呂鳳岐

（廣西財(cái)經(jīng)學(xué)院，廣西南寧 530003）

在現(xiàn)代信息技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步背景下， 國(guó)家愈加推廣教育信息化， 在教育改革中愈加注重信息技術(shù)和課程的有機(jī)結(jié)合。故而，近幾年虛擬仿真技術(shù)在課程中的應(yīng)用愈來(lái)愈普遍。其實(shí)，仿真是針對(duì)系統(tǒng)中某個(gè)具有抽象屬性的實(shí)際模仿或直觀演示， 是在遵循客觀系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，對(duì)相應(yīng)模型的構(gòu)建。由于當(dāng)前計(jì)算機(jī)本身具備的特征和優(yōu)勢(shì)， 仿真所要依靠的主要載體即計(jì)算機(jī)， 兩者合為一體也可稱為計(jì)算機(jī)仿真。通常情況下，人類通過(guò)計(jì)算機(jī)搭建一個(gè)理論或?qū)嶋H上的仿真模型， 然后再依據(jù)模型搭建出一個(gè)仿真環(huán)境。隨著中國(guó)建設(shè)特色社會(huì)主義新時(shí)代步伐加快，國(guó)家對(duì)新文科和一流課程的打造也愈加迫切， 而虛擬仿真與一流課程的結(jié)合，無(wú)疑是“錦上添花”。 故而， 探究新文科背景下虛擬仿真一流課程建設(shè)具有強(qiáng)烈的現(xiàn)實(shí)意義。

1 虛擬仿真技術(shù)及其在教學(xué)中的應(yīng)用

1.1 虛擬仿真技術(shù)簡(jiǎn)介

虛擬仿真又名模擬技術(shù)或者虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。 它是人類利用各種技術(shù)手段， 將現(xiàn)實(shí)生活中的一些現(xiàn)象、時(shí)間通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬出來(lái)，進(jìn)而促使人民可以對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象深入觀察、對(duì)事物的本質(zhì)了解得更為透徹。20 世紀(jì)40年代早期，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，虛擬仿真作為一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究類的新型技術(shù)也由此應(yīng)運(yùn)而生。近幾年來(lái)，我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)始呈現(xiàn)出井噴式發(fā)展態(tài)勢(shì)[1]。得益于此，虛擬仿真技術(shù)逐步開(kāi)始完善。當(dāng)前，虛擬仿真已成為繼科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究、數(shù)學(xué)推理之后，人類認(rèn)識(shí)、探索自然界客觀規(guī)律的第三條路徑。而且虛擬仿真正逐步成為人類發(fā)現(xiàn)、 改造客觀世界的一項(xiàng)戰(zhàn)略性、通用性技術(shù)。

現(xiàn)階段， 虛擬仿真技術(shù)在我國(guó)各領(lǐng)域中的應(yīng)用已逐漸變得愈加廣泛。 例如，化工電力的操作實(shí)驗(yàn)、航空航天的數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)、汽車的碰撞損害實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)假設(shè)要進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)， 雖然一定程度上有助于研究人員獲得較為可信及準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)及資料。 但相對(duì)虛擬而言，真實(shí)實(shí)驗(yàn)具有更高的難度和成本，且危險(xiǎn)系數(shù)也更高， 難以構(gòu)成實(shí)際情況中實(shí)驗(yàn)需要反復(fù)性的條件。 而虛擬仿真技術(shù)不僅可以對(duì)這些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬、實(shí)地獲取結(jié)果，同時(shí)它更具有靈活性和擬真性。在運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，相關(guān)研究人員只需要修改相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)參數(shù)， 就可以實(shí)現(xiàn)期望的實(shí)驗(yàn)環(huán)境、真實(shí)的研究結(jié)果[2]。 虛擬仿真技術(shù)的運(yùn)用不僅可以提升工作效率， 同時(shí)它的成本也遠(yuǎn)低于真實(shí)實(shí)驗(yàn)成本。

1.2 虛擬仿真技術(shù)的特征

沉浸性、構(gòu)想性、交互性是虛擬仿真技術(shù)所具備的3 個(gè)主要特性，同時(shí)可稱為“3I”特性。 最早，“3I”特性這一說(shuō)法是由美國(guó)科學(xué)家G.Burdea 和P.Coiffet于2017年在《虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)及應(yīng)用》中提出的。交互性和沉浸性是虛擬仿真技術(shù)最核心的元素， 這兩個(gè)特性在增強(qiáng)用戶虛擬環(huán)境體驗(yàn)感的真實(shí)性上具有突出作用。構(gòu)想性現(xiàn)在多數(shù)情況下都被稱為自主性，是虛擬仿真技術(shù)操作依據(jù)不同用戶認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)造和思維意識(shí)的表達(dá)。具體而言，構(gòu)想性就是用戶在體驗(yàn)虛擬仿真技術(shù)的過(guò)程中， 能夠?qū)λ邮盏降姆答佇畔⒆龀鲞壿嬐评怼⑦壿嬇袛嗟人季S活動(dòng)，并對(duì)此操作過(guò)程中可能出現(xiàn)的一系列現(xiàn)象、 問(wèn)題或未來(lái)事物發(fā)展做出合理的預(yù)測(cè)。綜上，虛擬仿真技術(shù)最大的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)就是沉浸性、構(gòu)想性、交互性[3]。也正是因?yàn)樘摂M仿真技術(shù)具有的這些特性， 使得用戶能夠利用虛擬仿真技術(shù)，變成虛擬環(huán)境下的活動(dòng)主題，進(jìn)而凸顯人的主導(dǎo)作用。

1.3 虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

因?yàn)槲覈?guó)針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)展的研究起步較晚，故發(fā)展至今雖取得了一定成果，但當(dāng)前虛擬仿真技術(shù)在我國(guó)的實(shí)際覆蓋面仍不夠廣泛， 在推廣應(yīng)用方面，虛擬仿真技術(shù)仍有很大的提升空間。現(xiàn)階段我國(guó)高校在教學(xué)過(guò)程中對(duì)虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用模式主要有兩種。 一是虛擬課堂。 虛擬課堂中，實(shí)體學(xué)習(xí)資源、師生、學(xué)習(xí)場(chǎng)景等均為虛擬場(chǎng)景中的目標(biāo)對(duì)象。通過(guò)虛擬仿真技術(shù)， 各類學(xué)習(xí)對(duì)象均可以被模擬出來(lái)。在某種程度上，課程中虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用可以打破傳統(tǒng)意義上時(shí)間和空間的限制。如此，學(xué)生可以通過(guò)切身體驗(yàn)的方式對(duì)知識(shí)體系進(jìn)行交互式探索。二是虛擬實(shí)驗(yàn)室。 虛擬實(shí)驗(yàn)室中實(shí)驗(yàn)設(shè)備是主要的虛擬目標(biāo)對(duì)象。通過(guò)計(jì)算機(jī)的虛擬仿真技術(shù)，可以搭建出同現(xiàn)實(shí)世界中一樣的虛擬儀器模型， 使之與真實(shí)儀器的使用和操作實(shí)現(xiàn)完全對(duì)應(yīng)。 虛擬實(shí)驗(yàn)室可以替代現(xiàn)實(shí)試驗(yàn)中危險(xiǎn)系數(shù)及難度系數(shù)較高的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。 學(xué)生通過(guò)計(jì)算機(jī)建立的虛擬設(shè)備進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，做出虛擬仿真預(yù)測(cè)及分析、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)仿真[4]。

2 新文科背景下虛擬仿真一流課程建設(shè)的意義

2.1 有助于培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性

在創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景時(shí)， 相較于傳統(tǒng)的一些事物表演或模擬演示教學(xué)，虛擬技術(shù)具備顯著的優(yōu)勢(shì)，即更加真實(shí)的教學(xué)體驗(yàn)。依據(jù)學(xué)生最基本的認(rèn)知特點(diǎn)，教師可利用虛擬仿真技術(shù)來(lái)創(chuàng)設(shè)一個(gè)更加生動(dòng)有趣的教學(xué)情境[5]。 例如，通過(guò)動(dòng)畫或游戲的方式將一些相關(guān)知識(shí)通過(guò)學(xué)生更感興趣的形式， 更直觀地呈現(xiàn)給大家。 大部分學(xué)生其實(shí)對(duì)動(dòng)畫或者游戲等元素是較為敏感的，教師完全可以利用這一點(diǎn)，通過(guò)游戲來(lái)進(jìn)一步豐富課堂內(nèi)容。 動(dòng)畫和游戲不僅能營(yíng)造出更加有趣的教學(xué)情境，還能吸引學(xué)生的注意力，進(jìn)一步豐富教師的課堂教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，有助于學(xué)生保持對(duì)知識(shí)內(nèi)容的記憶和遷移。 除了創(chuàng)設(shè)良好的教學(xué)情境之外， 將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于課堂教學(xué)中，可以促進(jìn)學(xué)生吸取知識(shí)內(nèi)容途徑的轉(zhuǎn)變，即由傳統(tǒng)意義上的被動(dòng)接受轉(zhuǎn)變?yōu)榍猩聿僮骱妥灾鳙@取，還能通過(guò)自身對(duì)知識(shí)內(nèi)容的分析和理解，逐步構(gòu)建出屬于自己完整的知識(shí)信息系統(tǒng)[6]。 當(dāng)前，當(dāng)學(xué)生遇到學(xué)習(xí)上的問(wèn)題時(shí)， 我國(guó)大部分學(xué)校的主要教學(xué)模式是去情境化， 即完全依據(jù)教師的話語(yǔ)描述和學(xué)生的思維想象來(lái)解答課本上的相關(guān)問(wèn)題。 相較而言， 虛擬仿真技術(shù)可以在最大程度上還原生活中真實(shí)場(chǎng)景，促使學(xué)生在優(yōu)良的教學(xué)情境中開(kāi)展學(xué)習(xí)，使得學(xué)生可以從本質(zhì)上了解知識(shí)結(jié)構(gòu)和原理， 掌握學(xué)習(xí)方法。 如此， 教師在保證教學(xué)內(nèi)容貫徹的基礎(chǔ)之上，既活躍了學(xué)生的學(xué)習(xí)思維，又有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性[7]。

2.2 有助于拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)范圍

教師把虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于課堂中， 相當(dāng)于把模擬情景通過(guò)多媒體計(jì)算機(jī)放進(jìn)了教室， 這樣有助于打破時(shí)空對(duì)模擬演示的限制和約束。 在這種情況下，學(xué)生可以在任意時(shí)間和地點(diǎn)，利用虛擬仿真平臺(tái)對(duì)不懂的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行虛擬情境演示和模擬。 這在一定程度上，有助于拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)覆蓋面，從而縮短教學(xué)和學(xué)生實(shí)際掌握知識(shí)內(nèi)容的周期。而且，在一些物理實(shí)驗(yàn)中，從空間角度出發(fā)來(lái)看，虛擬仿真技術(shù)可以將一些由于客觀原因難以或無(wú)法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)變成可能[8]。例如，原子內(nèi)部構(gòu)造的探究，宇宙間星體的分布及運(yùn)行分析；從時(shí)間角度出發(fā)來(lái)看，一方面實(shí)驗(yàn)中虛擬仿真技術(shù)的運(yùn)用， 有助于學(xué)生了解過(guò)去曾出現(xiàn)過(guò)的物理學(xué)知識(shí)，進(jìn)而可以追溯古今，對(duì)實(shí)驗(yàn)背后的物理學(xué)史了解得更為透徹。 另一方面學(xué)生通過(guò)數(shù)據(jù)模擬，可以更加快速的獲得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果，這有助于學(xué)生減短學(xué)習(xí)的周期。例如，某些實(shí)驗(yàn)的變化過(guò)程可能會(huì)持續(xù)幾年、幾十年，甚至長(zhǎng)達(dá)幾百年。 但如果利用虛擬仿真技術(shù)， 學(xué)生通過(guò)演算就可以得出相應(yīng)的結(jié)論， 促使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果可以在最短時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)出來(lái)，有效節(jié)省及縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)，進(jìn)而大大提升了實(shí)驗(yàn)效率。

3 新文科背景下虛擬仿真一流課程建設(shè)的實(shí)踐路徑

3.1 教學(xué)形式：注重虛實(shí)相結(jié)合，顯著突出教學(xué)重點(diǎn)

“虛實(shí)結(jié)合”是創(chuàng)設(shè)虛擬仿真技術(shù)課堂教學(xué)的基本要點(diǎn)。 以虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用程度最高的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例， 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)并不是簡(jiǎn)單層面上將實(shí)驗(yàn)儀器或設(shè)備進(jìn)行虛擬化， 而是一種更加靈活的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式， 一定程度上它還是實(shí)體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的最有益補(bǔ)充。 此外，隨著近些年體育事業(yè)的蓬勃發(fā)展，由于人體進(jìn)行體育運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，所要進(jìn)行分析、監(jiān)測(cè)及診斷的范圍及其廣泛， 故而從事與人體運(yùn)動(dòng)相關(guān)的人員都應(yīng)對(duì)該領(lǐng)域的知識(shí)體系充分、全面地掌握。這種情況下， 體育教學(xué)和科研技術(shù)的融合就變得更加迫切和重要。但在實(shí)際教學(xué)情境中，學(xué)生和教師均反映虛擬技術(shù)在課堂中的應(yīng)用難以發(fā)揮出真正的實(shí)效性[9]。因此，新文科背景下，建設(shè)虛擬仿真一流課程的第一步就是要做到“虛實(shí)結(jié)合”。首先，教學(xué)進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中， 不可以違背基本的教學(xué)任務(wù)，即對(duì)知識(shí)的全面充分講解。 在此基礎(chǔ)上，教師可以通過(guò)虛擬仿真技術(shù)， 將模擬實(shí)踐與線上交互理解充分結(jié)合起來(lái)進(jìn)行課程功能設(shè)計(jì)。其次，教師可以通過(guò)創(chuàng)設(shè)與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的3D 虛擬情境。 例如，運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地。 如此可使學(xué)生在視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)上多維度、 全視角、 近距離探究知識(shí)內(nèi)容， 進(jìn)而獲得學(xué)習(xí)信息和方法。最后，教師應(yīng)通過(guò)三維仿真場(chǎng)景幫助學(xué)生熟悉測(cè)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)， 促使學(xué)生可以獨(dú)立做到簡(jiǎn)單的界面交互控制和實(shí)時(shí)漫游。

3.2 教學(xué)內(nèi)容：注重創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)作用發(fā)揮，顯著提出技術(shù)運(yùn)用的綜合性

通過(guò)調(diào)查學(xué)生對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的認(rèn)知發(fā)現(xiàn)， 大部分學(xué)生對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知程度雖然都不高，但卻對(duì)它在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用均表示支持。由此可見(jiàn)， 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的可行度和了解度之間并沒(méi)有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。 這可以從側(cè)面體現(xiàn)出虛擬仿真一流課程建設(shè)的現(xiàn)實(shí)需求性。 首先，在教學(xué)內(nèi)容上，教師應(yīng)以調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)各學(xué)科自主學(xué)習(xí)的積極性、 培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)踐技能做到全面掌握、 激勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新思維的主動(dòng)養(yǎng)成，驅(qū)動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新、探索及實(shí)踐能力進(jìn)一步提高。此外，各學(xué)科教師在運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)于教學(xué)內(nèi)容時(shí)， 應(yīng)注重不同學(xué)科知識(shí)體系間的內(nèi)容交叉融合。通過(guò)多重學(xué)科交互模式，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)對(duì)知識(shí)可以進(jìn)行自主探究的學(xué)習(xí)環(huán)境。同時(shí)，教師應(yīng)為創(chuàng)新學(xué)生思維意識(shí)和實(shí)踐能力訓(xùn)練預(yù)設(shè)充足的發(fā)展空間。 而且，教師在進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、設(shè)計(jì)與選擇系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分凸顯實(shí)踐性。 例如，體育學(xué)科開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)， 應(yīng)特別注重運(yùn)動(dòng)康復(fù)知識(shí)、 運(yùn)動(dòng)技術(shù)分析及運(yùn)動(dòng)生理學(xué)知識(shí)等實(shí)踐性較強(qiáng)的內(nèi)容。