浅谈翻转教育的虚拟实验室设计与实现
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摘 要：翻转课堂是源于美国的一种现代化教学模式，就是利用信息技术来实现教育创新，在该教学模式中，学生利用信息技术进行充分的预习，然后在课上完成知识的内化。可以说，翻转教育有效解决了传统实验教学中实验时间短、操作机会少等问题，对提高教育教学质量和效果具有重要意义。本文在简要概述翻转教育基本概念的基础上，重点探讨了翻转教育背景下虚拟实验室的设计与实现。
关键词：翻转教育；虚拟实验室；研究；实现
1 翻转教育
翻转课堂是近年来学界关注比较多的一大热点话题，是源于美国的一种现代化教学模式，之所以称之为翻转，就是要利用信息技术将传统课堂的“课上知识讲解，课后完成作业”这一流程完全颠倒过来，学生在课前利用信息技术进行充分的预习，教师则充分利用课上时间与学生互动、交流，指导学生完成知识消化与内化，提高课堂教学质量和学习效果。大量实践证实，翻转教育在调动学生课堂参与积极性、提高考试成绩和提高教学效果等方面具有显著作用。
翻转教育属于较为理想的教学模式，在落实过程中存在诸多不确定影响因素。除了要精心设计教学活动外，学生预习的有效与否也是翻转教育能否成功的关键，而该环节则完全不受教师控制，在教师缺席的状态下学生是否真正进行预习，预习效果能否得到保证，预习中遇到问题该如何处理，教师如何了解学生预习情况，等等。上述问题都是翻转教育实施过程中的核心问题，对于虚拟实验室翻转课堂而言，不仅要面对上述问题，而且要考虑如何让学生在虚拟环境中全面掌握相关知识和技能。对此，本文立足于国内现状，在借鉴国外成功模式的基础上，对基于翻转教育的虚拟实验室进行了设计。
2 基于翻转教育的虚拟实验室设计与实现
2.1 虚拟实验室系统需求分析
在软件开放过程中，系统需求分析扮演着关键角色，通过了解用户需求及市场需求，完善系统的功能，预估软件开发成本，包括开发过程中可能出现的问题及运行风险，最终精心制定开发计划的过程。以实验教学目标为出发点，论证虚拟实验室能够在哪些方面提高实验教学质量和效果，比如，利用虚拟实验室替代一些现实中无法进行的实验，或通过实验室进行课后试练操作。同时也需要考虑虚拟实验室用户的操作能力、操作行为及技术规范等因素，具体来讲，在基于翻转教育的虚拟实验室开发过程中，必须明确所开发系统是否符合学生的认知特征、学习能力和实践能力等，还要考虑教师对虚拟实验室的使用需求，包括教师的信息技术能力、教学能力和教学风格等。
2.2 系统开发的脚本编写
脚本编写是所有为具备教学功能软件和系统开发时都必须重视的实践环节。在进行基于翻转教育虚拟实验室的开发时，需要编写两类脚本，一类是文字脚本，一类是制作脚本。前者主要包括虚拟实验室的使用细则、总体架构、内容目标、单元教学结构等。而制作脚本主要是用户在人机互动界面所看到的虚拟实验室的细节，包括各种实验内容和操作信息呈现的位置、风格、交互方式等，集中体现在虚拟实验室的界面设计上，简单来讲就是界面中要包含哪些画面元素、布局元素和交互元素等。在进行制作脚本编写时，一定要坚持落实统一性、互动性、便捷性及导航性等编写原则，以强化虚拟实验室的艺术性、实用性和交互性，充分挥发其应用的教育教学作用，推动翻转教育的实践与落实。
2.3 基于翻转教育虚拟实验室的系统集成
在前期开发准备工作做好后，需要利用相关系统开发技术根据预先架构的结构和制作的脚本完成系统整体开发，形成能够正常运行的虚拟实验室系统。该环节的关键在于系统开发技术及平台的高效利用。要完成虚拟实验室系统集成工作需要从以下三方面入手具体展开：第一，合理选择RIA技术平台，包括目前市场上主流的Flex技术、Slight技术和Java FX技术。加强对相关系统开发技术平台的对比分析，最终选择出最佳的虚拟实验室系统开发技术。第二，要加强对基于翻转教育虚拟实验室系统结构的研究。第三，精心设计技术路线，以确保基于翻转教育虚拟实验室系统集成开发的顺利完成。
2.4 基于翻转教育虚拟实验室的实现
测评旨在以检查虚拟实验室的功能是否符合设计要求，是否能够满足实际的教学需求。测评环节既包括对虚拟实验室的技术性细节的调试以确保系统运行的流畅性，也包括对虚拟实验室各种内容与功能细节的检查，比如，需要仔细检查实验内容与实验环节是否还存在科学性错误？另外，在虚拟实验室正式投入使用之前，应该先在小范围内进行试用，征求用户的意见与建议，进一步优化虚拟实验室的设计与开发。在试用与测评环节可以从每一个具体的虚拟实验入手，先检查单个虚拟实验是否符合设计要求，再将所有的实验内容与功能模块连接起来，进而对整个虚拟实验室的功能进行全面调试，根据发现的问题重新修改虚拟实验室的教学设计、功能设计和程序设计，直到符合要求为止。
3 结语
现实中的实验室教学存在着许多弊端与不足，包括实验模式单一、亲手操作机会不足、学生实验操作能力较弱以及教师指导重点偏移等问题，造成了实验室教学流于形式，根本没有发挥其应有的教学作用。基于翻转教育的虚拟实验室的设计与实现，能够有效拓展实验空间，为学生创造更多的亲手操作实验的机会，能够提高课前预习效果和课上学习效率，能够加深学生对实验现象的理解和原理把握，能够提高学生科学探究能力，推动学生的全面发展。
参考文献：
[1]王伟，赵桐，钟绍春.基于翻转课堂模式的网络学习空间设计与案例研究[J].远程教育杂志， 2014（03）.
[2]刘长生，刘新桥，黎湖广.以翻转课堂来推动未来高职课堂教学模式的变革[J].长沙航空职业技术学院学报，2014（01）.
[3]刘红存，董伦红.基于翻转课堂的休闲体育课程教学模型构建与探索[J].常州大学学报（社会科学版），2014（06）.
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