农远工程的价值再挖掘——虚拟实验教学应用探讨

☆张东晓 傅钢善

（陕西师范大学新闻与传播学院，陕西西安 710062）

我国西部地区农村中学由于条件的限制，实验课程的开展存在许多问题，例如：实验设备短缺、实验课程开设少、学校对实验投入的资金不足等。连续几年来，笔者所在学校都会针对大学一年级新生展开调查，调查内容包括“在初高中阶段，理科实验课程是否按照课程标准开展实验课的教学”等问题，通过调查，发现部分中学实验课程开设不全，有的学校甚至没有开设。对学生的实验能力调查显示，部分学生缺乏动手操作能力，基础不扎实，对大学阶段相关课程的学习产生一定的影响。没有开设实验课程的中学大部分处于我国西部地区农村。造成这一现象的原因涉及到教育资源的分配、教育公平的机制等方面，如何才能最大化地利用现有的资源来缩短中西部的实验教学上的差距，实现教育相对公平，成为我国实现教育现代化面临的难题。

一、西部地区农村中学实验课程存在的问题

由于传统观念的影响，我国的西部地区农村中学物理和化学的实验教学存在重理论、轻实践的现象。笔者对甘肃省通渭县的农村中学展开调查发现，该地区实验课程的开展主要存在如下几个问题。

1.实验设备少

实验设备的缺乏是大部分偏远地区中学尤其是农村中学普遍存在的问题。这些地区由于地理条件、经济发展水平的限制，相较于东部发达地区而言，教育资源严重不足、教育资金短缺，导致无力购买实验设备，加上部分教育部门或学校对实验不重视，对学校的实验设施及实验器材的投资更加的少。

2.实验课程少

在传统观念和应试教育的影响下，许多教师往往注重学生理论知识的学习，忽视了对学生动手能力的培养。他们认为不一定必须开设实验课程，单纯的理论讲解同样可以使学生做好实验题，当然，这与当前大教育背景有密切的联系，许多教师在升学率及高考的压力下，根本就不考虑学生能力和兴趣的培养，学生缺乏实践和创新的精神。

3.学校不重视

素质教育已经开展多年，中西部地区大部分学校仍然普遍存在“应试教育”的思想，采取的教学方式也是传统的填鸭式教育，缺乏新的教学理念、教学方法。对于实验课程的开设存在得过且过的心态，缺乏重视。

4.实验质量低

一些学校即便开设了少量的实验课程，由于教师及学校的不重视导致实验课效果不佳，实验质量低，教师不能很好地引导、启发学生进行实验。此外，教师缺乏相应的教学理论、技能，也会导致实验教学不能达到预期目标。

以上四个问题中，实验器材的短缺是主要的问题。因此，笔者认为可以利用虚拟实验来解决学校实验课教学的问题，在一定程度上弥补不足。笔者在调查的过程中发现，因为“农远工程”的全面完工，这些没有能力购买大量实验设备的学校也大都配备有计算机网络教室，因此，为虚拟实验开设提供了平台。

二、虚拟实验的内涵和特点

1.虚拟实验的涵义

虚拟实验是随着计算机和网络技术的发展而兴起的一种新的实验技术和实验方法，仍然处于发展和深化的阶段。关于虚拟实验的概念界定，可以从不同的维度来解释。

有的学者从实验的原理和工具的角度出发，认为虚拟实验是以数学理论、相似原理、信息技术、系统技术及与其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，采用“面向对象”思想创建的能够实时操作的、非实在的实验空间，在此环境中，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种预定的实验项目。[1]

有的学者从实验的效果维度对虚拟实验进行描述，“虚拟实验是指在计算机系统中采用虚拟现实技术实现的各种虚拟实验环境，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种预定的实验项目，所取得的学习或训练效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。”[2]

除此之外，还有学者从远程协作、环境构成的维度对虚拟实验进行了描述，本文主要从实验效果的维度进行探讨。

2.虚拟实验的优势

（1）经济适用性。传统实验往往需要购买大量的设备，在实验的过程中也容易产生损耗，而且有的实验器材和设备价格高昂，这也是农村中学不能有效地开展实验教学的主要原因，虚拟实验因为是计算机仿真，模拟的虚拟实验器材有无损耗、无污染、可重复的优点，大大减少实验室设备的投入与维护，实验项目可无限进行，减少了实验器材的耗损。[3]

（2）安全性。有的实验具有一定的危险性，操作要求非常的严格，如果操作不当会导致人身安全问题和财产的损失，因此，有些危险、有毒、有危害的实验，也可以利用虚拟实验开展，以保障师生安全，减少财产损失。

（3）时空开放性。传统实验课要求有固定的时间和固定的地点进行操作，实验室很难做到全天24小时开放，学生不可能把实验器材移到别的场所，虚拟实验可以借助网络随时随地开展实验，打破了时间和空间的限制。

（4）可控性。虚拟实验具有高仿真的特点，可以营造一个和现实环境相同的模拟环境，每个学生相当于拥有了自己的独立的实验室，针对每个学生的特点，虚拟实验还可以有效地控制实验的进程，对实验的细节可以加快或者放慢，有效地加强了学生对事物的理解能力，实验中相应的数据还可以及时地反馈给实验操作者。

3.利用虚拟实验的优势解决农村中学实验课程存在的问题

虚拟实验具有的优势充分说明了虚拟实验在中学实验教学中能够很好地帮助学生理解相关的理论，增强学生理论联系实际的能力，改变枯燥的课堂教学环境，让学生在真实的情景中去体验并且加深对理论的理解。

由于实验设备的不足，许多农村落后地区的中学无法开展相关的实验，虚拟实验针对实验设备的短缺提供了一个很好的解决思路，虚拟实验能够在一定程度上弥补真实实验开设的不足，加强学生对实验的理解，很好地理解理化课程中的相关理论。在几年前，开设虚拟实验仍然只是一个设想，落后地区缺少相关的多媒体设备、网络教室，但是如今，“农远工程”的建设为虚拟实验的开展提供了坚实的物质条件。

三、依托“农远工程”开展虚拟实验教学

1.“农远工程”的实施现状

2003年11月，教育部、国家发展和改革委员会、财政部联合发布《农村中小学现代远程教育工程试点工作方案》，开始在全国农村中小学实施“农村中小学现代远程教育工程”（简称“农远”或“农远工程”）试点工作。至2007年底，历时五年，共计投资100亿元，“农远工程”在全国农村中小学全面实施完工。

众所周知，“农远工程”分为三种模式进行，第一种模式采取的是教学光盘播放点，该模式主要是针对边远地区的小学教学点。第二种模式是卫星教学接受点，该模式主要是建立卫星教学收视点，配备卫星接收系统、计算机、电视机、DVD播放机和1～6年级所需的教学光盘。通过中国教育卫星宽带传输网，快速大量接收优质教育资源，并同时具有教学光盘播放点的功能。配备对象为乡中心小学和村小，该模式主要针对农村完全小学。[4]

本文主要介绍的是第三种模式（以下简称模式三）：该模式主要是建立计算机教室，每套装置主要由卫星教学收视系统、多媒体教学系统和联网的计算机教室系统构成。包括服务器1台、交换机1台、教师机（多媒体配置，带有源音箱）1台、学生机25台。该模式主要针对农村乡镇初级中学。

依托模式三，农村乡镇的初级中学配备计算机网络教室，为虚拟实验提供了坚实的设备支持。

2.模式三和虚拟实验的整合

模式三为教师和学生提供了大量的资源，能够让教师和学生进行自主的搜索和加工。根据模式三的特点，可以实施探究式学习、群体式教学、小组协作式教学三种教学策略。[5]群体式教学是教师采取广播的方式向学生展示同一教学内容，这一模式有利于学生观摩和学习，偏重于以教师为中心的教学模式。

由于虚拟实验需要借助网络环境，符合网络环境下学习的认知规律。虚拟实验的优势在于能够支持自主探究式学习，在自主探究的过程中，学生可以反复地假设、验证，有利于对实验过程的理解和知识的内化。

根据虚拟实验的特点和探究式学习的相关理论，笔者设计了一教学模式（如图1）：

图1 虚拟实验教学模式

从图1可以看出，利用虚拟实验进行试验教学，教师在学习之初需要对学生的整体认知情况进行了解，然后针对课程目标确定实验的主题，学生根据自己习得的经验提出猜想，接着自己动手进行验证，这个过程完全由学生自己完成，不断推翻自己的假设，直到得出满意的结论。学生完成这一步骤之后，和其他学生进行交流、讨论，阐述自己的观点，吸取别的学生的经验。评价试验阶段，可以采取学生自评、互评的方式，之后，教师针对每个学生的情况做出评价。

四、虚拟实验开展的保障措施

1.发挥校长的带头作用

“农远工程”在绝大部分地区都处于低水平的利用状态，关键问题是校长不重视，管理不规范，无管理制度，无管理办法。[6]校长的管理能力起到关键的作用，校长的观念与意识会对学校应用发展的速度与水平起主导作用。[7]在这个过程中，校长积极营造良好的教育信息化文化环境，争取外部环境的支持，采取多种积极的措施鼓励师生利用资源，按照课程内容、教学设计的理念和思路，开发教育教学课件，开展校本培训，有效地利用校本资源，利用现代教育技术手段开展教学。

2.保障资源获取

“农远工程”教学资源库提供了大量的资源，其中不乏相关的虚拟实验软件，并且有大量的教学资源，这就要求教师有很好的甄别能力，根据自身的情况选取合适的资源进行教学，由于虚拟实验具有很强操作性，因为条件限制而不能进行的实验都可以通过虚拟实验完成。另一方面，农远资源库中不一定有完整的资源，可以在一些软件开放商处购买，或通过当地教育部门统筹协调，获取相关资源。

3.加强教职工的教育技术能力培训

校领导要高度重视教师教育技术能力的培训，要派遣学校的技术带头人参加教育技术能力培训，与此同时，校长本人至少参加县一级的培训，以提高自己对现代教育技术的应用、管理水平，提升自己对“农远工程”建设前沿动态的洞察力和信息技术涵养，[8]加强校本培训，聘请技术专家，培养学校技术骨干，开展技术交流研讨等活动，调动教师运用现代教育技术的积极性。

五、结束语

虚拟实验是对真实实验的模拟，能够在一定程度上弥补传统实验的不足，虽然有很多优势，但是仍然不能够代替传统实验，学生在真实的实验中获得的情景体验和动手实践能力是虚拟实验无可替代的，用虚拟实验代替真实的试验操作，只是在部分地区缺乏实验设备的情况下采取的权宜之计，在今后的发展中仍然要重视真实实验，两种试验方法相互结合才能更好地发挥作用。

[1]单美贤,李艺.虚拟实验原理与教学应用[M].北京:教育科学出版社,2005.

[2]汪诗林,吴泉源.虚拟实验系统的研究和应用[J].计算机工程与科学,2000,(2):33－35.

[3]黄飞,王世运.浅议基于虚拟现实技术的实验教学模式[J].科技信息,2011.

[4]毕猛,王玉等.农远工程“三种模式”下信息技术与课程整合的方法[J].新课程研究,2011,(8).

[5]宇星,张杰,唐夏芸.我国农远工程三种模式的教学应用策略探究[J].电化教育研究,2009,(2):93－96.

[6]杨改学.农村教育信息化发展中的关键问题[J].中国电化教育,2010,(9).

[7]王珠珠.对农村中小学现代远程教育工程存在的问题分析[J].中国远程教育,2009,(8):61－65.

[8]陈学军,黄利华,周益发.农远工程建设中校长的地位和作用[J].中国电化教育,2010,(6):63－64.