虚拟仿真技术应用于文科类专业的适恰性分析

马馨蕾 （辽宁师范大学教育学院）

信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势 , 以多媒体和网络技术为核心的信息技术已成为提升人类能力的创造性工具。[1]当前世界教育变革风云迭起，推进教育信息化已成为各国抢占教育发展的制高点的重要手段。2010年5月我国颁布的《国家中长期教育改革与发展规划纲要(2010-2020年)》中专列一章阐述教育信息化，并开宗明义：“信息技术对教育发展具有革命性影响。”确定了教育信息化的战略地位。紧接着，2012年3月教育部发布《教育信息化十年发展规划(2010-2020年)》，要求“以教育信息化带动教育现代化，破解制约我国教育发展的难题，促进教育的创新与变革”。[2]现如今，“互联网+”教育已经成为新时期我国进行教育变革和创新的新探索和新选择，是“十三五”期间教育事业发展的重点方向。[3]而当前，虚拟仿真技术成为教育领域继多媒体、网络技术之后的第三代热点技术，备受追捧。[4]

一、虚拟仿真技术的产生与虚拟仿真教学的兴起

虚拟仿真（Virtual Reality）与虚拟现实同义，虚拟现实这一概念最早是由学者J.Laniar首先提出，J.Laniar将虚拟仿真（或虚拟现实）定义为：用电子计算机合成的人工世界。而当前，我们默认将虚拟仿真（或虚拟现实）看成是一种由计算机生成、各用户可构筑以及体验虚拟环境的计算机系统。此种虚拟世界既可以以现实世界为参考借鉴，又可以完全是构想中的世界，用户借助视觉、听觉、触觉等感官系统，通过头盔显示器、数据手套等辅助传感设备，与创建的虚拟世界进行沉浸式交互活动。

虚拟仿真教学则是虚拟仿真技术在教学领域的应用。21世纪学习者需要的重要技能（如同理心、系统思维、创造力、计算素养，抽象推理等）很难教，而虚拟现实是一种身临其境的学习工具，可以在应对这些教育挑战方面发挥独特的作用。[5]虚拟仿真教学将虚拟实验技术与体验式教学相结合，由学习者借助人机交互界面调节虚拟实验中的参数变量，通过观察、总结和归纳计算机仿真模拟结果从而获取相应的知识技能。[6]

虚拟仿真教学具有以下特征：1.沉浸性：教师和学生可通过搭建的三维教学界面，直接参与所处环境的变化与作用；2.交互性：虚拟仿真教学手段能够为教师和学生提供丰富的、方便的人机交互活动；3.构想性：院校和教师可以根据实际教学需要、学科特点以及培养目标来构建或修改虚拟仿真教学系统。

二、虚拟仿真教学在相关专业领域的应用

（一）虚拟仿真教学在医学类专业中的应用

作为高级专业技能教育，医学领域教学过程中的实验与训练尤为重要。现如今，虚拟仿真教学在医学领域中的检验技术学、临床医学、基础医学、儿科护理、解剖学等专业均有应用，是十分重要且必要的教学手段，原因如下：

首先，虚拟仿真教学手段能够缓解医学资源短缺情况：传统医学实验过程中需要消耗大量的实验标本、器材、试剂等，不仅有造成环境污染的风险，还是一项大额支出，且具有代表性的病理切片或标本并不容易找到，这些问题均可通过虚拟仿真教学得到解决。 其次，虚拟仿真教学手段能够提供大量专业技能训练：鉴于医患关系日益紧张的实际，医学院实习生能够在岗位上实践操作的机会越来越少，而运用虚拟仿真教学手段，医学生可以进行可操控、可重复的专业技能训练。最后，虚拟仿真教学手段能够促进学生的自主建构学习：虚拟仿真教学平台汇集了大量的医学教学资源，学生可以打破时空限制进行学习。

（二）虚拟仿真教学在理工科类专业中的应用

作为培养高级理论研究人才与工程技术人才的学科，理工科类专业更注重的是学生的科学思考能力与实践操作能力。但现如今理工科类专业的实践教学环节却面临重重困境：1.某些专业实践教学为高成本、高消耗，且操作过程不可逆，以院校的角度来说这属于一笔不小的教育支出；2.某些专业实践教学涉及高危或极端环境，无法保障学生的人身安全，故很难实现；3.某些专业实践教学具有污染性或腐蚀性，不适宜进行实训，恐会对自然环境造成恶性影响。

以上种种因素影响着理工科类专业实践教学的质量以及效果。基于此，虚拟仿真教学在化学、地理学、生物学、印刷工程、土木建筑、钢铁冶金、采矿工程等专业的应用优势不言而喻。2015年中华人民共和国教育部批准的100所国家级虚拟仿真教学实验中心名单中，理工科类虚拟仿真实验教学中心占比在50%以上，虚拟仿真教学在理工科类专业教学中应用的十分广泛。

（三）虚拟仿真教学在经管类专业中的应用

经管类专业主要培养在经济学以及管理学方面具有扎实专业知识、较强实践能力以及创新思维的高素质应用型人才，专业实践能力的培养是重中之重。但目前经管类专业课程教学中存在实践教学项目综合性不高、各专业联系不紧密等问题，限制了学生专业实践应用能力的提高。[7]且多数企业由于实习期短、实习生工作经验少，不允许经管专业学生接触企业核心业务或重要工作流程，更加剧了学生实践应用能力薄弱的问题。

而将虚拟仿真技术引入经管类专业教学是各高等院校为了培养学生专业实践而开辟的创新且高效的道路。利用虚拟仿真技术模拟现实中的企业行业以及其他与经济管理相关的部门，通过人为设置参数，让经管类学生全身心投入虚拟场景中，运用已学的专业知识技能面对问题、解决问题，从而在一定程度上达到熟悉相关企业行业或经济管理部门工作流程的目标。

（四）小结与思考

上述专业领域均较为注重培养具有较强专业实践操作能力、高就业竞争力的“应用型”高素质人才，其核心环节均为实践教学，且教学内容固定，教学随意性小。在这些专业领域应用虚拟仿真教学手段，由于教学内容与操作范式较为固定，使得虚拟仿真教学资源计划开发的教学内容与模块相较于文科类专业而言更为清晰明确，从而在一定程度上降低了开发难度。与此同时，虚拟仿真教学能够为院校节约大量教学资源以及资金，使学生在教学过程中能够充分发挥其主观能动性以及创新创造思维，最终为社会输出具有实操能力、能快速融入工作岗位的高等教育人才。

三、文科类专业虚拟仿真技术的引入

（一）应用现状

为了更好地了解虚拟仿真技术在高等教育专业领域的应用现状，笔者针对高校学生进行了问卷调查，调查结果如表1。

表1 高校学生对虚拟仿真教学的了解度及态度调查结果

上述调查表明：在了解度方面，有60.83%的被调查者对什么是虚拟仿真教学不甚了解甚至从未听过，无被调查者表示对虚拟仿真教学非常了解，仅有不足五分之一的被调查者曾经体验过虚拟仿真教学。在态度方面，65%的被调查者对虚拟仿真教学持比较或非常看好的态度，11.67%的被调查者对虚拟仿真教学持比较或很不看好态度，而针对文科类专业使用虚拟仿真教学是否合理这一问题，53.34%的被调查者认为比较或非常合理，仅10%的被调查者认为比较或很不合理。总的来说，高校学生对虚拟仿真教学的了解度不高，但大多数学生对虚拟仿真教学持看好态度，且过半数学生认为文科类专业使用虚拟仿真教学具有合理性，这表明虚拟仿真技术引入文科类专业具有一定适切性。

中华人民共和国教育部（以下简称教育部）根据《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》，经研究决定，开始开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作。2013—2015年，经过严格筛选审核，教育部批准了包括北京大学地球科学虚拟仿真实验教学中心在内的300所国家级虚拟仿真实验教学中心。但经调查统计，在这其中仅有10所属于文科类虚拟仿真实验教学中心，所占比例仅为3.33%（详细名单请见表2）。本文将文科类专业界定为法学类、教育类、历史类、艺术类、文科综合类。

表2 2013年—2015年国家级文科虚拟仿真实验教学中心名单

与理工农医类学科相比，文科类实验教学示范中心的建设本身起步较晚，大多数文科实验教学示范中心的迅速发展都是始于2005年教育部开展国家级实验教学示范中心评审建设工作之后，在这之前，文科实验教学示范中心基本处于零散的建设阶段。[8]但由于虚拟仿真技术的教学意义已得到教育工作者的认可，无论是高校还是相关企业都对虚拟仿真教学资源的开发建设抱有极大热情，因而文科类虚拟仿真实验教学中心建设虽然开始晚，但发展速度快，现如今已被广泛应用于法学、艺术、历史、教育等学科领域。例如：北京联合大学文科实验教学中心开发建设了书画装裱、镀金镀银、陶瓷修复等虚拟仿真教学项目；福建农林大学文法学院于2015年开设虚拟仿真实验室，可用于英语专业学生进行商务英语实战演练。

（二）存在的问题

1.文科类专业对虚拟仿真技术的需求与建设必要性有限

根据教育部对虚拟仿真实验教学资源的指导性建议，符合要求的虚拟仿真教学资源应是可以克服在真实世界无法开展或危险性高、成本高消耗大等一系列问题的教学资源，应充分体现虚实结合、能实不虚的原则。以法学类、教育类、历史类、艺术类、文科综合类专业为主要构成的文科类专业具有丰富的人文情怀，重在培养学生综合素养、抽象思维能力与感性思维，各专业几乎不存在无法开展的高危、污染重等教学内容，因而文科类专业对引入虚拟仿真技术的需求不高。且各高校对文科类虚拟仿真教学资源的建设开发正处于起步和探索阶段，所开发的实验项目的数量与质量远不及理工科、医学等专业领域，一些文科类虚拟仿真教学实验项目完全可以在现实生活中进行。根据教育部“虚实结合、能实不虚”的指导原则，这些实验项目应由各大高校鼓励支持学生在真实社会实践中去演练操作，其是否具有建设必要性仍有待商榷。

2.文科类虚拟仿真教学资源的创新性、先进性与丰富性有限

虚拟仿真教学资源是文科类虚拟仿真实验教学中心的中坚力量与核心内容，教育部在国家级虚拟仿真实验教学中心评选工作中明确指出，虚拟仿真实验教学资源应具有先进性与创新性，同时要积极将科研成果转化为虚拟仿真实验项目，丰富虚拟仿真实验教学内容。然而，目前一些高校开发建设的文科类虚拟仿真教学资源仅仅使用PPT、flash或是录制好的视频，这些甚至不是真正意义上的虚拟仿真教学资源，更遑论文科类虚拟仿真教学资源应该具有的先进性。部分高校则是选择直接在企业购买已开发好的实验项目，购买后不依据自身教学内容与教学需求进行二次改进开发而直接使用，并不具备专业或高校特色，缺乏创新性。且文科类虚拟仿真教学资源的开发建设开始晚，经验少，经费不甚充足，其数量、种类与内容的丰富性也随之受限，这些也是当前我国文科类虚拟仿真教学资源开发建设要解决的最严重最急迫的问题。

3.文科类虚拟仿真教学资源的共享性以及功能性有限

虚拟仿真教学资源的共享性与功能性也是衡量标准中的重要部分,教育部提出：虚拟仿真实验教学资源应实现资源共享，同时要具有信息发布、数据收集分析、互动交流、成绩评定、成果展示等功能。[9]从各高校的实际情况来看，多数文科类虚拟仿真教学资源仅局限于本专业或本学院的学生来体验，不同高校由于虚拟仿真教学资源的开发技术、运行设备需求并不完全相同，无法兼容，并且各校际的学生账户并不能通用，因而很难实现资源共享。以上种种因素导致文科类虚拟仿真实验教学项目在没有学生使用时只能闲置或关闭，造成了资源的极大浪费，虚拟仿真教学资源的投入与产出无法平衡。除此之外，就目前各高校的建设情况来看，文科类虚拟仿真教学资源功能的数量和完善程度远不如理工科，存在资源缺乏、功能单一等问题，未来仍需要将教学实验项目功能全面化、具体化、细致化，做到进一步完善。

4.文科类虚拟仿真教学资源的人文性与经费预算有限

文科类专业同时具有人文性和工具性两大属性，而文科类虚拟仿真教学资源本质上是以实验为主，体验过程主要发生在虚拟世界与学生之间，教师在教学活动中的主导地位被弱化。同时，文科类虚拟仿真教学资源在人文性、思想性等方面的教学需求相较于理工科而言更高，但虚拟仿真教学资源绝大多数由IT企业来进行开发，教育工作者很少或几乎不参与开发过程，这使得开发出的文科类虚拟仿真教学资源与教师教学之间无法相互适应，在一定程度上降低了高校教师在教学中使用该虚拟仿真教学资源的热情，最终影响教学质量与教学效果。

纵观每年各大高校教育经费统计数据不难发现，理工类专业以及院校所得教育经费多高于文科类专业以及院校。理工类专业或院校大多偏向于科研，各种先进仪器设备以及原料消耗均是不小支出，因而，文科类虚拟仿真教学资源的开发建设可支配的教育经费更是有限。虚拟仿真教学软件价格昂贵，技术复杂，没有充足的经费预算，何谈进一步开发建设？

四、虚拟仿真教学应用于文科类专业的适恰边界

（一）借鉴国家级文科虚拟仿真实验教学中心经验，结合学科优势及特色提高学术竞争力

国家级文科虚拟仿真实验教学中心虽然在数量上不占优势，但是每所均可被视为国内高水平的文科类虚拟仿真实验教学示范中心，具有丰富的开发建设经验以及良好的带动发展作用。一方面，要利用这种高水平、高质量发展的虚拟仿真实验教学中心为地方高校相关虚拟仿真教学资源的开发构建提供相应的借鉴经验；另一方面，要以这些国家级虚拟仿真实验教学中心作为坚实依托，使得各高校的文科类虚拟仿真教学资源得到稳步快速发展，提升文科类专业在学科专业领域的学术竞争力。

同时，各高校在借鉴国家级虚拟仿真实验教学中心的开发建设经验的基础上，要结合本校的强势专业或特色专业，选取并建设在现实环境下难以实现、人才培养真正需要的虚拟仿真教学资源。文科类专业中存在高危、高污染、高消耗等困扰的学科内容较少，换言之，虚拟仿真技术在文科类专业中无须大面积地引用，因而不必一味追求数量，而是要保证其具有创新性与先进性。

（二）建设“以人为本”、蕴含人文性的文科类虚拟仿真教学资源

文科类专业更注重学生分析问题和解决问题能力、团队合作能力、沟通协调能力、组织决策能力以及终身学习能力的培养与提升，致力于培养具有高人文情怀、高综合素质的复合型人才。因此，各高校在计划建设文科类虚拟仿真教学资源时要做到“以人为本”“以学生为本”，要能充分调动学生的学习热情以及自主学习性，使虚拟仿真教学资源为学生所用、受益于学生。

鉴于虚拟仿真技术在教育领域的新兴地位，许多高校对虚拟仿真教学资源的建设抱有极大热情。在此过程中，应该要冷静头脑，贯彻“虚实结合、能实不虚”的原则，杜绝将一些能够在现实生活中有条件进行的实践项目刻意开发建设成虚拟仿真教学资源。要明白对于大部分的文科类专业而言，其教学内容所蕴含的深刻精神体会与感悟是虚拟仿真实验所不能替代的。

（三）探索高效建设模式、实现资源开放共享

高校可采取三种虚拟仿真教学资源建设模式：自主开发、合作开发以及外购。当教学所需虚拟仿真教学资源的设计难度与技术需求均不高时，院校可以考虑自行组织一支由优秀技术人员组成的校内研发团队，结合文科类专业的教学需求进行自主开发；当教学所需虚拟仿真教学资源目前没有完善的研发产品，但专业教师以及行业专家能够提供明确的教学内容以及教学设计需求，且合作IT企业完全有能力提供技术支持时，可选择院校企业合作开发的建设模式；当教学所需虚拟仿真教学资源在市场上已有能够基本满足教学需求的现成研发产品时，应采取直接外购的方式。

文科类虚拟仿真教学资源要实现真正意义上的开放共享，首先应当实现校内资源开放共享，将教学内容与教学需求相近的学科进行资源整合重组；其次，高等教育相关部门应联合相关的政府部门，对虚拟仿真教学资源的建设标准做出统一规定，实现技术兼容；最后，要明确校企间合作交流以及协同建设是必要的这一观点。

（四）增加建设经费、提高文科类专业教师的信息技术素养和工作热情

虚拟仿真教学软件价格昂贵，教育部与各大院校增加对文科类虚拟仿真教学资源建设的教育经费是必要的，经费充足，资源质量与丰富性才能得到保障。高校要适时转变观念，同时也要舍得在文科类专业上支出，对于经过专业教师以及行业专家认同的文科类虚拟仿真教学资源要大力支持并购买。其次，文科类专业教师也要积极学习并提升使用信息技术的能力，将以往传统教学内容与虚拟仿真实验教学相结合。同时，若是教师具有一定的技术基础，且愿意参与到本校虚拟仿真教学资源建设和应用中来，高校可以依据其建设成果，通过设置科研奖金或颁布荣誉称号等形式给予肯定和支持。此外，除了专业教师，文科类虚拟仿真实验教学中心或实验室应设置相应的信息技术人员进行日常管理与维护升级，形成一支规范的实验教学队伍。

文科类虚拟仿真教学资源的开发建设既有与理工农医等专业领域相类似的问题，也有受自身专业性与特殊性限制的个性问题。虚拟现实在教育领域已经存在了半个多世纪，然而，它进一步的广泛应用仍有待实现，这是由于对技术本身以及部署它们所需的成本和后勤的无数限制造成的。[10]作为教育工作者，在借鉴国内高水平虚拟仿真实验教学中心丰富经验的同时，也要结合各高校文科类专业自身的实际情况进行虚拟仿真教学资源建设工作，做到能实不虚、求质而不求量，使其真正为培养高质量高水平的高等教育人才服务。