基于虚拟仿真技术的虚拟实验自动测评系统设计

周志忠 侯成钰

辽宁广播电视大学（沈阳 110034）

测试是检验学生对知识掌握情况的重要手段，而评价能为教学效果提供反馈信息，使教师和学生发现不足，并且及时改进。测评是不可或缺的教学手段。设计虚拟实验自动测评系统是适应我们目前教育改革的需要的产物，是提高学生科学素养的一个有利工具。

1 相关概念

1.1 虚拟实验(Virtual Experiment，VE)

研究最重要的一点就是要明确所研究的对象。对于虚拟实验的界定，中外学者从不同的视角进行了概括总结。比较认同的是单关贤和李艺老师在《虚拟实验原理与教学应用》一书中提到的观点。该观点从实现原理和工具角度对虚拟实验进行定义，认为虚拟实验是相对于真实实验而言的，两者的主要差别在于实验过程中所触及的对象与事物是否真实。在真实实验中所采用的实验工具、实验对象都是以实物形态出现的，而在虚拟实验中，实验过程主要是对虚拟物的操作，实验步骤与结果是对真实实验的模拟和仿真。

1.2 虚拟实验自动测评系统

计算机测试（Computer-Based Testing，CBT）和计算机辅助评价(Computer assisted Assessment，CAA)二者结合在一起并称计算机辅助测评。自动测评系统，就是运用计算机仿真技术构建一个可以协同工作虚拟仿真平台。在此平台上，操作者完成规定的操作，计算机跟踪记录下操作者操作的过程信息，并根据正确的操作步骤和结果及预先录入的评价指标体系对操作者的技能状况进行自动化评价。

2 实验评价国内外发展状况

2.1 真实实验的评价现状

实验评价是实验的重要组成部分，具有对学生实验能力的诊断和提高作用。通过实验评价，教师可以明确实验教学的质量，更好地了解学生对实验的掌握情况；同样，学生亦可以通过反馈信息更加了解自己的实验能力。

从实验评价的范围看，已由单纯的知识性评价转向关注对实验者（学生）实验操作技能、实验过程等的多元化评价。

从实验评价的主体看，不仅有传统的他人评价，还有实验者的自我评价。

从实验评价的环境看，已包含主观评价发展到计算机客观评价。

2.2 基于仿真技术的实验评价系统的现状

从目前可利用的实验评价系统来看，大多数实验的评价还都处于对客观题的评价层面上，即是对实验者相关实验知识的评价。但在本世纪初，我国已经有研究人员对于基于仿真技术的实验评价系统进行设计。其基本思想是：在网络化的计算机环境中用计算机仿真的方法构建一个可以协同工作的虚拟实验平台；实验评价标准依学科而定；实验内容可以使封闭的，亦可以是开放的。

3 实验评价当前的主要问题

3.1 实验评价存在的问题

评价功能上，注重甄别和选拔，忽视诊断与激励作用。不管是中考、会考的实验操作考试还是高考的笔试都只是为了甄别和选拔。

评价主体上，只有单一的教师评价，忽视了学生活动过程中的自我评价。对实验能力无法做出个性化的合理的评价，更不可能对学生的实验学习提出进一步提高的建议。

评价内容上，注重评价学生在实验知识与操作方面的掌握情况，忽视对实验过程与方法，情感态度与价值观方面的评价。关注的只是实验的结果，对学生在实验过程中的具体表现则无所涉及；评价注重学术性和所谓的“规范性”，脱离学生的生活实际；评价内容停留在浅层次的记忆、操作和简单应用上，缺乏在真实或模拟的情景中对学生实验知识与技能的应用能力和解决实际问题能力的评价。

评价形式和方法上，注重量化评价，缺少质性评价。传统的纸笔测验和实验操作考查都是过分强调结果的评价；过分注重量化方法，只对学生的实验情况打分数等，缺少质性方面的评价。

3.2 仿真技术在实验评价系统中存在的问题

评价内容上，还是以文本类型的的题目为主，例如选择题和判断题。对于主观性、实验性以及操作性的评价少之又少。

评价时空上，随着“远程教育”的发展实现，网上出现了许多虚拟实验，可以供用户直接在网上进行实验，但是这些单纯性质的模拟实验并没有给实验者提供实验操作记录以及实验操作过程评价。

领域模型存在问题，个别flash实验软件仅能实现实验演示功能。不能实现对于真实实验的完全仿真，只能进行部分仿真。会限制实验者的实验操作，影响对实验者实验操作过程的测评，更影响实验者实验能力的培养。

4 实验评价的发展趋势

实验评价的范围将趋向于多元化、于综合化和网络化。

5 测评系统的设计思想

首先，利用虚拟仿真技术构建一个虚拟实验平台；其次，计算机要在操作者完成操作过程中获取实验操作信息，包括实验操作过程和实验结果，这些统统放在实验操作记录库中；最后，计算机根据领域知识库和评分规则对实验操作过程和结果进行综合评价。

6 结 论

描述了基于虚拟仿真技术的虚拟实验自动测评系统的基本设计思想。随着实验技能测评自动化技术的不断成熟，相信它必然会为学校的教学以及学生实验能力培养上发挥更大作用。

[1]单美贤,李艺.虚拟实验原理与教学应用.北京：教育科学出版社,2001.

[2]吴蓉香.化学新课程实验活动表现性评价的研究.福建：福建师范大学,2011.