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【摘要】利用虚拟实验辅助教学已经成为一种趋势，在远程教育的实验教学中，尤其成为一种必然。文章探讨了远程教育工程类专业虚拟实验室体系的构建，通过调查研究分析了远程教育学习者的特点、学习习惯和学习需求。然后从需求出发，分析了远程教育工程类专业虚拟实验室应具备的必要功能。最后设计出虚拟实验室的框架体系，并分析了各模块的详细构成及实现的具体功能。对于远程教育高校工程类专业虚拟实验室的建立有一定的借鉴意义。
【关键词】远程教育;工程类专业;虚拟实验;构建
【中图分类号】G728【文献标识码】A【文章编号】10018794（2015）11003904
【收稿日期】20150906
【基金项目】四川广播电视大学2014—2015青年教改项目，编号为XM2014001Q
【作者简介】翁艳（1981—），女，四川宜宾人，副教授，研究方向为工程项目管理、桥梁结构健康监测。一、虚拟实验
虚拟实验室是利用网络技术，将真实实验虚拟化，用信息化的教学资源，创造信息化教学情境，实现“学员为主体”的自主学习模式。虚拟实验建立在一个虚拟的实验环境（平台仿真）之上，而注重的是实验操作的交互性和实验结果的仿真性。虚拟实验起步较晚，发展却很快，从投入的经费来讲，没有实验室建设经费那么庞大，而且最大的优势是虚拟实验室不受时间及空间的限制，可以利用网络教育提高教学效率。虚拟实验虚拟环境适合于开展网上教学，网上远程实验， 实现教学手段现代化。远程教育的学生学习特点之一是工学矛盾突出，虚拟实验正好可以满足他们足不出户，在家就能利用网络完成实验。
二、远程教育工程类专业特点
工程类专业学科的普遍特点是具有抽象性，理论晦涩难懂，工艺流程复杂繁琐。远程教育学生的特点是基础参差不齐，特别对于没有从事过相关行业的学生来说，晦涩的理论，复杂的工艺、工序，他们学起来都比较困难。实验、实践或者实训课程可以弥补理论学习当中的不足。但是对于大多数远程教育院校来说，实训类课程大都开设了，但是未真正去指导学生完成实训，主要的原因之一是工学矛盾突出，很难统一组织实训;另一方面，工程类专业的实验，大都涉及较大型的设备，學校不仅购置设备需要花费大量的资金，而且购买后需要建设实验室，培训教师，设备养护等，支出较大，对于很多成人高校存在实验经费不足的问题。所以远程教育工程类专业更有必要建立虚拟实验室。虚拟实验室的构建，不能只是简单地将书上的实验搬到电脑上，应当充分考虑远程教育学习者的需求，从需求出发，考虑虚拟实验应具有的功能及框架体系，从而完成虚拟实验室的构建。
三、需求分析
笔者为了了解远程教育工程类专业学生对虚拟实验的学习需求，专门做了一个调查，调查涉及的学生有土建大类学生、机械大类学生、电气大类学生。从收集的调查结果来看，绝大部分学生认为自己专业增设虚拟实验是很有必要的（问题：您觉得您的专业有无必要增设虚拟实验？见图1）。远程教育虚拟实验不受时间及地点的限制，符合学习者的学习需求。
其次，对于虚拟实验所开设的内容，学生们的选择也比较集中，主要为：熟悉一些抽象的原理、了解仪器设备的构造、熟悉某种工序的操作流程、熟悉某种制造工艺。（见图2）
因为这些正是学习者在学习中遇到的困难，而且通过教师的理论讲解仍然不能理解透的知识，如果学生以前没有见过仪器设备，没有体验过工艺流程，那么就很有必要借助虚拟实验来帮助他们足不出户了解和熟悉相关的知识。通过调查我们觉得不是一定要把所有书本上涉及的知识都做成虚拟实验，虚拟实验本身就是用来解决一些较难讲解透彻、较抽象的原理，复杂的工艺流程。如果是一些较简单的理论或者操作，学生能通过讲解和学习就掌握的知识就没有必要做成虚拟实验。
从课程分类来看，原理类课程、较抽象类课程及操作类课程制作虚拟实验，较受学生欢迎。原理类及抽象类课程，学习起来比较枯燥，借助虚拟实验不仅能帮助学生加深对原理的理解，而且能提高学生的学习兴趣。操作类课程学生本身比较感兴趣，但是教师讲起来较费劲，学生如没有真正接触过仪器或者工艺，学起来也较费劲。虚拟实验可以解决教与学两方面的困难，一方面教师可以借助虚拟实验课堂讲解仪器设备原理及工艺操作流程，另方面学生课下可以自己练习达到熟悉课程内容的目的。
远程教育工程类专业的实训课程操作一般有两种方式，一种是学生自行联系单位或者在自己的单位进行相关的实训，一种是学校统一组织，但是第二种方式要实现较困难，学生很难统一时间。第一种方式比较灵活，但是学生不一定能系统地按照规定要求完成实训。在调查的过程中，绝大部分学生有意愿用虚拟实验代替实训（见图3问题：您是否愿意用虚实验代替课程实训？），这样可以灵活地运用虚拟实验较系统地完成实训要求。
由调查结果总结出，远程教育工程类专业的虚拟实验，与一般的虚拟实验有一定的区别，包括在虚拟实验开设的课程，开设的内容，与实训结合等等，结合学生的学习需求进行虚拟实验体系设计才能更好地满足学生的要求。
四、功能分析
虚拟实验本质是为教学服务，为学生服务，在分析了学生的需求之后，就应当对虚拟实验应实现的功能进行定位。
1交互良好，方便使用
学生操作虚拟实验时，要求操作简便易行，指示明确，界面友好，避免枯燥，要有一定的可视性和趣味性。让学生不受时间和地点的限制，对各种虚拟实验进行操作。从目前的形势来看，网络版是必需的，在网络版的基础上，能开发出手机版是必要的，目前碎片化学习已经成为潮流，手机也成为人们离不开的工具，虚拟实验如果能做成手机应用App，学生随时随地可以进行操作及碎片化学习，更能提高学习效率。
2整合多专业多学科的实验内容，满足实验教学的需要
虚拟实验是为了让学生更加快速方便地学习实验原理，掌握实验方法，训练实验技能。对于一个学校而言，一般不会是一个专业甚至一门课程就开发一个虚拟实验平台，从可行性和经济性来说，虚拟实验平台应当整合多专业多学科的内容，通过网络技术搭建一个资源整合平台，实现资源的共享和管理。 3结合实训，方便管理
从学生的学习需求来看，虚拟实验代替实训是一个趋势。虚拟实验可以从两方面出发设计，一方面就是帮助学生理解和掌握一些抽象原理及工艺、工序流程;另一方面就是结合实训内容，设计出能够满足实训要求的虚拟实验。第一方面的内容可不需进行评价，学生通过操作学习理解原理即可;第二个方面的内容，既然是与实训结合，必然涉及评分，要求虚拟实验的内容是可判断正误并且可以自动评分，分数可以自动计入学生登录的账户，进入教务系统，这样就可代替实训。虚拟实验的内容要实现学生完成并自动评分，最好能按照工艺、工序的操作流程进行设计，这样学生不仅熟悉了完整的操作流程，评判上也较容易，根据工艺、工序的操作步骤依次给分，实现考评管理。
五、框架体系
虚拟实验平台的框架体系在进行需求分析及功能分析之后根据实际情况搭建如下：1登录管理
虚拟实验平台的登录人员主要有两类，一类是学生，一类是教师，根据角色的不同，登录进去后的功能也有不同。学生登录进去后，可以进行实验预约及实验选择，完成实验并且教师评分后可以查阅成绩，该成绩可以作为学生的实训成绩，进入教务系统。查阅成绩这个模块有条件的话，可以包含一个查看错误及重做的模块，因为学生完成实验后，如果评分较低，或许他们想查看一下错误的地方在哪里，也许还想重新操作一遍（注：这个重新操作不一定会重新评分，但是对于学生来说，真正掌握实验内容才是最重要的），这样对于他们的学习效果有较大的提高。教师登录进去后，根据所分班级的学生完成的实验，进行实验报告批改，并给出最后分数，提交到教务系统。
2实验室分类
实验室分类模块是虚拟实验平台的核心模块，包含若干实验室，如电工电子技术实验室、建筑施工技术实验室、建筑测量实验室等等，每个实验室下面可以包含若干个小实验，若干个综合实验。每个实验包含实验原理及任务书，学生通过自主学习了解实验的原理及步骤，需要完成的实验的要求和内容。学生完成交互实验后，提交实验报告，最终完成实验。小实验的作用，要求着重实验原理的练习，可以是综合实验的步骤拆解，小实验不建议评分，可以当学生的热身或者练习。综合实验，一般是一个大型实验，是这门课程中最重要的核心课程内容，一般是以某个综合练习为蓝本，如用全站仪完成二级导线测量，这里面包含了全站仪的使用原理，导线测量的步骤，边长测量的原理，角度测量的原理，角度及坐标计算的原理等内容，可以作为一个综合实验，能够较全面地考察学生的综合能力，通过实验步骤的一步步进行，按步骤评分，学生完成实验并提交报告供教师批改后即可获得实训成绩。每门课程的综合实验可以有若干个，侧重点可以不同，但要求体现“综合”二字，要求包含若干个小的知识点或者小实验，全面考查学生对这门课程的掌握。
3公告及論坛
此模块包含了实验室公告，由管理员及教师发布，学生通过公告可以随时了解实验室的实时动态。论坛可以建立起教师和学生，学生和学生之间的沟通的桥梁。学生有问题可以和教师交流沟通，也可以和同学们交流实验心得。教师可以在论坛里引导一些主题讨论，提一些思考性的问题，激发学生的学习兴趣，在讨论中，增加对实验的进一步理解，进一步熟悉原理和操作步骤。教师还可以提出虚拟实验和现实当中的实验的区别，实验和实际工作当中的区别在哪里，让学生明白，便于实际操作。
4帮助
此模块包含虚拟实验平台的使用说明，可以是文字说明，可以图文并茂，甚至有动画演示，帮助学生尽快上手，掌握实验步骤。此外，可以提供搜索帮助功能，学生根据关键字搜索可以快速定位到需要的帮助信息。有条件的话，还可以开通在线帮助，论坛求助等功能，让学生遇到困难时可以及时解决。
六、结束语
远程教育工程类专业虚拟实验室的构建，从学生的需求调查出发，论述了虚拟实验室的功能和框架体系。虚拟实验室的建设，对于远程教育院校来说，十分有必要，也很有意义。可以摆脱大部分实训课程开而不上的尴尬局面，也可以帮助学生提高观察推理能力，提高实践技能，提高远程教学的效果。虚拟实验的发展前景是非常良好的，也必将在远程教育工程类专业的教学中发挥重要的作用。
【参考文献】
[1]吴晓南.高校虚拟实验室的构建[J].国外电子测量，2006，（25）.
[2]丛文静，朱玺宝，赵敏.工程制图虚拟实验室的建设及应用[J].实验技术与管理，2011，（11）.
[3]万桂怡，崔建军，张振果.高校虚拟实验平台的设计及实践[J].实验室研究与探索，2011，（3）.
[4]叶步伟，马德俊.虚拟实验技术及其在远程教育当中的应用[J].继续教育研究，2011，（6）.
[5]高润喜.构建虚拟实验室及其实践教学的研究[J].湖南人文科技学院学报，2007，（4）.
[6]程天宝.发挥虚拟实验室在高职高专实验中的作用[J].成都大学学报：教育科学版，2007，（5）.
[7]宋小软，赵俊兰，王献云.土木工程专业网络虚拟实验室建设探讨[J].结构工程：第27卷增刊，2011，（1）.
The Study on Virtual Laboratory System Construction in Distance Education
——Taking the Example of Engineering Majors
WENG Yan， CEN Mei， KANG Ling， LIU Hongting
（Sichuan Radio and TV University， Chengdu 610072， China）
【Abstract】It is a trend that virtual experiment assists teaching， especially in the experimental teaching in the distance education. This paper discusses the engineering virtual laboratory system construction in the distance education. First of all， the learners characteristic， learning habit and learning requirement are analyzed through questionnaires. Then， the necessary functions of the virtual laboratory of the engineering majors are analyzed from the results. Lastly， the frame system of virtual laboratory is designed， the constitution and function of all modules are also analyzed. It could provide references for the virtual laboratory system construction of the engineering majors in distance education.
【Key words】distance education; engineering majors; virtual laboratory; constitution
【关键词】远程教育;工程类专业;虚拟实验;构建
【中图分类号】G728【文献标识码】A【文章编号】10018794（2015）11003904
【收稿日期】20150906
【基金项目】四川广播电视大学2014—2015青年教改项目，编号为XM2014001Q
【作者简介】翁艳（1981—），女，四川宜宾人，副教授，研究方向为工程项目管理、桥梁结构健康监测。一、虚拟实验
虚拟实验室是利用网络技术，将真实实验虚拟化，用信息化的教学资源，创造信息化教学情境，实现“学员为主体”的自主学习模式。虚拟实验建立在一个虚拟的实验环境（平台仿真）之上，而注重的是实验操作的交互性和实验结果的仿真性。虚拟实验起步较晚，发展却很快，从投入的经费来讲，没有实验室建设经费那么庞大，而且最大的优势是虚拟实验室不受时间及空间的限制，可以利用网络教育提高教学效率。虚拟实验虚拟环境适合于开展网上教学，网上远程实验， 实现教学手段现代化。远程教育的学生学习特点之一是工学矛盾突出，虚拟实验正好可以满足他们足不出户，在家就能利用网络完成实验。
二、远程教育工程类专业特点
工程类专业学科的普遍特点是具有抽象性，理论晦涩难懂，工艺流程复杂繁琐。远程教育学生的特点是基础参差不齐，特别对于没有从事过相关行业的学生来说，晦涩的理论，复杂的工艺、工序，他们学起来都比较困难。实验、实践或者实训课程可以弥补理论学习当中的不足。但是对于大多数远程教育院校来说，实训类课程大都开设了，但是未真正去指导学生完成实训，主要的原因之一是工学矛盾突出，很难统一组织实训;另一方面，工程类专业的实验，大都涉及较大型的设备，學校不仅购置设备需要花费大量的资金，而且购买后需要建设实验室，培训教师，设备养护等，支出较大，对于很多成人高校存在实验经费不足的问题。所以远程教育工程类专业更有必要建立虚拟实验室。虚拟实验室的构建，不能只是简单地将书上的实验搬到电脑上，应当充分考虑远程教育学习者的需求，从需求出发，考虑虚拟实验应具有的功能及框架体系，从而完成虚拟实验室的构建。
三、需求分析
笔者为了了解远程教育工程类专业学生对虚拟实验的学习需求，专门做了一个调查，调查涉及的学生有土建大类学生、机械大类学生、电气大类学生。从收集的调查结果来看，绝大部分学生认为自己专业增设虚拟实验是很有必要的（问题：您觉得您的专业有无必要增设虚拟实验？见图1）。远程教育虚拟实验不受时间及地点的限制，符合学习者的学习需求。
其次，对于虚拟实验所开设的内容，学生们的选择也比较集中，主要为：熟悉一些抽象的原理、了解仪器设备的构造、熟悉某种工序的操作流程、熟悉某种制造工艺。（见图2）
因为这些正是学习者在学习中遇到的困难，而且通过教师的理论讲解仍然不能理解透的知识，如果学生以前没有见过仪器设备，没有体验过工艺流程，那么就很有必要借助虚拟实验来帮助他们足不出户了解和熟悉相关的知识。通过调查我们觉得不是一定要把所有书本上涉及的知识都做成虚拟实验，虚拟实验本身就是用来解决一些较难讲解透彻、较抽象的原理，复杂的工艺流程。如果是一些较简单的理论或者操作，学生能通过讲解和学习就掌握的知识就没有必要做成虚拟实验。
从课程分类来看，原理类课程、较抽象类课程及操作类课程制作虚拟实验，较受学生欢迎。原理类及抽象类课程，学习起来比较枯燥，借助虚拟实验不仅能帮助学生加深对原理的理解，而且能提高学生的学习兴趣。操作类课程学生本身比较感兴趣，但是教师讲起来较费劲，学生如没有真正接触过仪器或者工艺，学起来也较费劲。虚拟实验可以解决教与学两方面的困难，一方面教师可以借助虚拟实验课堂讲解仪器设备原理及工艺操作流程，另方面学生课下可以自己练习达到熟悉课程内容的目的。
远程教育工程类专业的实训课程操作一般有两种方式，一种是学生自行联系单位或者在自己的单位进行相关的实训，一种是学校统一组织，但是第二种方式要实现较困难，学生很难统一时间。第一种方式比较灵活，但是学生不一定能系统地按照规定要求完成实训。在调查的过程中，绝大部分学生有意愿用虚拟实验代替实训（见图3问题：您是否愿意用虚实验代替课程实训？），这样可以灵活地运用虚拟实验较系统地完成实训要求。
由调查结果总结出，远程教育工程类专业的虚拟实验，与一般的虚拟实验有一定的区别，包括在虚拟实验开设的课程，开设的内容，与实训结合等等，结合学生的学习需求进行虚拟实验体系设计才能更好地满足学生的要求。
四、功能分析
虚拟实验本质是为教学服务，为学生服务，在分析了学生的需求之后，就应当对虚拟实验应实现的功能进行定位。
1交互良好，方便使用
学生操作虚拟实验时，要求操作简便易行，指示明确，界面友好，避免枯燥，要有一定的可视性和趣味性。让学生不受时间和地点的限制，对各种虚拟实验进行操作。从目前的形势来看，网络版是必需的，在网络版的基础上，能开发出手机版是必要的，目前碎片化学习已经成为潮流，手机也成为人们离不开的工具，虚拟实验如果能做成手机应用App，学生随时随地可以进行操作及碎片化学习，更能提高学习效率。
2整合多专业多学科的实验内容，满足实验教学的需要
虚拟实验是为了让学生更加快速方便地学习实验原理，掌握实验方法，训练实验技能。对于一个学校而言，一般不会是一个专业甚至一门课程就开发一个虚拟实验平台，从可行性和经济性来说，虚拟实验平台应当整合多专业多学科的内容，通过网络技术搭建一个资源整合平台，实现资源的共享和管理。 3结合实训，方便管理
从学生的学习需求来看，虚拟实验代替实训是一个趋势。虚拟实验可以从两方面出发设计，一方面就是帮助学生理解和掌握一些抽象原理及工艺、工序流程;另一方面就是结合实训内容，设计出能够满足实训要求的虚拟实验。第一方面的内容可不需进行评价，学生通过操作学习理解原理即可;第二个方面的内容，既然是与实训结合，必然涉及评分，要求虚拟实验的内容是可判断正误并且可以自动评分，分数可以自动计入学生登录的账户，进入教务系统，这样就可代替实训。虚拟实验的内容要实现学生完成并自动评分，最好能按照工艺、工序的操作流程进行设计，这样学生不仅熟悉了完整的操作流程，评判上也较容易，根据工艺、工序的操作步骤依次给分，实现考评管理。
五、框架体系
虚拟实验平台的框架体系在进行需求分析及功能分析之后根据实际情况搭建如下：1登录管理
虚拟实验平台的登录人员主要有两类，一类是学生，一类是教师，根据角色的不同，登录进去后的功能也有不同。学生登录进去后，可以进行实验预约及实验选择，完成实验并且教师评分后可以查阅成绩，该成绩可以作为学生的实训成绩，进入教务系统。查阅成绩这个模块有条件的话，可以包含一个查看错误及重做的模块，因为学生完成实验后，如果评分较低，或许他们想查看一下错误的地方在哪里，也许还想重新操作一遍（注：这个重新操作不一定会重新评分，但是对于学生来说，真正掌握实验内容才是最重要的），这样对于他们的学习效果有较大的提高。教师登录进去后，根据所分班级的学生完成的实验，进行实验报告批改，并给出最后分数，提交到教务系统。
2实验室分类
实验室分类模块是虚拟实验平台的核心模块，包含若干实验室，如电工电子技术实验室、建筑施工技术实验室、建筑测量实验室等等，每个实验室下面可以包含若干个小实验，若干个综合实验。每个实验包含实验原理及任务书，学生通过自主学习了解实验的原理及步骤，需要完成的实验的要求和内容。学生完成交互实验后，提交实验报告，最终完成实验。小实验的作用，要求着重实验原理的练习，可以是综合实验的步骤拆解，小实验不建议评分，可以当学生的热身或者练习。综合实验，一般是一个大型实验，是这门课程中最重要的核心课程内容，一般是以某个综合练习为蓝本，如用全站仪完成二级导线测量，这里面包含了全站仪的使用原理，导线测量的步骤，边长测量的原理，角度测量的原理，角度及坐标计算的原理等内容，可以作为一个综合实验，能够较全面地考察学生的综合能力，通过实验步骤的一步步进行，按步骤评分，学生完成实验并提交报告供教师批改后即可获得实训成绩。每门课程的综合实验可以有若干个，侧重点可以不同，但要求体现“综合”二字，要求包含若干个小的知识点或者小实验，全面考查学生对这门课程的掌握。
3公告及論坛
此模块包含了实验室公告，由管理员及教师发布，学生通过公告可以随时了解实验室的实时动态。论坛可以建立起教师和学生，学生和学生之间的沟通的桥梁。学生有问题可以和教师交流沟通，也可以和同学们交流实验心得。教师可以在论坛里引导一些主题讨论，提一些思考性的问题，激发学生的学习兴趣，在讨论中，增加对实验的进一步理解，进一步熟悉原理和操作步骤。教师还可以提出虚拟实验和现实当中的实验的区别，实验和实际工作当中的区别在哪里，让学生明白，便于实际操作。
4帮助
此模块包含虚拟实验平台的使用说明，可以是文字说明，可以图文并茂，甚至有动画演示，帮助学生尽快上手，掌握实验步骤。此外，可以提供搜索帮助功能，学生根据关键字搜索可以快速定位到需要的帮助信息。有条件的话，还可以开通在线帮助，论坛求助等功能，让学生遇到困难时可以及时解决。
六、结束语
远程教育工程类专业虚拟实验室的构建，从学生的需求调查出发，论述了虚拟实验室的功能和框架体系。虚拟实验室的建设，对于远程教育院校来说，十分有必要，也很有意义。可以摆脱大部分实训课程开而不上的尴尬局面，也可以帮助学生提高观察推理能力，提高实践技能，提高远程教学的效果。虚拟实验的发展前景是非常良好的，也必将在远程教育工程类专业的教学中发挥重要的作用。
【参考文献】
[1]吴晓南.高校虚拟实验室的构建[J].国外电子测量，2006，（25）.
[2]丛文静，朱玺宝，赵敏.工程制图虚拟实验室的建设及应用[J].实验技术与管理，2011，（11）.
[3]万桂怡，崔建军，张振果.高校虚拟实验平台的设计及实践[J].实验室研究与探索，2011，（3）.
[4]叶步伟，马德俊.虚拟实验技术及其在远程教育当中的应用[J].继续教育研究，2011，（6）.
[5]高润喜.构建虚拟实验室及其实践教学的研究[J].湖南人文科技学院学报，2007，（4）.
[6]程天宝.发挥虚拟实验室在高职高专实验中的作用[J].成都大学学报：教育科学版，2007，（5）.
[7]宋小软，赵俊兰，王献云.土木工程专业网络虚拟实验室建设探讨[J].结构工程：第27卷增刊，2011，（1）.
The Study on Virtual Laboratory System Construction in Distance Education
——Taking the Example of Engineering Majors
WENG Yan， CEN Mei， KANG Ling， LIU Hongting
（Sichuan Radio and TV University， Chengdu 610072， China）
【Abstract】It is a trend that virtual experiment assists teaching， especially in the experimental teaching in the distance education. This paper discusses the engineering virtual laboratory system construction in the distance education. First of all， the learners characteristic， learning habit and learning requirement are analyzed through questionnaires. Then， the necessary functions of the virtual laboratory of the engineering majors are analyzed from the results. Lastly， the frame system of virtual laboratory is designed， the constitution and function of all modules are also analyzed. It could provide references for the virtual laboratory system construction of the engineering majors in distance education.
【Key words】distance education; engineering majors; virtual laboratory; constitution