管窥工程教育中实体与虚拟实验的融合

管窥工程教育中实体与虚拟实验的融合

一、实体实验与虚拟实验研究比较许多针对实体实验室与虚拟实验室的比较研究报告称，两者之间并无显著差异例如，相关人员对热交换、质量传递和增湿进行了虚拟和实体比较研究，即在分别利用这两类实验装置的化学工程学生的测试中，发现他们在测量技术和概念理解上的成绩并无差异在获得性概念知识学习中，即在四五年级学生学习弹簧性能的实验中，也未发现两者之间存有差异研究还表明，除了学生（尤其是年幼的孩子）之外，触觉型信息对于概念性知识和探究性技能的发展似乎并非必要条件但之前对相关现象和概念没有体验的年幼儿童（5岁6岁之间）在学衡木原理时，从实体实验室〜获得的知识比从虚拟实验室更多许多研究显示,与对可观察现象进行实验的实体实验相比，虚拟的、互动式的探究在一些难以觉察到现象的实验中显然更具优势比如，进行电路虚拟实验的学生，概念性知识的获得要比使用实体材料的学生更多同样,使用虚拟光学材料研究光学现象的学生，也比那些使用实体材料的学生的成绩更好研究表明，在虚拟实验中，学生可轻易将一些复杂实验的变量分离开来，而在实体实验中难以做到这一点鉴于虚拟实验可产生更为明确的数据，其支持概念性知识获得的观点已被研究证实比如，利用虚拟现实做化学实验的中学一年级学生，在相关概念的理解上，要比用实物进行化学实验的同学更胜一筹就互补性而言，两种实验都有各自的优势虚拟实验可让学生发现和进行一些在实体实验中难以察觉的现象和无法进行的实验，比如，将观察结果与原子行为联系起来，或对同一现象的不同描述进行对照等然而，当教学目的是让学生获得对某个复杂学科的认识，包括获得某些实用技能等，实体实验室的优势就显现出来了

二、实体实验与虚拟实验的结合有研究人员发现，在对某个概念的测试成绩上，做实体实验的微生物系学生，其成绩不如做同样实验（模拟实验）的学生然而，在对热量和温度概念的理解上，两者实验都做的学生，其成绩显然优于单一实验的学生比如，就六年级学生在电路概念性知识学习上，两者结合进行实验的学生比单独虚拟实验的学生更具优势对学习录像分析后，发现学生可对同一现象的两种不同表现使用抽象推理，包括在电路知识的理解方面，也是如此两者结合的实验优势也不受顺序的影响比如，在DNA凝胶电泳现象研究中发现，先虚拟后实体与先实体后虚拟相比，前者拥有很小但并无关紧要的优势包括对滑轮概念理解的研究中，也证明两者的顺序在学习效果方面并无差异虚拟实验和实体实验的结合可提供单一实验本身所不具备的优势，可满足科学课程学习的需要，让学生从中掌握数据收集技术、建立科学模型和验证科学理论等虚拟实验，可让学生通过探索不可见现象，加深对实体实验的领悟，并将可观察现象与不可观察现象联系起来，使学生在较短时间内可进行多次实验的同时一，接受提供在线的、可自适应的指导除了提高概念性知识等，虚拟实验还具有替代实体实验的成本效益优势，进行一些财力无法提供的实验系统（如网上气囊实验项目），给予学生更多的实验机会或实体实验无法进行的实验,比如，地球磁场的改变、温室气体的累积变化，以及对极端心率和血压的研究等实验

三、未来的挑战与机遇创建一个学习效果最大化的网络环境，即针对学生个体的数据,开展适合他们理解阶段的虚拟实验，为学生提供个性化指导的在线环境，以达到虚拟实验和实体实验之间的平衡就具体情况而定，虚拟与实体两者的结合很可能是一种最优化的选择在对概念的理解上,虚拟实验可以等同于或超越实体实验，但亲手实验带来的兴奋感对学生的激励作用也值得关注对虚拟实验和实体实验的比较研究，主要是对科学现象概念的理解和科学实践的影响进行评估，其他一些影响，如学生是否对科学学科产生兴趣等，也值得探究同时，对教师在虚拟实验和实体实验中的教学技能或教学方法进行鉴别，目的在于建立一个专业的科学发展计划，包括从学生在线作业中获得的信息改进教学方式对虚拟实验和实体实验的决策要细致慎重显然，虚拟实验与实体实验优势各异，设计者要充分利用这两种实验的优势，确保学生从中获得最大收益无论哪种实验设计，都需要跨学科团队的指导，对课程设置反复进行斟酌，以此优化教学课程的设计在线虚拟实验的机会正日显增多例如，欧盟资助的一些研究则利用从欧洲核子中心CERN的粒子加速器或欧洲航天局ESA卫星获取的数据用于学校教育止匕外，一些远程实验室的开放，让更多人有机会在线访问，这些都促进了项目的进展或提出新的研究课题作者方陵生。