彭麗宇

倫敦大學(xué) 教育學(xué)院， 倫敦 WC1H 0AL， 英國

虛擬實驗教學(xué)產(chǎn)生于虛擬現(xiàn)實技術(shù)和學(xué)科教學(xué)的深度融合， 是一種新興的教學(xué)工具， 旨在利用計算機(jī)或仿真軟件模擬學(xué)習(xí)情境， 讓學(xué)生通過操作計算機(jī)來完成實驗. 虛擬實驗的作用不僅在于使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)重現(xiàn)傳統(tǒng)實驗教學(xué)， 也在于利用虛擬實驗特有的交互性、沉浸性和想象性[1-4]， 將學(xué)科核心知識理念和實踐過程有機(jī)融合. 深度學(xué)習(xí)是一種注重知識的整合、建構(gòu)、批判和遷移的有意義的學(xué)習(xí)方式， 強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的主動性和行為情感的高投入. 在深度學(xué)習(xí)過程中， 學(xué)習(xí)者在原有的知識結(jié)構(gòu)上批判性地獲取新知識， 深度理解加工知識信息， 進(jìn)而建構(gòu)情景化的知識體系， 用于在新的情境中解決實際問題. 其目標(biāo)在于提高學(xué)生問題解決、溝通表達(dá)和元認(rèn)知等能力， 與虛擬實驗的教學(xué)目標(biāo)和理念高度一致. 同時， 虛擬實驗的沉浸式體驗鼓勵學(xué)生成為積極的學(xué)習(xí)者， 增強(qiáng)了實驗課堂上學(xué)生自主探究的可能性， 提供了一種用視覺顯示替代抽象概念認(rèn)知的方法， 有利于學(xué)生主動建構(gòu)知識解決實際問題， 達(dá)成深度學(xué)習(xí). 由此可見， 虛擬實驗教學(xué)和深度學(xué)習(xí)可以有機(jī)地融合在一起， 互為補(bǔ)充， 相互促進(jìn). 目前， 一些大學(xué)嘗試使用虛擬實驗拓展實驗教學(xué)的廣度與深度， 但由于教師虛擬實驗教學(xué)理念的局限性和虛擬實驗教學(xué)實踐本身的復(fù)雜性， 虛擬實驗的教學(xué)往往停留在重形式輕內(nèi)涵的“淺層學(xué)習(xí)”. 如何使用虛擬實驗教學(xué)提升實踐教學(xué)質(zhì)量， 走向“深度學(xué)習(xí)”， 成為高校虛擬實驗教學(xué)的重要課題.

1 設(shè)計有問題指向性的教學(xué)內(nèi)容， 引發(fā)學(xué)生積極建構(gòu)知識體系

為實現(xiàn)虛擬實驗深度學(xué)習(xí)的教學(xué)目標(biāo)， 教學(xué)內(nèi)容需要具備3個基本條件.

首先， 虛擬實驗的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)設(shè)計問題導(dǎo)向的學(xué)習(xí)任務(wù). 問題導(dǎo)向的學(xué)習(xí)任務(wù)是一個適用于虛擬實驗的任務(wù)載體， 能夠激發(fā)學(xué)生主動進(jìn)行一系列學(xué)習(xí)活動， 是深度學(xué)習(xí)的生長點和前提. 問題解決的作用是產(chǎn)生迷思概念， 也就是使得學(xué)生發(fā)現(xiàn)之前的知識經(jīng)驗與科學(xué)概念的矛盾點. 當(dāng)學(xué)生無法用原有的知識和經(jīng)驗解釋現(xiàn)象而自發(fā)產(chǎn)生疑問時， 會傾向于積極地思考和體驗整個虛擬實驗的過程， 帶著問題更加投入地參與學(xué)習(xí)任務(wù). 在教學(xué)過程中， 學(xué)生不再是旁觀者， 而是參與者. 迷思概念產(chǎn)生的內(nèi)驅(qū)力使得學(xué)生的理解、分析、總結(jié)和反思都建立在堅實的學(xué)習(xí)信念上， 而這也正是深度學(xué)習(xí)的要義. 從教學(xué)內(nèi)容的深度上看， 問題導(dǎo)向的學(xué)習(xí)任務(wù)使得在模擬情境中設(shè)計源自于真實情境的“劣構(gòu)”(非良構(gòu))問題成為可能， 使得學(xué)生能夠有機(jī)會解決與現(xiàn)代社會相關(guān)聯(lián)的問題， 也就是沒有固定答案的問題. 解決真實的非良構(gòu)問題具有挑戰(zhàn)性， 而挑戰(zhàn)性問題的解決過程能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和自主探究的動力， 增加自我效能感， 促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生[5]. 在問題解決過程中學(xué)生主動地獲取解決實際問題的直接經(jīng)驗， 而教師對學(xué)生的引導(dǎo)， 實際上是幫助學(xué)生搭建腳手架， 完成新知識與原有經(jīng)驗的結(jié)合與重塑. 因此， 結(jié)合教學(xué)重難點設(shè)置開放性的、有意義的、連接真實世界的、面向問題解決的實踐學(xué)習(xí)內(nèi)容是虛擬實驗的問題設(shè)計的重點.

其次， 虛擬實驗的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)有利于形成網(wǎng)狀認(rèn)知結(jié)構(gòu). 有利于形成網(wǎng)狀認(rèn)知結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性的教學(xué)內(nèi)容， 能夠促進(jìn)學(xué)生深入理解并運(yùn)用新的知識架構(gòu)解決復(fù)雜問題， 是深度學(xué)習(xí)的精髓. 聯(lián)通主義學(xué)習(xí)理論作為深度學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)之一， 認(rèn)為學(xué)習(xí)包括聯(lián)結(jié)和發(fā)展認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)， 學(xué)習(xí)的過程就是聯(lián)結(jié)知識路徑的過程. 深度學(xué)習(xí)就是內(nèi)化知識、聯(lián)結(jié)知識路徑的一種學(xué)習(xí)， 它可以改變一個人的思維方式， 使其在遇到實際問題時， 能夠更加自如地運(yùn)用所學(xué)知識解決問題. 教師在準(zhǔn)備虛擬實驗的教學(xué)內(nèi)容時， 需要統(tǒng)整跨學(xué)科的知識和技能， 列出實驗框架， 注重知識之間的銜接， 使得學(xué)生在拆解復(fù)雜問題成為循序漸進(jìn)的小問題之后， 能夠順利完成知識之間的聯(lián)系， 綜合運(yùn)用學(xué)科知識逐步解決問題. Horton[6]的三大學(xué)習(xí)活動分類將學(xué)習(xí)活動分為吸收型活動、做的活動和聯(lián)結(jié)型活動. 目前， 大多數(shù)虛擬實驗僅僅是做的活動， 也就是學(xué)習(xí)者通過自行實踐探究獲得知識. 相較于做的活動， 聯(lián)結(jié)型活動的特點在于多維度的知識整合， 能夠補(bǔ)充知識的完整性和系統(tǒng)性， 更利于學(xué)生進(jìn)行完整知識體系的建構(gòu). 同時， 聯(lián)結(jié)型活動強(qiáng)調(diào)以問題為中心， 整合多維知識， 關(guān)聯(lián)先前知識經(jīng)驗， 更有利于學(xué)生進(jìn)行知識的遷移. 因此， 教師應(yīng)更多地利用虛擬實驗進(jìn)行聯(lián)結(jié)型活動， 基于學(xué)生已有的知識和經(jīng)驗， 依照學(xué)生的學(xué)習(xí)特點和學(xué)科知識， 有目的地統(tǒng)整有意義聯(lián)結(jié)的學(xué)習(xí)內(nèi)容. 在確立多維知識學(xué)習(xí)內(nèi)容的基礎(chǔ)上， 立足于學(xué)情， 分階段確立教學(xué)目標(biāo)， 使學(xué)習(xí)內(nèi)容具備挑戰(zhàn)性、系統(tǒng)性和螺旋性， 符合思維螺旋發(fā)展的本質(zhì). 比如在工程管理的虛擬實驗中， 可以為學(xué)生提供經(jīng)濟(jì)學(xué)和市場學(xué)的資源和數(shù)據(jù)， 使學(xué)生聯(lián)想并應(yīng)用已有的有關(guān)工程技術(shù)的知識， 充分體驗創(chuàng)業(yè)的真實情境， 進(jìn)而進(jìn)行實踐性和創(chuàng)新性的問題解決. 總的來說， 利用虛擬實驗進(jìn)行聯(lián)結(jié)型活動需要多維度知識的整合， 且需要通過分階段的學(xué)習(xí)使得實驗知識具備系統(tǒng)性架構(gòu).

最后， 虛擬實驗的教學(xué)內(nèi)容需要具有前沿性. 學(xué)習(xí)結(jié)果方面， 深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)問題解決、溝通表達(dá)和元認(rèn)知能力等高階能力的培養(yǎng). 2010年美國休利特基金會(The William and Flora Hewlett Foundation)[7]發(fā)布的深度學(xué)習(xí)項目將深度學(xué)習(xí)能力定義為21世紀(jì)生活和工作必備的包含掌握核心知識、解決復(fù)雜問題和團(tuán)隊協(xié)作等6個方面的能力. 這就要求學(xué)生在實驗學(xué)習(xí)中把握科學(xué)前沿動態(tài)， 掌握前沿知識技術(shù). 在知識日新月異的今天， 科研和企業(yè)生產(chǎn)緊密結(jié)合， 然而傳統(tǒng)實驗學(xué)習(xí)內(nèi)容卻落后于企業(yè)生產(chǎn)， 學(xué)生很難接觸到前沿的科研成果以及理論， 這有悖于深度學(xué)習(xí)對學(xué)習(xí)內(nèi)容前沿性的要求. 因此， 有必要將有關(guān)科研成果作為教學(xué)項目的資源， 積極結(jié)合科研成果和基礎(chǔ)知識開發(fā)具有前瞻性的虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)， 拓寬學(xué)生學(xué)習(xí)的深度和廣度. 比如在虛擬實驗中， 可將具有相似研究方向的學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組， 了解學(xué)科最新動態(tài)， 共同體驗完成從發(fā)現(xiàn)問題到解決問題的學(xué)習(xí)過程. 具有前沿性的虛擬實驗教學(xué)內(nèi)容不僅有助于引發(fā)學(xué)生的探究動機(jī)， 驅(qū)動學(xué)習(xí)活動的開展， 同時也能使學(xué)生迅速掌握實際科學(xué)實踐的方法和規(guī)范， 充分體驗科研和工作過程， 提高學(xué)生未來科研和工作的能力.

2 注重學(xué)習(xí)的自主性和交互性， 引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合作探究

深度學(xué)習(xí)是在教師指導(dǎo)下、以學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)活動， 是一種典型的建構(gòu)性學(xué)習(xí). 建構(gòu)主義認(rèn)為， 學(xué)習(xí)不是教師單向傳遞知識， 而是學(xué)生自主建構(gòu)知識體系的過程. 建構(gòu)性學(xué)習(xí)活動應(yīng)包括整合知識內(nèi)容、對話找到迷思點、反思批判舊有知識結(jié)構(gòu)， 最后將所學(xué)內(nèi)容遷移運(yùn)用. 這就要求學(xué)生成為學(xué)習(xí)活動的主體， 并且投入大量的時間、精力和情感. 由此看來， 自主性學(xué)習(xí)是深度學(xué)習(xí)的必要條件， 只有引導(dǎo)學(xué)生自主地、高投入度地學(xué)習(xí)， 才能在實驗教學(xué)中實現(xiàn)學(xué)生間的“概念交互”和“概念轉(zhuǎn)變”[8]. 同時， 得益于行為和情感的高投入， 自主進(jìn)行的知識建構(gòu)而學(xué)習(xí)到的知識， 其保持性和遷移性也會得到提升. 因此， 注重學(xué)習(xí)的主體性， 使學(xué)生能夠在教師的指導(dǎo)下， 自主建構(gòu)知識體系， 對于知識遷移應(yīng)用是至關(guān)重要的一步.

由于虛擬實驗活動的組織者和設(shè)計者的教學(xué)觀念決定著教學(xué)行為， 因此， 教師應(yīng)堅持在面向深度學(xué)習(xí)的虛擬實驗教學(xué)中以學(xué)習(xí)者為中心. 如果教師能夠從知識的傳遞者轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)任務(wù)的促進(jìn)者， 那么學(xué)生就有機(jī)會從被動地學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥貙W(xué)習(xí). 從教學(xué)方式上看， 虛擬實驗作為實踐教育， 大部分時間需要學(xué)生自行操作， 本身就具有主體性教學(xué)的表現(xiàn)形式. 同時， 相較于傳統(tǒng)實驗只能在一個固定情境中通過語言表達(dá)和實物演示進(jìn)行交互， 虛擬實驗可以通過多感知通道進(jìn)行交互， 更適用于以學(xué)生為主體的學(xué)習(xí). 在虛擬實驗教學(xué)中， 教師可以通過人機(jī)互動將控制權(quán)傳遞給學(xué)生， 而學(xué)生作為操控者， 能自主控制實驗對象， 故能夠輕松掌握學(xué)習(xí)節(jié)奏， 并且掌控各項學(xué)習(xí)任務(wù)的完成時間和學(xué)習(xí)方式. 盡管相比于真實實驗， 操控電腦可能會造成情感體驗感不佳、增加了人機(jī)交互認(rèn)知負(fù)荷等問題， 但體感交互等交互方式也正不斷增加操作的便利性， 提高交互效率.

然而， 并不是自行操作的虛擬實驗都能稱為自主性學(xué)習(xí)， 虛擬實驗教學(xué)模式和內(nèi)容的幫促是自主性學(xué)習(xí)真正發(fā)生的必要條件. 如若只以學(xué)科需要做的實驗為實驗內(nèi)容的唯一推理依據(jù)， 那么虛擬實驗教學(xué)會逐漸封閉化. 目前， 虛擬實驗的現(xiàn)狀存在過于強(qiáng)調(diào)知識化的問題. 在實驗過程中， 教師往往缺少對學(xué)生思維能力和研究興趣的關(guān)注， 忽視了學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體對深度學(xué)習(xí)的需要. 這體現(xiàn)在教師在實際教學(xué)中， 礙于時間關(guān)系， 大量教授驗證性實驗， 直接將實驗原理和操作灌輸給學(xué)生. 從而導(dǎo)致學(xué)生停留于接納和吸收固有的知識， 而在合作、探索和創(chuàng)新方面有很大的局限性. 這樣的學(xué)習(xí)， 延續(xù)了傳統(tǒng)實驗的單一性和陳舊性， 僅僅適用于一部分陳述性知識和程序性知識， 無法滿足當(dāng)前復(fù)雜技術(shù)環(huán)境對高階思維的需要. 高階思維的培養(yǎng)要求學(xué)生深度參與到學(xué)習(xí)過程， 主動形成問題意識， 對知識進(jìn)行高級認(rèn)知層次上的學(xué)習(xí). 綜合性或設(shè)計性的虛擬實驗是更加符合深度學(xué)習(xí)的虛擬實驗教學(xué)模式， 這兩種類型的實驗要求學(xué)生在過程中提出問題， 擬定方案和解決問題， 提高了學(xué)生的參與性和自主性. 而教師的作用則在于指導(dǎo)和推進(jìn)學(xué)生的進(jìn)度， 引導(dǎo)學(xué)生在提出問題和方案的環(huán)節(jié)自覺自愿地投入到學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行思考、對話及反思.

學(xué)習(xí)交互性是激發(fā)學(xué)習(xí)主動性的催化劑， 一個平等合作的互動氛圍、多種共享信息的模式、多樣的交流平臺以及和多人交互的學(xué)習(xí)過程都有助于自主性學(xué)習(xí)的發(fā)生. 相對應(yīng)地， 在學(xué)生之間， 充分發(fā)揮學(xué)習(xí)的主動性， 也會促使交互性學(xué)習(xí)的高效進(jìn)行. 在虛擬實驗中， 教師和學(xué)生共同的價值追求是提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力， 而個人目標(biāo)與小組的共同目標(biāo)都是完成學(xué)習(xí)任務(wù)， 這是一種促進(jìn)性的相互依賴. 在共同的學(xué)習(xí)目標(biāo)下， 有必要構(gòu)建具有共同學(xué)習(xí)目標(biāo)的學(xué)習(xí)共同體， 交互完成有挑戰(zhàn)性的深度學(xué)習(xí)任務(wù). 學(xué)習(xí)共同體的作用是使學(xué)生在觀點的碰撞中明確學(xué)習(xí)目標(biāo)， 發(fā)現(xiàn)舊經(jīng)驗的新問題， 整合不同觀點， 開展全員討論或者小組討論， 最終構(gòu)建個體對知識的理解和新情景中對所獲知識及技能的應(yīng)用. 特別是學(xué)生們認(rèn)知矛盾的激發(fā)可以自然地引發(fā)學(xué)生的合作探究， 通過整合分析觀點， 聯(lián)系各自的過往經(jīng)歷和相關(guān)社會現(xiàn)象， 調(diào)整知識架構(gòu)繼而建構(gòu)新的思維方式. 在這樣豐富的學(xué)習(xí)體驗中， 知識的內(nèi)化自然而然地發(fā)生. 交互性學(xué)習(xí)不僅有利于解決復(fù)雜問題， 也有利于學(xué)生認(rèn)知領(lǐng)域和實踐領(lǐng)域能力的提升， 有意識地培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作和有效溝通等人際領(lǐng)域的能力， 是虛擬實驗深度學(xué)習(xí)的有效途徑.

從情感體驗的角度上看， 在注重自主性和交互性的教學(xué)過程中， 教師主要為學(xué)生解惑并提供情感和資源支持， 而學(xué)生則對自己的學(xué)習(xí)負(fù)責(zé)， 并和周圍人形成學(xué)習(xí)伙伴關(guān)系. 師生和生生在深度互動合作中協(xié)商、爭論、幫助和關(guān)心， 產(chǎn)生心理上對學(xué)習(xí)共同體的認(rèn)同感、自我價值感和持續(xù)學(xué)習(xí)的動力. 教師和學(xué)生組成的學(xué)習(xí)共同體互教互學(xué)， 共同建構(gòu)實驗知識體系的過程也就是虛擬實驗深度學(xué)習(xí)的過程. 比如在虛擬實驗的開始， 教師可組織學(xué)生分小組討論一個實際問題， 營造圍繞問題解決的學(xué)習(xí)氛圍. 在解決問題的過程中， 讓學(xué)生自主交流、協(xié)作研究、整合觀點、批判和重建知識結(jié)構(gòu). 在學(xué)習(xí)共同體有目的的探究過程中， 會對過程中獲得的信息進(jìn)行整合和審視， 運(yùn)用新舊知識生成創(chuàng)造性的群體智慧成果. 在實驗教學(xué)過程中， 交流對話對意義建構(gòu)起到了至關(guān)重要的作用.

3 創(chuàng)設(shè)具有真實性的疑難情境， 引導(dǎo)學(xué)生情感和行為的高投入

傳統(tǒng)實驗教學(xué)受制于實驗成本高、設(shè)備少和耗時長等諸多問題， 很難實現(xiàn)與時俱進(jìn)的實驗室建設(shè)， 導(dǎo)致實驗教學(xué)內(nèi)容和手段存在滯后性和陳舊性. 與傳統(tǒng)實驗相比， 虛擬實驗最大的優(yōu)勢是使用虛擬仿真的技術(shù)， 構(gòu)建了一個包含情境化學(xué)習(xí)資源的可及時更新的智慧化學(xué)習(xí)環(huán)境. 在虛擬實驗教學(xué)中， 設(shè)計者可根據(jù)想象任意創(chuàng)設(shè)“感知環(huán)境”， 也就是沉浸式的學(xué)習(xí)情境， 使得學(xué)習(xí)時間和空間不再局限于學(xué)校的實驗室. 從而使學(xué)生獲得更加真實， 同步于學(xué)科發(fā)展的學(xué)習(xí)情境. 虛擬實驗實現(xiàn)的不只是及時更新實驗資源， 更是實現(xiàn)了學(xué)習(xí)情境的優(yōu)化， 將學(xué)習(xí)放在可看、可聽、可操作的學(xué)習(xí)環(huán)境中， 這種教學(xué)方法符合情景認(rèn)知理論. 杜威認(rèn)為： “思維發(fā)生在仍在進(jìn)行之中、還未完成的情境中. 也就是說， 思維是在事物還不確定或者還很可疑、還有問題的時候發(fā)生的”[9]. 同樣地， 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論也強(qiáng)調(diào)了情境、協(xié)作、對話和意義建構(gòu)這四大要素在學(xué)習(xí)中的重要性. 由此可見， 深度學(xué)習(xí)是在情境中獲得的， 認(rèn)知具有情境性， 疑難情境是開始探究的第一步. 學(xué)習(xí)者不能置身于情境之外去客觀地觀察事物， 而只能置身于情境之中.

學(xué)習(xí)從本質(zhì)上講是學(xué)習(xí)者自身經(jīng)驗與情境的交互， 是學(xué)習(xí)者對疑難情境做出的回應(yīng). 深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)把所學(xué)習(xí)的內(nèi)容從某一情境遷移至另一情境的過程， 提高學(xué)生工作和生活中需要的能力. 虛擬實驗教學(xué)可以通過虛擬仿真創(chuàng)設(shè)多樣化的、與所學(xué)內(nèi)容相聯(lián)系的事件或場景， 讓學(xué)生在多樣化的情境中多次遷移運(yùn)用所學(xué)知識. 虛擬實驗中創(chuàng)設(shè)的疑難情境應(yīng)與真實應(yīng)用情境密切關(guān)聯(lián)， 體現(xiàn)知識發(fā)生的過程、應(yīng)用的條件， 或者所學(xué)內(nèi)容在真實生活中的意義和價值， 其最大的作用在于將實驗教學(xué)知識情景化、問題化和具象化. 教師可以設(shè)置與學(xué)習(xí)情境相對應(yīng)的以問題為核心的學(xué)習(xí)任務(wù)， 再交由學(xué)生自主完成. 在學(xué)生進(jìn)入具備真實感的情境之中后， 師生可進(jìn)一步共同建構(gòu)情境， 過渡到另一種適合于學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的生成性情境. 在生成性情境中， 學(xué)生自主實踐和操作， 自覺控制學(xué)習(xí)過程， 并在學(xué)習(xí)環(huán)境的影響下提出問題， 并進(jìn)行假設(shè)， 分析并解決更接近于真實世界的非良構(gòu)問題， 建立具象化的認(rèn)知.

虛擬實驗是一種具身性學(xué)習(xí)， 具身性學(xué)習(xí)不是獨立于環(huán)境的， 而是學(xué)生的認(rèn)知和身體與學(xué)習(xí)環(huán)境相互作用產(chǎn)生的. 在虛擬實驗中， 學(xué)生的認(rèn)知和環(huán)境的相互作用體現(xiàn)在： 虛擬實驗中的疑難情境賦予學(xué)生沉浸式的極具真實感的學(xué)習(xí)體驗， 使學(xué)生體會到實驗應(yīng)用于實際生活的價值， 幫助學(xué)生建構(gòu)所學(xué)知識的意義. 同時， 在具有真實感的學(xué)習(xí)情境中解決非良構(gòu)問題， 可以獲得成就感， 增加自我價值感， 從情感上增加學(xué)習(xí)的主動性. 如果說學(xué)生本身的求知欲是內(nèi)在動力， 那么創(chuàng)設(shè)真實有趣的學(xué)習(xí)情境就是學(xué)習(xí)環(huán)境對學(xué)生的外在激勵， 有助于激活學(xué)生的具身效應(yīng)， 促使學(xué)生全身心投入到實驗學(xué)習(xí)和相關(guān)學(xué)科的理論學(xué)習(xí). 總之， 具有真實性的疑難情境作為外在學(xué)習(xí)環(huán)境， 能夠調(diào)動內(nèi)在的動機(jī)， 有利于學(xué)習(xí)情感和行為的高投入， 為學(xué)生創(chuàng)建了適宜深度學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境.

4 構(gòu)建具有多樣性的評價體系， 多維度調(diào)控學(xué)習(xí)過程

一個完善的客觀的評價體系是虛擬實驗深度教學(xué)質(zhì)量保障的關(guān)鍵環(huán)節(jié)， 不僅能科學(xué)地評判學(xué)生深度學(xué)習(xí)能力增長與否， 也能促進(jìn)教育者對深度學(xué)習(xí)目標(biāo)的不斷反思， 對虛擬實驗深度教學(xué)起到調(diào)控的作用. 實際虛擬實驗教學(xué)中， 對學(xué)生的深度學(xué)習(xí)評估存在兩個難點： 一是實驗教學(xué)由發(fā)現(xiàn)問題、分析問題等多個環(huán)節(jié)組成， 虛實結(jié)合、探究學(xué)習(xí)等多種形式并存， 能力的提高存在著多種因素共同作用， 及時、精準(zhǔn)的評估難以實現(xiàn)； 二是深度學(xué)習(xí)的評價沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)， 深度學(xué)習(xí)的評判標(biāo)準(zhǔn)可以包括“學(xué)習(xí)內(nèi)容的全面性、學(xué)生時間與精力投入的比例、學(xué)習(xí)過程的狀態(tài)、學(xué)業(yè)成績與學(xué)生發(fā)展”等多個維度[10]. 目前虛擬實驗教學(xué)對學(xué)生的考核方式單一， 考核中教師的主觀性較大， 缺乏科學(xué)的依據(jù)和統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn). 有一些虛擬實驗課程采取了和傳統(tǒng)實驗課程相同的考核方法， 完全以期末成績或者實驗報告作為最終的評估手段， 造成了評價的單一性. 這樣的考核方式不僅不能準(zhǔn)確、全面地獲知學(xué)生的學(xué)習(xí)效果， 同時會造成學(xué)生不重視平時的學(xué)習(xí)， 考前填鴨式背誦， 無法促進(jìn)學(xué)生高階能力培養(yǎng). 為兼顧學(xué)生的全面發(fā)展， 導(dǎo)向深度學(xué)習(xí)的虛擬實驗教學(xué)評價體系不可或缺. 除了學(xué)習(xí)知識的結(jié)果， 學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)的方式也應(yīng)是考評的內(nèi)容.

深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)是知識理解的持久性， 以及學(xué)生在真實情境中利用所學(xué)知識解決問題的能力， 這些知識和能力很難用傳統(tǒng)的紙筆測驗來檢測. 研究表明， 目前深度學(xué)習(xí)的評價主要是以問卷形式來調(diào)查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況， 76.47%的實證文獻(xiàn)使用了問卷調(diào)查法， 主要分析學(xué)生深度學(xué)習(xí)方法及能力的相關(guān)數(shù)據(jù)[11]. 雖然此評價結(jié)果較為主觀， 具體效度有待考察. 但問卷形式的優(yōu)勢在于讓學(xué)生采用自我評價和生生互評的方式參與到評價過程中. 除此以外， 還有其他的深度學(xué)習(xí)考核方式. 比如通過書面測試、訪談、觀察、表現(xiàn)性的評價活動等形式， 對學(xué)生問題解決情況、學(xué)習(xí)參與情況、自主探究能力、溝通合作能力、實踐技能等進(jìn)行考察[11]. 其中， 表現(xiàn)性評價尤其適合應(yīng)用于虛擬實驗， 因為表現(xiàn)形式評價要求學(xué)生展示、演示和創(chuàng)造等， 在真實情境中運(yùn)用所學(xué)知識解決實際問題， 要求的是建構(gòu)式的反映而不僅僅是簡單的選擇和記憶， 這與深度學(xué)習(xí)所要求的建構(gòu)性的知識和能力一致. 因此， 表現(xiàn)性評價符合教學(xué)目標(biāo)、實施及測評的一致性建構(gòu)原則.

在表現(xiàn)形式評價中， 學(xué)習(xí)者會被要求在模擬的學(xué)習(xí)工作情景中完成工作任務(wù). 在評價過程中， 學(xué)生能夠通過評分標(biāo)準(zhǔn)深刻理解本次虛擬實驗的學(xué)習(xí)目標(biāo)， 理解到解決這類問題需要掌握哪些方面的綜合能力， 從而進(jìn)行自我主導(dǎo)的有意識的反思學(xué)習(xí). 相較于傳統(tǒng)紙筆測驗中孤立的、良構(gòu)的問題， 表現(xiàn)性評價中學(xué)生解決的問題是結(jié)合真實情境并需要高階思維能力的非良構(gòu)問題， 更契合深度學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)目標(biāo). 值得注意的是， 學(xué)生的行為和情感投入， 也是評價學(xué)習(xí)表現(xiàn)的重要因素. 一種更為客觀的評價方式通過眼球追蹤來分析學(xué)生的認(rèn)知投入， 這是一種利用信息技術(shù)創(chuàng)新的深度學(xué)習(xí)評價方式， 這種測量方法對技術(shù)要求較高， 在虛擬實驗中的運(yùn)用有很大潛力. 區(qū)別于主要運(yùn)用實驗報告和知識考試的傳統(tǒng)實驗評價， 導(dǎo)向深度學(xué)習(xí)的各類評價形式更具有自主性、表現(xiàn)性和全面性.

從內(nèi)容上看， 導(dǎo)向深度學(xué)習(xí)的評價內(nèi)容不僅要采集過程數(shù)據(jù)， 幫助教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)過程， 也要向?qū)W生提出反饋， 及時提醒學(xué)生反思和調(diào)節(jié)， 引導(dǎo)學(xué)生提升元認(rèn)知的能力. 元認(rèn)知是自我監(jiān)控和自我調(diào)節(jié)， 是對認(rèn)知的認(rèn)知[12]. 元認(rèn)知對于學(xué)生是否能夠進(jìn)行深度學(xué)習(xí)有著至關(guān)重要的輔助作用. 尤其是學(xué)生操作中的持續(xù)性反饋， 不僅可以引導(dǎo)學(xué)生監(jiān)控和反思自身學(xué)習(xí)過程， 也能作為“腳手架”支持學(xué)生進(jìn)行問題解決. 學(xué)生通過反思自身在學(xué)習(xí)共同體中的表現(xiàn)、自身的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)共同體的學(xué)習(xí)進(jìn)程， 可以及時發(fā)現(xiàn)認(rèn)知過程的問題， 改善學(xué)習(xí)和思維的方式. 學(xué)習(xí)者對自身學(xué)習(xí)情況的反思， 不僅能夠提升學(xué)習(xí)效能， 更能夠促進(jìn)元認(rèn)知能力的提升.

持續(xù)性評價為學(xué)生提供反饋， 也在課后為虛擬實驗的改進(jìn)功能提供數(shù)據(jù). 美國卓越教育聯(lián)盟提出深度教學(xué)需要對學(xué)生持續(xù)的反饋[13]， 我國“深度學(xué)習(xí)”教學(xué)改進(jìn)項目也主張對學(xué)生進(jìn)行持續(xù)性的評價. 《深化新時代教育評價改革總體方案》[14]提出要“改進(jìn)結(jié)果評價， 強(qiáng)化過程評價， 探索增值評價， 健全綜合評價”. 基于數(shù)據(jù)持續(xù)性的過程性評價在虛擬實驗教學(xué)中不可或缺， 它可以讓教師及時掌握學(xué)習(xí)進(jìn)度， 及時調(diào)整實驗節(jié)奏. 及時診斷學(xué)生的能力. 通過過程性評價， 教師能夠關(guān)注到學(xué)生的學(xué)習(xí)思維、態(tài)度、情感和方法， 了解到學(xué)生對知識與技能的掌握， 及時對學(xué)生較為薄弱的環(huán)節(jié)提供幫助和指導(dǎo). 比如建立每個學(xué)生的數(shù)字化成長檔案， 通過分析測試成績、參與討論的情況、實驗結(jié)果和生生互評等記錄， 對學(xué)生薄弱的知識能力重點培養(yǎng)， 鼓勵學(xué)生的探索和創(chuàng)新. 同時， 過程性評價作為實驗教學(xué)的一部分， 能夠在過程中促進(jìn)個性化的學(xué)習(xí)情境和學(xué)習(xí)任務(wù)的形成， 提升了實驗教學(xué)的創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性， 從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)效能感和課中討論和實踐的積極性.

虛擬實驗教學(xué)需要結(jié)合學(xué)習(xí)目標(biāo)構(gòu)建多樣化、全面、及時的評價體系. 首先， 評價方式多樣化， 結(jié)合多種評價方式監(jiān)督指導(dǎo)學(xué)習(xí)個體和學(xué)習(xí)共同體的學(xué)習(xí)； 其次， 評價內(nèi)容和主體多樣化， 對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力發(fā)展和所學(xué)知識全面地考察， 以此為指導(dǎo)， 降低無效教學(xué)； 最后， 綜合運(yùn)用過程性評價和總結(jié)性評價， 及時、精準(zhǔn)地對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行反饋， 調(diào)控學(xué)習(xí)過程， 促進(jìn)學(xué)生元認(rèn)知的發(fā)展， 實現(xiàn)“以評促教， 以評促學(xué)”. 精準(zhǔn)的虛擬實驗評價可以評測教學(xué)效果、發(fā)現(xiàn)課程實施中的問題， 并進(jìn)行改進(jìn)和模式再設(shè)計， 形成一個促進(jìn)虛擬實驗深度教學(xué)的閉環(huán)， 引導(dǎo)虛擬實驗的發(fā)展方向. 在實際的虛擬實驗中， 還應(yīng)根據(jù)深度學(xué)習(xí)評價理論體系， 調(diào)整各項評價標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重， 實現(xiàn)對學(xué)生全面、精準(zhǔn)的學(xué)習(xí)評價.

5 結(jié)論

虛擬實驗在教學(xué)中是一種促進(jìn)認(rèn)知和思維改變的工具， 作為高等教育信息化的重要環(huán)節(jié)， 有助于實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的要求. 本研究借助學(xué)理分析探索了虛擬實驗的深度學(xué)習(xí)實踐改革路徑， 將關(guān)鍵教學(xué)要素進(jìn)行優(yōu)化和組合， 對實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)目標(biāo)導(dǎo)向的虛擬實驗教學(xué)變革有積極、有效的指導(dǎo)作用. 教師設(shè)立以問題為核心的學(xué)習(xí)內(nèi)容， 建立真實情境助力以學(xué)生為主體性的協(xié)同式教學(xué)方式和數(shù)字化的多維評價體系， 將利于深度學(xué)習(xí)智慧教育模式的實施. 虛擬實驗教育的改革是一個漫長的過程， 如何根據(jù)實際情況進(jìn)行個性化教學(xué)設(shè)計， 仍需要進(jìn)一步探索深度學(xué)習(xí)教學(xué)模式， 開展更多實證研究.