【MOOC透视】关于虚拟实验室应知的七个问题

【总第220期】

关于虚拟实验室应知的七个问题

MOOC透视

【MOOC导读】

在疫情之前，在线教育始终不令人满意，因而多年来只是被作为线下教育的补充，而疫情的突然爆发和持续蔓延导致全球防疫常态化，使得在线教育作为应急方案被全面采用后，在激增的需求面前快速迭代发展，并被广泛接受――即使其中仍有不得已的成分。其中，曾被认为最不适宜、最不可能转至线上的实验课程，现在也快速发展，虚拟实验室呈现出对教学创新的巨大潜力。今天编译的这篇文章，也为室联网体系未来支撑能力的拓展提供了一个新角度。

原文链接：

https：//library.educause.edu/-/media/files/library/2020/8/eli7174.pdf

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什么是虚拟实验室？

关于虚拟实验室应知的七个问题
虚拟实验室是对通常在实体实验室环境中发生的活动进行的交互式数字模拟。虚拟实验室模拟化学、生物化学、物理、生物学和其他包括实验部分的学科课程中所使用的工具、设备、测试和程序。虚拟实验室的一个关键特征是它们的交互性――视频记录或实验室活动的呈现等用户无法操作的内容不在讨论范围之内，同样，远程用户可以控制的物理设备，如射电望远镜或电子显微镜，被认为是远程仪器而不是虚拟实验室。通过准确地呈现操作材料和设备的动作、反应和结果，虚拟实验室可为学生提供参与基于实验室的学习活动的途径，而省去使用实体实验室的开销。

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虚拟实验室是如何工作的？

关于虚拟实验室应知的七个问题

虚拟实验室在线运行，通常嵌入到LMS中。与实体实验室一样，教员决定在教学大纲的各个方面需要哪些实验任务来支持学习目标。学生可以访问实体实验室中设备和用品的虚拟表示。例如，在虚拟化学实验室中，学生可能会找到烧杯、移液管、圆筒和其他玻璃器皿，酸、碱和其他溶液的集合，以及本生灯、天平和其他所需的硬件。学生遵循指定程序的步骤，观察并记录结果。学生们可以看到他们行为的数据模拟结果，或者他们犯错误时的错误结果的数字模拟。大多数虚拟实验室允许用户停止、启动和重播活动。许多虚拟实验室与课程整合在一起，记录学生的进步，并基于学习目标和评分给予学分。虚拟实验室应用程序及其内容可以从供应商处购买或内部开发。一些供应商工具允许讲师添加或调整内容以适合他们的课程，而其他系统则允许教员与商业开发人员共同开发资源。教师参与虚拟实验室的开发或定制所需的技术技能数量因所涉及的工具而异。

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谁在做虚拟实验室？

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许多商业、非营利和教育组织已经开发了虚拟实验室应用程序和内容，越来越多的学院和大学正在提供各种学科的虚拟实验室。Labster和PraxiLabs等公司为各种学科提供虚拟实验室。科罗拉多大学博尔德分校的PhET交互式模拟项目开发了一系列物理、化学、数学、地球科学和生物学的在线模拟。一些学术材料的出版商已经开始提供虚拟实验室，例如麦克米伦的Hayden-McNeil实验室模拟。美国化学学会（ACS）提供虚拟化学和模拟的链接，MERLOT负责管理一些虚拟实验室学习对象和资源，科罗拉多矿业学院建立了越来越多的横跨各种学科的模拟和虚拟实验室链接。一些院校求助于Sketchfab来创建子弹和弹壳等工艺品的3D模型，这些模型在实验室用于支持课程学习，另外一些院校使用虚拟现实（VR）工具作为虚拟实验室的一部分。凯斯西储大学的教师们开发了一些教育资源，利用微软的全息镜头，通过交互式的三维模拟来帮助教授解剖学。类似地，UbiSim开发了基于VR的聚焦护理教育的交互式模拟应用。

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为什么说虚拟实验室意义重大？

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虚拟实验室允许学生参与基于实验室的学习练习，而不需受实体实验室的成本和限制约束。例如，如果一个院校招收了几百名学生参加化学入门课程，在兼顾学生方便完成作业的前提下，至少将其中一部分学生送到在线实验室可以减少所需的实体实验室空间量，并显著增加学生的灵活性。虚拟实验室可以为参加在线课程的学生或因疾病或受伤而无法到实体实验室参加实验的学生提供访问。在易受恶劣天气、野火或地震影响的地区，院校使用虚拟实验室在此类事件发生时支持教育的连续性，正如在当下COVID-19疫情大流行期间所证明的那样，虚拟实验室可以填补任何教育机构因公共卫生危机或其他干扰而造成的教育空白。对于一些实验室活动来说，操作错误的后果可能非常严重，而虚拟实验室会将这种风险转移到在线环境中。在某些方面，虚拟实验室可以提供比实体实验室更多的功能，例如在模拟中包含测验和访问其他教育资源的能力。

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虚拟实验室的缺点是什么？

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尽管虚拟实验室模拟物理世界的真实感和逼真度在不断提高，但它们尚无法与在实体实验室中的完整体验相媲美，因为应对实体实验室中各种解决方案的实际风险是学习的一部分，一个想成为化学家的学生必须在实体实验室中学习；虚拟实验室的商业化产品可能很贵，有些不允许定制，因为制作和测试这些定制会很耗时，并且会显著增加成本，而从头开始开发新的虚拟实验室更是要耗费大量资源；在某些学科中，虚拟实验室还不能提供令人信服的、有效的体验；虚拟实验室要求学生有可靠的互联网接入，运行实验室的应用程序有时会出现故障；尤其需要指出的是，目前可用的大多数虚拟实验室工具是不适于残疾学生或教师访问的，即使这样的工具访问扩展至某些用户群体，仍有一部分人无法访问。

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虚拟实验室未来将如何发展？

关于虚拟实验室应知的七个问题

虚拟实验室并不是一种新技术，但是COVID-19疫情大流行已经创造了更大的需求，因为各教育机构都在竭力维持其基于实验室的课程学习。这种全新的关注水平将导致虚拟实验室运行的应用程序和内容的新一轮发展。一些虚拟实验室虚拟现实和增强现实技术，加强了虚拟实验的沉浸感和学习体验。然而，基于虚拟现实技术的科学实验室可能需要耳机，这可能会阻碍其广泛应用。另一个潜在增长的领域是将游戏化和角色扮演元素融入虚拟实验室体验中。

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虚拟实验室对教与学有何启示？

关于虚拟实验室应知的七个问题

虚拟实验室可以帮助教育机构努力扩大基于实验室的课程的机会，服务于更多和不同的学生群体，以及努力建立应对自然灾害或其他校园活动中断的应急计划。同时，虚拟实验室可以为一些学生传统上难以理解的课程提供不同的额外资源。犯错误是学习的一个重要部分，虚拟实验室比实体实验室创造了更大的容错空间。虽然虚拟实验室通常不能很好地替代复杂的、高度复杂的实验室活动，但在许多情况下，虚拟实验室越来越成为入门和中级课程中所需要的实验室活动的可行替代品。

王涛（微信号：ioxroom）

【室联网】理论的提出、体系构建和实践者；室联网学习空间站、室联网教师发展空间站、室联网大健康空间站、室联网国学空间站、室联网孤独症资源空间站、室联网社区家育空间站、智慧党员活动室等【室联网】空间站的原创设计、规划和组织实施者；“移动学习”教育部-中国移动联合实验室MOOC研究中心、中国绿发会丝路研究院室联网中心主任；中国食品药品企业质量安全促进会副会长；北京大学教育学院教育经济博士；北京大学国家发展研究院国际工商管理硕士；业界知名有20多万教育专家的MOOC微信公众账号（微信号：openonline，公号名称：MOOC）的发起及运营者。

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