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基于虚拟仿真实验系统的自主学习研究

  摘 要:虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容,是学科专业与信息技术深度融合的产物[1]。为了研究基于虚拟仿真实验教学系统进行自主学习的过程和效果,文章基于北京邮电大学电子信息虚拟仿真实验教学中心的虚拟仿真实验教学平台,以《集成运算放大器的基本应用—低通滤波器》实验为例,归纳没有模拟电路基础的学习者通过自主学习完成虚拟仿真电路实验的过程,并采用调查问卷的方式收集学习者的学习效果。实验结果表明,虚拟实验可以让学习者获得相关的电路知识,虚拟仿真实验平台可以作为学习者自主学习的工具,并且在自主学习的过程中提高了学习者的学习兴趣和发现问题解决问题的能力,培养了学习者的探索精神。 
  关键词:自主学习;虚拟仿真实验系统;模拟电路;学习效果 
  中图分类号:TP393 文献标志码:A 文章编号:1673-8454(2018)06-0093-04 
  在现代教育中,实验教学占有越来越重要的地位,为了培养学生的实际动手能力和观察能力,很多课程往往需要学生进行大量的实验,而且许多实验需要多协同操作才能完成。但现实中许多问题在真实环境下实验具有不可见性、危险性或需要昂贵的实验设备,成为制约教学质量提高的重要因素。虚拟仿真实验是解决此问题的有效方案[2]。 
  虚拟实验教学平台不仅可以解决上述问题,而且对于提高学习者的学习兴趣,激发学习者的学习动机有很大的帮助。在利用虚拟仿真实验平台进行自主学习的过程中,完全是以学习者为中心,学生可以自主调节学习的时间、地点、顺序以及学习的进度,鼓励学生的自主学习、协作学习,有利于学习者的主动建构,符合建构主义的教育观和學习观,具有较高的理论意义和实践价值[3]。自主学习虚拟实验还有利于培养学习者的探索精神和实践能力。学习者在自主学习虚拟仿真实验的过程中,也提高了遇到问题解决问题的能力,并且确实获得了实验的相关知识。将虚拟仿真实验引入教学有利于推进高等学校实验教学信息化建设和实验教学的改革与发展。 
  一、 研究现状及不足 
  1.虚拟实验室建设现状 
  虚拟仿真实验室受到了各国高校的普遍关注,我国教育部从2013年起开展了国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作,截止2015年共评审出300个国家级虚拟仿真实验教学中心。科技部2010年将《虚拟实验教学环境关键技术研究与应用示范》作为“十一五”国家支撑计划重点项目开展研究,清华大学、北京大学、上海交通大学、北京邮电大学、华南理工大学等高校已陆续在网上提供了虚拟实验服务。在国际上有芝加哥伊利诺伊大学的数字化有机化学实验室,卡罗莱纳州立大学利用Java技术建设基于Web的探索式虚拟物理实验室,密歇根大学为操作系统和高级语言课程建设了虚拟网上系统实验室等。 
  2.国内研究现状及启示 
  虚拟仿真实验与实验教学的结合方式主要有两种,一种是先实验教学后虚拟实验,这里虚拟实验主要是用于巩固知识,完善知识结构,提高学生的动手实践能力。这也属于先理论后实验的教学方式,李旭锋在《“先实验后理论”化学教学方法探析》[4]中提出“先理论后实验”的教学方法会抑制学生在实验中发现问题的积极性和探索创新的主动性。另一种是先虚拟实验后实验教学,这里虚拟实验主要是来达到预习实验的目的,有利于教学更加顺利地进行,如蔺智挺在《基于虚拟仿真实验的模拟集成电路实验教学》[5]一文中,以模拟集成电路实验教学为例,介绍了安徽大学基于虚拟仿真实验进行实验教学改革的做法和效果,利用虚拟仿真实验中心,缓解了课时的矛盾,较好地达到了预习实验的目的,拓展了实验的内容,对实验教学改革的深化产生了积极而深远的影响。 
  虚拟仿真实验可以作为学生自主学习的资源,培养学生的自主性、探究性学习能力。如潘雪涛、邬华芝等在《创新虚拟实验教学模式 培养自主学习能力》[6]一文中提出“三三三”教学理论新模式,其中虚拟实验室在课前应用,激发学习者兴趣,进行自主预习;在课中应用,主要用于教学互动,提高效率;在课后应用,用于自主复习,自主训练。多年的实践证明,教学改革成果显著,教学效果明显,学生的自主学习能力和实践创新能力不断提高。赵琪、孙红等在《基础医学虚拟仿真实验教学平台构建研究》[7]中,提出开放式网络化基础医学虚拟仿真实验平台丰富了实验教学内容和手段,逐渐成为学生自主学习、自助学习的重要场所和学习方式,能够突出探究、实践和创新,提高学生自主学习和探究性学习能力。 

 
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