高校虚拟仿真实验教学评价应用现状与趋势的可视化分析

关键词：虚拟仿真；实验教学评价；可视化分析

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）36-0158-03 开放科学（资源服务） 标识码（OSID） ：

0 引言

随着国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的不断推进，投入力度也在持续加大。教育部已组织开展了多批次的国家级虚拟仿真实验教学项目建设，这些项目涵盖了基础学科、工科、农科、医学等多个领域。各高校逐渐认识到虚拟仿真实验在教育中的价值，纷纷大规模更新教学设备和改革教学方法，积极推动虚拟仿真实验教学改革的进程，并作出了实验教学改革的有益探索。与此同时，学者们也提出了符合中国国情的虚拟仿真实验教学中心建设评价体系，这一体系对于推进虚拟仿真实验教学的建设具有重要的价值。

文献计量学[1]是一门运用数学和统计学的方法，分析一切知识载体的数量关系及其发展规律的学科。近年来，学者们围绕虚拟仿真实验教学评价问题展开了大量的研究，并取得了丰硕的成果。然而，目前还缺少对相关文献进行全面的梳理与总结。在我国，虚拟仿真在具体实验教学评价方面的应用还较为有限，尚未有利用科学计量工具对评价情况进行系统分析的研究。本文应用Citespace软件对CNKI近7年来关于虚拟仿真实验教学评价领域的研究文献进行了分析，并通过可视化分析绘制了知识图谱。这一分析有助于我们深入了解该领域的主要研究力量、研究热点及发展趋势，为虚拟仿真实验教学评价研究工作提供有益的借鉴和参考。

1 数据来源

本研究以中国知网为数据库来源，对虚拟仿真实验教学项目评价分析的相关文献进行了检索。检索的时间范围为2015—2023年（7月） ，通过“高级检索”功能，设定了检索条件：“虚拟仿真”AND“实验教学”AND “评价”。初步检索出701篇文献后，排除了报纸、会议、学位论文等类型的文章，剩余521篇。最后，采用人工方法对文献进行了进一步筛选，排除了与本研究主题不符的文献，如关于虚拟仿真技术应用、虚拟仿真实验教学平台或基地建设、虚拟仿真实验项目建设等方面的文献。最终，共纳入了206篇文献进行分析。

2 数据分析

2.1 年度发文量

对收集时间跨度内的虚拟仿真实验教学评价相关文献进行年度发文量统计分析，结果如图1所示。从图中可以看出，近8年来，针对虚拟仿真实验教学评价的文献呈稳步增长趋势。

2.2 核心作者

纳入的206篇文献中包含288名作者，其中发文量2篇以上的作者有20名。表1列出了发文量前5名的作者。从表中数据可以看出，近8年来，针对虚拟仿真实验教学评价领域，作者的发文量相对较少。

2.3 机构合作

纳入的206篇文献中涉及199家机构，发文量4篇的机构有1家，发文量2篇以上的有12家，剩余194家机构，表2中只列举了发文量≥2篇前5家机构。结果表明，虚拟仿真实验项目在能源、矿业、临床医学、护理行业率先建设与应用，与此同时也逐步探索相应的教学评价。

2.4 关键词共现分析

关键词是对文献内容的高度概括。通过关键词共现分析，检测到了156个关键词。经过对网络的修剪和切片处理以及合成网络的分析，得出了关键词共现图谱，如图2所示。在去除检索关键词后，最主要的关键词包括教学改革、教学评价和实践教学。由于关键词数量较多，为了提高对研究领域的总结精确度，我们构建了聚类图谱，将关键词聚为7个主要的研究热点：虚拟仿真、实验教学、教学改革、实践教学、教学效果、教学设计和教学评价。

2.5 关键词突现分析

关键词在短时间内被大量研究引用，称之为关键词突现。关键词突现被认为是研究热点或新兴趋势的另一个重要指标[2]。在计量分析中，发现了16个突变词，见图3。图中加粗的线段代表对应关键词的突变时间段，Strength代表突变词的强度。突现强度越大，说明该研究方向在突现时间内是研究热点。例如，2016年突现了教学改革，2018年突现了教学体系，2019年突现了评价体系。随着虚拟仿真实验教学在教学中的应用，相应的教学评价体系也应运而生。在2018—2020年，评价体系构建、效果分析、问卷调查和教学设计等关键词相继突显。而2021—2023年，主要突显的关键词包括实践能力、线上和产教融合，这表明虚拟仿真实验教学评价的研究在上述领域内得到了扩展和应用。

3 讨论

3.1 虚拟仿真实验教学评价研究现状

文献的发文量在一定程度上能够反映该领域的关注度和研究趋势。近8年内，发文量呈现上升趋势，而总体发展分为两个阶段。第一阶段（2015—2020 年） 的研究文献数量相对较少，主要研究集中在实验教学、教学改革以及实践教学的应用上，这一时期处于虚拟仿真实验教学的起始阶段，相应的实验教学评价研究较为匮乏。第二阶段（2021—2023年） 的研究文献则呈现指数增长，主要研究集中在教学效果、教学设计以及教学评价方面。2020年以来，以线上专业实训操作为主体的实验项目大量开发，虚拟仿真实验教学设备和体系不断完善，虚拟仿真实验教学评价也逐渐引起了学者们的关注。

从文献作者的角度来看，作者们主要是在近两年发表了较多的虚拟仿真实验教学评价类相关文献，并形成了比较稳定的团队。其中，以张敏、刘金库、张军、任婷婷等为核心的团队发文量最多。对这些团队的文献进行分析发现，他们在虚拟平台建设、虚拟仿真技术、教学方法以及教学应用等方面都有深入的研究，但在实验教学评价方面的研究却相对较少。

从发文机构的角度来看，虚拟仿真实验教学评价相关发文量在4篇以上的机构仅有一家，发文量2篇以上的机构有12家。这说明在教学评价方面，这些机构的发文量相对有限。发文机构的主要研究方向包括能源、矿业、网络、化学、医学检验、转化医学、大型仪器等，这些领域都集中在实物实验难以实现的方面。例如，中国矿业大学能源与矿业学院的陈见行[3]团队就利用开发的网络端虚拟仿真系统，让学生学习到井下矿山环境和采煤方法等专业知识，并在系统上实现效果评价。

3.2 虚拟仿真实验教学评价的研究热点与内容

结合频次信息和关键词共现可视化分析发现，虚拟仿真实验教学评价主要涉及教学改革、线上教学、教学模式、教学方法以及教学应用等方面。虚拟仿真实验教学在护理、新工科、在线教学、教育等领域得到了广泛应用。然而，教学评价、评价体系以及评价方法的构建出现频次较低，这说明虚拟仿真实验教学在不同领域内的评价体系建立仍处于初步探索阶段，还需要不断深入调查与研究。

3.3 虚拟仿真实验教学评价的发展机制

在实验教学平台上开发虚拟仿真实验项目，并设置相应的考核题目，同时收集学生实验过程的数据，包括登录时长、学习时间、测试成绩等，以学习过程的综合情况来检验学生的学习效果，从而提高教学效率和质量。例如，宋健等人[4]开发的重载货运列车缓冲器虚拟仿真实验项目，在实验教学模块构建中设置了专门的考核模块，以提升实验效率。

针对课程内容构建虚拟仿真实验项目，并在具体实验项目教学中实现教学评价。张军等人[5]利用虚拟仿真平台构建了实景虚拟仿真项目，并将其用于教学，同时对教学效果进行了评价分析。他们研究发现，实验项目在教学专业要素表达、教学内容方面的认可度较高，学生更易于接受。吴学平等人[6]构建了虚拟仿真医学形态学实验项目，教学评价分别从课程考试成绩、教学效果问卷调查以及学生课堂表现三方面进行分析，以对照组和实验组的方式探究虚拟实验项目对教学优化与学生能力素质提升的影响。

从专业领域角度提出适合某专业、某行业或某领域内的虚拟仿真实验教学评价体系。例如，庞冰等人[7]提出针对护理专业的虚拟仿真实验教学评价应从医患沟通交流、团队合作以及人文关怀等临床工作的必备素养出发，对虚拟仿真实验教学过程和效果进行评价，实现教师教学过程及学生学习过程的动态评价和早期干预。

从学校层面上进行多层次、多角度地设计构建评价指标体系。指标体系的主体不仅涉及专业教师与学生，还涉及管理者。评价范围涵盖专业建设水平、教学支持与服务、学生学习效果以及社会影响力等方面。张敏等人[8]就从高校顶层设计视角出发，围绕虚拟仿真实验在高校中的应用范围、应用效果和保障条件三方面构建了三级评价指标体系，共包括42个三级指标，为学校更加客观全面地评价课程应用情况提供了参考。

4 结束语

实验教学评价的目的是利用有效的评价方式激发学生的学习兴趣及学习潜能，提升他们的主观能动性，并启发学生的创造性思维。从研究现状来看，虚拟仿真实验教学开展逐年增加，并得到了广泛应用。更多学者也逐渐关注到虚拟仿真实验教学评价领域，但该领域仍处于起步和探索阶段。现有的评价机制呈现多维度、多层次、多主体的特点，但缺乏评价过程中规范化的教学要求。主要的研究热点集中在教学改革、教学模式、教学方法以及教学应用等方面。针对具体实验项目、专业领域等在评价方法、评价指标以及教学效果上的研究还缺乏前沿性、针对性以及可操作性的规范化评价体系。