上课地点为学校多媒体机房，该机房配有交互式电子白板等多媒体设备。
3.1 研究方法
为了了解学生对该计算机组装虚拟实验平台的真实感受，研究制定了关于计算机组装虚拟实验使用情况的调查问卷表。本问卷采用匿名的形式，向二年级4个班发放，共回收221份问卷。利用SPSS分析汇总。同时，研究运用访谈法对20名学生进行访谈。
3.2 教学分析
为了对教学过程进行定量和定性的分析和评价，判断课堂教学属性，研究采用S-T分析方法对整个教学过程进行分析。在本次教学应用中，收集到课堂教学过程录像资料课长共计45分钟，设定采用周期为20秒，得到S-T数据序列，如图4所示。
在教学过程中，行为的采样数为N，T行为数为Nt，S行为数为Ns。N=135，Nt=64，Ns=71，教师行为占有率Rt：Rt=Nt/N=64/135=0.47。学生行为占有率Rs：Rs=Ns/N=71/135=0.53。相同行为的连续，即数据中的连数g，g=43。师生行为转换率（即师生互动）Ch：Ch=（g-1）/N=（43-1）/135=0.31。绘制S-T图与Rt-Ch图，分别如图5和图6所示。根据ST分析结果，可以看出这节课属于混合型教学模式。较高的学生行为占有率说明在虚拟实验平台中可以较好地发挥学生作用，体现学生的主体地位。同时，教师行为转换率在0.3以上，说明教师在虚拟实验教学中能够积极有效地对学生学习进行指导。
职业教育虚拟实验平台的设计与开发以项目为明线，以分析完成新项目需要项目案例、学习和参考的实践方法、实践规则、实践标准、实践情境、实践理论为暗线进行组织。教师和学生可以通过该平台自由地做实验，形成多元的资源整合。
该系统在基于学习者本体、课程本体和领域知识本体的基础上，根据学习者特征描述、学习过程记录、学习状态描述进行语义处理，动态地向学习者主动提供学习内容或学习案例，实现具有主动化特征的学习服务功能。
参考文献
[1]郭炯，霍秀爽.以项目为中心的职业教育课程资源平台的设计与开发[J].中国电化教育，2012（4）：21-24.
[2]杨雪，吴双，宋金刚.虚拟实验的感性设计[J].中国电化教育，2012（1）：16-20.
[3]胡航，王超，庞明俊.交互：中职有效课堂教学的基础[J].职业教育研究，2013（1）：55-57.