虚拟世界中探究式虚拟实验环境构设与实现

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1、虚拟世界中探究式虚拟实验环境构设与实现第1章绪论1.1研究背景在《规划纲要》行动计划中，也给出了实现教育信息化的指导性意见和行动参考，其中之一便是为建设各级各类优质数字教育资源，义务教育或其它教育阶段的需求，建设1500套虚拟仿真实训实验系统因此，在虚拟世界中开展探宄式虚拟实验显然己成为信息时代教育发展的要求之一。从19世纪40年代开始，远程教育经历了函授教育、广播电视教育到如今以多媒体和网络通信为主的现代远程教育阶段。早在1999由年教育部制定的《面向21世纪教育振兴活动计划》中明确提出了实施现代远程教育

2、工程。再到2012年教育部颁布的《教育规划纲要》中再次指出要健全现代远程教育服务体系，构建服务社会地终身学习的信息化环境和服务。到目前为止我国己在各类高校或其它层级的教育机构中幵展了远程教学，远程教学己经成为一种不可或缺的教育形态。远程教学在实现教育公平，资源最大化利用等方面确实有不可磨灭的贡献，但是远程教学也还存在一些弊端，如远程教学的时空分离导致在教学的过程中难以完成传统教学环境下的实验教学活动，实验教学成为远程教育实践教学的瓶颈。实验是人类认识和改造世界的重要手段和方法，实验教学也是理工科教学活动中必

3、不可少的环节。为弥补这一短板，越来越多的研宄者尝试在虚拟环境中进行实验，虚拟实验能够为远程学习者提供灵活、开放、自主的实验教学环境和学习资源，进而提高远程教育的教学质量。2008年，科技部启动了十一五国家科技支撑重点计划虚拟实验教学环境关键技术研究与应用示范，该计划涉及虚拟实验地开发、评价与管理规范，以及虚拟实验教学可视化设计关键技术等内容。2012年《教育信息化十年发展规划纲要（2010一2020年)》中明确指出：要建设虚拟实验室，特别是在职业教育领域要建设虚拟仿真实训基地，增加虚拟仿真实训教学软件的数量

4、、应用满意度以及专业覆盖面等。社会信息化已经成为不可逆转的趋势，虚拟实验已经是数字化学习环境必不可少的部分。学习环境逐步从数字化学习环境发展成为智慧学习环境，虚拟实验将成为智慧学习环境的重要组成部分。1.2国内外研究现状国外对探究式教学进行了全面深入地研究(详见[美]国家研宄理事会：《科学探究与国家科学教育标准》第六章），其结论是探究式学习对于学生的认知成就、过程技能以及科学态度各方面的作用是明显突出的，包括熟悉科学过程、科学词汇知识、科学概念理解、用科学的方法思考交流和写作、探宄能力、批判性思维以及对科学

5、的积极态度等。美国国家研宄理事会出版的《美国国家科学教育标准》专著中对科学探究式教学的重要问题进行了比较系统、比较有说服力地阐述，其中InquiryandtheNationalScienceEducationStandards-AGuideforTeachingandLearning章节将探究式教学的基本特征概括为如下五个方面的内容：1、学习者围绕科学性问题展开探究活动；2、学习者获取可以帮助他们解释和评价科学性问题的证据；3、学习者要根据事实证据形成解释，对科学性问题做出回答；4、学习者通过比较其它可能的

6、解释,特别是那些体现出科学性理解的解释，来评价他们自己的解释；5、学习者要交流和论证他们所提出的解释。.第2章文献及技术综述2.1概念界定虚拟世界是一个较模糊和具有包含性的概念。从哲学意义来讲，张之沧认为虚拟世界是在毕达哥拉斯的数元世界和柏拉图的理念世界基础之上形成和发展起来的一个以当代科学技术和人文精神为主要体征的新世界。[7]从技术角度来讲，印第安纳大学MarkMORPGs)，亦称虚拟游戏世界（Virtualgameassivelymultiplayeronlinereal-lifegames,MMOR

7、LGs),亦称虚拟社会世界（Virtualsocial。2.2探究式学习的特征区别探宄式学习同其它学习方式的依据是其主要特征的辨析，美国国家理事会在出版的《AGuideforLearningandTeaching))一书中对探究性学习的特征进行了归纳和总结，主要为以下五个方面：1、学习者围绕科学性问题展开探究活动；2、学习者获取可以帮助他们解释和评价科学性问题的证据；3、学习者要根据事实证据形成解释，对科学性问题做出回答；4、学习者通过比较其它可能的解释，特别是那些体现出科学性理解的解释来评价他们自己的解释

8、；5、学习者要交流和论证他们所提出的解释。[15]我国科学探究性学习的理论与实验研究课题组认为如果理想化和绝对化地理解探究，我们可能会认为只有包含上述全部五个基本特征、且每一类学生的活动都具有高度的自主性和探索性才能称得上是探究式的学习。其实不然，探究式学习可根据特定情况和学生自身发展水平而发生不同程度的探究式学习，美国国家理事从对探究式学习的5个基本特征的发生程度出发对探宄性学习进行层次划分。.第3章虚拟世界中