田 夏， 孟 佳

(上海交通大學(xué) 教務(wù)處，上海 200240)

基于CiteSpace的我國(guó)虛擬實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)

田 夏， 孟 佳

(上海交通大學(xué) 教務(wù)處，上海 200240)

虛擬實(shí)驗(yàn)是信息技術(shù)和學(xué)科專(zhuān)業(yè)深度融合的產(chǎn)物，虛擬實(shí)驗(yàn)的相關(guān)研究成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。為更好地把握我國(guó)虛擬實(shí)驗(yàn)的研究方向和發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)和知識(shí)圖譜研究的方法，對(duì)我國(guó)2001～2015年核心期刊發(fā)表的虛擬實(shí)驗(yàn)相關(guān)的研究論文進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。研究顯示，我國(guó)虛擬實(shí)驗(yàn)研究主要分為“虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究”和“虛擬實(shí)驗(yàn)教育研究”兩大領(lǐng)域：“虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究”隨著研究前沿不斷發(fā)展，集中關(guān)注虛擬儀器、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、虛擬實(shí)驗(yàn)室3個(gè)領(lǐng)域；“虛擬實(shí)驗(yàn)教育研究”形成了“虛擬實(shí)驗(yàn)與教育結(jié)合的探索期”“教育信息化引導(dǎo)的過(guò)渡期”“以虛擬資源為核心的發(fā)展期”3個(gè)時(shí)期的演進(jìn)。

虛擬實(shí)驗(yàn)； 文獻(xiàn)計(jì)量； 研究現(xiàn)狀

0 引 言

就廣義角度而言，虛擬實(shí)驗(yàn)是指區(qū)別于實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，通過(guò)各種仿真手段實(shí)現(xiàn)的仿真實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)主要采用互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用虛擬儀器、設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的性能和實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，從而縮短實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間和設(shè)計(jì)周期，降低實(shí)驗(yàn)成本，體現(xiàn)環(huán)保與安全的理念[1-2]。到目前為止, 虛擬實(shí)驗(yàn)已經(jīng)歷了思想實(shí)驗(yàn)，計(jì)算機(jī)仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)3個(gè)階段[3]。國(guó)外虛擬實(shí)驗(yàn)發(fā)展較為迅速，自從1989 年美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)的威廉·沃爾夫(William Wolf)教授提出“虛擬實(shí)驗(yàn)”的概念以來(lái)，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用就得到了迅速發(fā)展，國(guó)外很多高校、研究機(jī)構(gòu)均投入大量的人力、物力和財(cái)力去設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，虛擬實(shí)驗(yàn)的相關(guān)研究不斷深入，應(yīng)用不斷普及[4]。虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)芸s短實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間和設(shè)計(jì)周期，降低實(shí)驗(yàn)成本，減少儀器設(shè)備的損壞，還可以避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)或操作所帶來(lái)的各種危險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)資源共享，能有效解決真實(shí)實(shí)驗(yàn)資源不足的現(xiàn)狀。我國(guó)虛擬實(shí)驗(yàn)的研究起步較晚，但是發(fā)展速度較快,國(guó)內(nèi)部分大學(xué)已陸續(xù)建立了虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，全國(guó)目前已經(jīng)建立300家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，覆蓋27個(gè)省市自治區(qū)。

為更好地把握我國(guó)虛擬實(shí)驗(yàn)的研究方向和發(fā)展趨勢(shì)，本文運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)和知識(shí)圖譜研究的方法，對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)相關(guān)的研究進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以期揭示我國(guó)虛擬實(shí)驗(yàn)研究狀況和特點(diǎn)，為我國(guó)虛擬實(shí)驗(yàn)研究的進(jìn)一步推進(jìn)提供借鑒和參考。

1 數(shù)據(jù)獲取與研究方法

本文選擇了北大中文核心期刊數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)收集來(lái)源，從中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)中選取2001～2015年核心期刊為來(lái)源期刊，在“主題”欄鍵入“虛擬實(shí)驗(yàn)”(數(shù)據(jù)庫(kù)檢索時(shí)間截止為2016年3月20日)，從檢索到的836篇論文中剔除8篇非學(xué)術(shù)論文，然后將檢索數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，建立起了828篇虛擬實(shí)驗(yàn)研究論文的EXCEL數(shù)據(jù)表。

CiteSpace是由美國(guó)陳超美博士團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的一款可視化科學(xué)文獻(xiàn)趨勢(shì)動(dòng)態(tài)分析軟件，可系統(tǒng)對(duì)學(xué)科發(fā)展軌跡和前沿進(jìn)行匯總分析，在社會(huì)科學(xué)研究領(lǐng)域起到了廣泛的應(yīng)用[5]。利用上述從CNKI獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行Ref格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，通過(guò)構(gòu)建知識(shí)圖譜的方法研究2001～2015年15年來(lái)“虛擬實(shí)驗(yàn)”領(lǐng)域的研究趨勢(shì)和研究熱點(diǎn)。研究使用CiteSpace3.0.R6版本進(jìn)行知識(shí)圖譜研究分析：將時(shí)區(qū)跨度分割設(shè)定在2001～2015；單個(gè)時(shí)間分區(qū)為1年；主題聚類(lèi)詞來(lái)源選擇標(biāo)題、摘要、作者關(guān)鍵詞與關(guān)鍵詞累加；前中后閾值分別為(2,2,20)、(4,3,20)、(4,3,20)；修飾算法選擇最小生成樹(shù)算法和修剪切片網(wǎng)絡(luò)；可視圖顯示選擇靜態(tài)聚類(lèi)視圖和合并網(wǎng)絡(luò)視圖。主題聚類(lèi)詞類(lèi)型選擇名詞短語(yǔ)，生成關(guān)鍵詞聚類(lèi)圖譜；主題聚類(lèi)詞類(lèi)型選擇膨脹詞，生成前沿關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)圖譜，并使用上述兩大圖譜展開(kāi)研究工作。

2 研究產(chǎn)出分析

2.1論文數(shù)量分布

根據(jù)虛擬實(shí)驗(yàn)相關(guān)論文發(fā)文期刊統(tǒng)計(jì)(表1)，排序前3位的依次是《實(shí)驗(yàn)室研究與探索》(142篇)、《實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理》(139篇)和《中國(guó)電化教育》(23篇)。論文數(shù)排序前10的刊物中，包含自然科學(xué)總論(實(shí)驗(yàn)技術(shù))類(lèi)、計(jì)算機(jī)類(lèi)、教育技術(shù)學(xué)與機(jī)械類(lèi)刊物等，其中自然科學(xué)總論(實(shí)驗(yàn)技術(shù))類(lèi)刊物發(fā)文量占總發(fā)文數(shù)1/3，且遠(yuǎn)高于其刊物，表明虛擬實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的研究期刊較為集中，此外計(jì)算機(jī)領(lǐng)域研究刊物也發(fā)表大量的虛擬實(shí)驗(yàn)研究相關(guān)論文。

表1 發(fā)文刊物分析

根據(jù)發(fā)文數(shù)量年度統(tǒng)計(jì)分析表明(見(jiàn)圖1)，關(guān)于虛擬實(shí)驗(yàn)的研究論文從2001年(16篇)到2010年(94篇)呈現(xiàn)整體遞增趨勢(shì)，自2011年之后出現(xiàn)波動(dòng)，但整體數(shù)目穩(wěn)定但有所下降?；鹬С致誓甓确治霰砻?見(jiàn)圖2)，基金資助論文比率從2001年的31.3%整體呈現(xiàn)逐步攀升趨勢(shì)，2015年達(dá)到最大值90.7%，表明我國(guó)研究領(lǐng)域?qū)τ谔摂M實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題越來(lái)越重視。

圖1 發(fā)文數(shù)量年度分析

圖2 基金支持論文率年度分析

2.2發(fā)文機(jī)構(gòu)分析

根據(jù)發(fā)文數(shù)量進(jìn)行排序(見(jiàn)表2)，其中排名前3的發(fā)文機(jī)構(gòu)依次是華中科技大學(xué)(26篇)、吉林大學(xué)(25篇)和大連理工大學(xué)(21篇)，同時(shí)海軍航空工程學(xué)院、南京航空航天大學(xué)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)等行業(yè)特色類(lèi)高校也在虛擬實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域投入研究，理工類(lèi)研究型高校和行業(yè)特色類(lèi)高校成為虛擬實(shí)驗(yàn)研究的主體。由于航空、礦業(yè)領(lǐng)域?qū)W生實(shí)驗(yàn)受到環(huán)境、場(chǎng)地、設(shè)備限制較多，因此虛擬實(shí)驗(yàn)需求更大。

表2 第一作者所在機(jī)構(gòu)分析

2.3作者分析

將828篇文章作者按照作者人數(shù)統(tǒng)計(jì)分析表明(表3)，2～4人的合作研究共計(jì)601篇，占到了總數(shù)的72.5%，成為了虛擬實(shí)驗(yàn)研究的主要形式。虛擬實(shí)驗(yàn)由于對(duì)研究者的理論知識(shí)背景和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)都有一定要求，領(lǐng)域的研究成員主要以多人合作的研究形式為主。

表3 作者人數(shù)分析

2.4研究分類(lèi)分析

828篇文章按照中國(guó)知網(wǎng)的學(xué)科分類(lèi)(見(jiàn)表4)，學(xué)科分類(lèi)排名前三的學(xué)科類(lèi)別依次為計(jì)算機(jī)軟件及計(jì)算機(jī)運(yùn)用(425篇)、高等教育(74篇)、教育理論與教育管理(68篇)。其中計(jì)算機(jī)學(xué)科領(lǐng)域占“虛擬實(shí)驗(yàn)”研究的半數(shù)以上，教育類(lèi)學(xué)科(包含高等教育、教育理論與教育管理、職業(yè)教育、成人教育等)研究約占“虛擬實(shí)驗(yàn)”研究的20%。

表4 研究分類(lèi)分析

*根據(jù)CKNI分類(lèi)，小部分論文存在歸屬多個(gè)分類(lèi)的現(xiàn)象

3 知識(shí)學(xué)分析

關(guān)鍵詞聚類(lèi)圖譜反映研究的演進(jìn)情況，根據(jù)關(guān)鍵詞聚類(lèi)圖譜(見(jiàn)圖3)和頻次靠前的關(guān)鍵詞分析(見(jiàn)表5)，我國(guó)虛擬實(shí)驗(yàn)相關(guān)研究主要集中在“實(shí)驗(yàn)教學(xué)”、“虛擬實(shí)驗(yàn)室”、“虛擬現(xiàn)實(shí)”、“虛擬儀器”等主要研究領(lǐng)域。關(guān)鍵詞中心中介度(見(jiàn)表6)表明該關(guān)鍵詞在整個(gè)知識(shí)圖譜中的信息連接溝通作用，其中“虛擬實(shí)驗(yàn)室”、“虛擬現(xiàn)實(shí)”、“Web”等關(guān)鍵詞起到了研究中連接各關(guān)鍵詞的紐帶作用。

圖3 關(guān)鍵詞聚類(lèi)圖譜

表5 頻次前6位的關(guān)鍵詞

表6 中心中介度前6位的關(guān)鍵詞

膨脹值(Burst)表明關(guān)鍵詞在某個(gè)時(shí)間段激增情況(見(jiàn)表7)，一定程度蘊(yùn)含了該關(guān)鍵詞研究興趣的產(chǎn)生，其中“modelica”、“虛擬技術(shù)”、“vrml”、“云計(jì)算”等高膨脹值關(guān)鍵詞較為突出。通過(guò)前沿關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)圖譜(見(jiàn)圖4)，自2001～2015年，我國(guó)“虛擬實(shí)驗(yàn)”相關(guān)研究大致呈現(xiàn)“虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)展”、“虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展”兩大維度研究熱點(diǎn)。

4 總結(jié)與討論

針對(duì)我國(guó)虛擬實(shí)驗(yàn)研究的發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)的研究主要分為“虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究”和“虛擬實(shí)驗(yàn)教育研究”兩大塊，兩大塊研究呈現(xiàn)不同的發(fā)展趨勢(shì)。

圖4 前沿關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)圖譜

表7 高膨脹值關(guān)鍵詞列表

4.1“虛擬實(shí)驗(yàn)”技術(shù)研究熱點(diǎn)的演進(jìn)與特點(diǎn)

4.1.1“虛擬實(shí)驗(yàn)”技術(shù)研究熱點(diǎn)的演進(jìn)

虛擬技術(shù)是一系列高新技術(shù)的集合，匯集了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、仿真技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、傳感器技術(shù)以及圖像實(shí)時(shí)生成技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)。隨著飛速發(fā)展的高性能計(jì)算機(jī)硬件設(shè)施和計(jì)算機(jī)軟件的不斷發(fā)展，“虛擬實(shí)驗(yàn)”以其低成本性、高效性、開(kāi)放性等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為技術(shù)研究的熱點(diǎn)內(nèi)容。

2001～2015年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，針對(duì)“虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)”主要研究“虛擬儀器”、“虛擬現(xiàn)實(shí)”、“虛擬實(shí)驗(yàn)室”，把互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、動(dòng)畫(huà)技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)引入到虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，從技術(shù)的角度進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)可行性和實(shí)現(xiàn)性的研究。

(1) 2004年以前，技術(shù)研究關(guān)注于引進(jìn)國(guó)外虛擬實(shí)驗(yàn)軟件投入教學(xué)活動(dòng)，該時(shí)期虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究主要集中在軟件技術(shù)應(yīng)用層面，如運(yùn)用labview，matlab等虛擬實(shí)驗(yàn)軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的真實(shí)的實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，完成教學(xué)活動(dòng)。

(2) 2004年起，“虛擬技術(shù)”成為“虛擬實(shí)驗(yàn)”領(lǐng)域的研究前沿，研究集中關(guān)注各類(lèi)虛擬技術(shù)如何應(yīng)用于虛擬實(shí)驗(yàn)中，該時(shí)期涌現(xiàn)出大量“虛擬技術(shù)”相關(guān)的研究。部分虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究將Flash技術(shù)應(yīng)用于虛擬實(shí)驗(yàn)，F(xiàn)lash具有操作簡(jiǎn)便、矢量圖形設(shè)計(jì)、編程元素豐富、強(qiáng)大的多媒體支持功能等優(yōu)點(diǎn)，基于Flash的虛擬實(shí)驗(yàn)提供了綜合性的操作交互，并且能模擬傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的環(huán)境。部分研究運(yùn)用VRML(Virtual Reality Modeling Language，虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言)搭建虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，VRML提供了建造虛擬現(xiàn)實(shí)空間所需要的圖像模型和結(jié)構(gòu)框架，提供一些簡(jiǎn)單的基本形狀節(jié)點(diǎn)來(lái)建模復(fù)雜的3D模型，如用于虛擬一些實(shí)驗(yàn)儀器，或是虛擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。此外VRML技術(shù)也規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)的通訊規(guī)范和相應(yīng)的用戶(hù)交互裝置 ,用戶(hù)可以利用網(wǎng)上的服務(wù)器/瀏覽器模式來(lái)設(shè)計(jì)網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)，VRML的平臺(tái)獨(dú)立性、低帶寬要求、靈活高效地創(chuàng)建三維場(chǎng)景使得VRML技術(shù)在虛擬實(shí)驗(yàn)方面有著良好的性能，但VRML交互性差，需要借助Java 語(yǔ)言或C++語(yǔ)言進(jìn)行編程才能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的交互功能[9-10]。為解決虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的復(fù)雜性問(wèn)題，部分研究關(guān)注Virtools應(yīng)用于虛擬實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)景，Virtools作為一種快速便捷的專(zhuān)業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以快速簡(jiǎn)便設(shè)計(jì)3D 應(yīng)用程序，極大程度降低了開(kāi)發(fā)難度[11]。2010年起，研究前沿集中于解決復(fù)雜物理系統(tǒng)多領(lǐng)域統(tǒng)一建模與仿真問(wèn)題而提出的一種面向?qū)ο蠡诜匠痰年愂鍪浇ＵZ(yǔ)言——Modelica。

(3) 2012年開(kāi)始，云計(jì)算興起，云計(jì)算與虛擬實(shí)驗(yàn)融合成為虛擬實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域的前沿。云計(jì)算應(yīng)用于虛擬實(shí)驗(yàn)中可以將本地或異地的不同實(shí)驗(yàn)用戶(hù)與虛擬實(shí)驗(yàn)室聯(lián)結(jié)起來(lái)共享一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)空間，集合本地實(shí)驗(yàn)和遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理，此外云計(jì)算對(duì)用戶(hù)端設(shè)備要求低、使用方便，可以實(shí)現(xiàn)不同實(shí)驗(yàn)室甚至不同高校間實(shí)驗(yàn)室軟硬件資源共享，最大程度降低資源重復(fù)浪費(fèi)狀況，集中化管理各虛擬實(shí)驗(yàn)室相對(duì)零散的資源，實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)一調(diào)度、靈活移植和共享應(yīng)用[12-13]。

4.1.2“虛擬實(shí)驗(yàn)”技術(shù)研究的特點(diǎn)與不足

隨著虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究不斷發(fā)展，使用專(zhuān)用的計(jì)算機(jī)軟硬件儀器資源，改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器的使用方式的“虛擬儀器”；通過(guò)模擬人與周?chē)鎸?shí)環(huán)境交互方式而建立的“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”；通過(guò)基于圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、硬件實(shí)驗(yàn)資源、軟件實(shí)驗(yàn)資源構(gòu)成的“虛擬實(shí)驗(yàn)室”成為虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的3個(gè)主要研究領(lǐng)域。

2001～2015年,“虛擬實(shí)驗(yàn)”技術(shù)研究發(fā)展不斷深入，但也呈現(xiàn)“虛擬實(shí)驗(yàn)研究通用型平臺(tái)開(kāi)發(fā)不足”“缺乏統(tǒng)一的虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)”“虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)理論研究缺乏”三大不足。

(1) 虛擬實(shí)驗(yàn)研究通用型平臺(tái)開(kāi)發(fā)不足。由于虛擬實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)開(kāi)發(fā)技術(shù)繁多，縱觀2001～2015年虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的相關(guān)研究，相關(guān)技術(shù)的研究均局限于某個(gè)具體領(lǐng)域，甚至某一門(mén)課程，普遍缺乏通用型的虛擬技術(shù)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，直接導(dǎo)致研究各自為政，造成重復(fù)開(kāi)發(fā)，資源浪費(fèi)，虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究的論文被引率不高一定程度反映了這一問(wèn)題。

(2) 缺乏統(tǒng)一的虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。隨著虛擬技術(shù)不斷發(fā)展，各類(lèi)技術(shù)開(kāi)發(fā)缺乏一套統(tǒng)一的開(kāi)發(fā)描述標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致虛擬試驗(yàn)技術(shù)難以跨平臺(tái)構(gòu)建，已有的技術(shù)可移植性差，無(wú)法繼承已有的技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究，導(dǎo)致虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究呈現(xiàn)相對(duì)分散的趨勢(shì)。

(3) 虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)理論研究缺乏。虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的研究應(yīng)用領(lǐng)域較多，深入的、對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)展的原創(chuàng)理論研究和技術(shù)研究缺乏，成為虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的阻力。

4.2“虛擬實(shí)驗(yàn)”教育研究熱點(diǎn)的演進(jìn)與特點(diǎn)

4.2.1“虛擬實(shí)驗(yàn)”教育研究熱點(diǎn)的演進(jìn)

2001～2015年“虛擬實(shí)驗(yàn)”教育研究熱點(diǎn)大致分為“虛擬實(shí)驗(yàn)與教育結(jié)合的探索期”(2001～2010年)、“教育信息化引導(dǎo)的過(guò)渡期”(2011～2012年)、“以虛擬資源為核心的發(fā)展期(2013年以后)”3個(gè)時(shí)期。

(1) 虛擬實(shí)驗(yàn)與教育結(jié)合的探索期(2001～2010年)。這一時(shí)期虛擬實(shí)驗(yàn)教育研究處于發(fā)展初期，虛擬實(shí)驗(yàn)教育研究處于萌芽狀態(tài)，相關(guān)研究數(shù)量較少，該時(shí)期對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)教育的認(rèn)知比較局限，大量的虛擬實(shí)驗(yàn)教育相關(guān)研究集中關(guān)注遠(yuǎn)程教育與互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)，將虛擬實(shí)驗(yàn)作為互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程教育的方式之一，或者將虛擬實(shí)驗(yàn)與各類(lèi)信息管理系統(tǒng)結(jié)合。

(2) 教育信息化引導(dǎo)的過(guò)渡期(2011～2012年)。2011年隨著教育信息化的不斷發(fā)展，針對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)教育領(lǐng)域，開(kāi)始有了一些虛擬實(shí)驗(yàn)與課程結(jié)合、虛擬實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建和虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等。2012年3月，教育部發(fā)布《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011～2020年)》，明確教育信息化對(duì)于促進(jìn)教育公平、提高教育質(zhì)量、創(chuàng)新教育模式的支撐和帶動(dòng)作用，同時(shí)明確要求開(kāi)發(fā)整合各類(lèi)優(yōu)質(zhì)教育教學(xué)資源，加強(qiáng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等信息化建設(shè)[14]。隨著規(guī)劃的發(fā)布，2012年的虛擬實(shí)驗(yàn)教育研究出現(xiàn)鮮明的教育信息化趨勢(shì)，涌現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、虛擬實(shí)驗(yàn)輔助實(shí)體實(shí)驗(yàn)、虛擬實(shí)驗(yàn)體系與教學(xué)等一系列的研究。

(3) 以虛擬資源為核心的發(fā)展期(2013年以后)。2013年起，教育部發(fā)布《關(guān)于開(kāi)展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》，將虛擬仿真資源建設(shè)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理、虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資隊(duì)伍和虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心管理體系作為建設(shè)內(nèi)容，其中虛擬仿真資源共享作為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的重點(diǎn)[15]。本著虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛的原則，隨著虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的逐步推進(jìn)，虛擬實(shí)驗(yàn)教育研究迎來(lái)了以虛擬資源為核心的發(fā)展期。該時(shí)期涌現(xiàn)大量針對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)教育相關(guān)的研究，包括虛擬實(shí)驗(yàn)資源共享策略、虛擬實(shí)驗(yàn)示范中心建設(shè)、虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系研究、虛擬實(shí)驗(yàn)管理體系研究和虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法等，該時(shí)期的研究基本與國(guó)家政策和教育部針對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的工作重點(diǎn)吻合。

4.2.2“虛擬實(shí)驗(yàn)”教育研究的特點(diǎn)與不足

虛擬實(shí)驗(yàn)教育研究取得了一定的成就，形成了良好的發(fā)展形勢(shì)，呈現(xiàn)“研究領(lǐng)域逐步穩(wěn)定”“密切關(guān)注政策熱點(diǎn)”兩大特點(diǎn)。

(1) 研究領(lǐng)域逐步穩(wěn)定。根據(jù)發(fā)文數(shù)量年度分析，近年來(lái)虛擬實(shí)驗(yàn)教育研究數(shù)量逐步提升且趨于穩(wěn)定，理工類(lèi)和行業(yè)特色類(lèi)高校成為研究主力；此外，大量的研究基金用于支持虛擬實(shí)驗(yàn)教育研究，該研究領(lǐng)域?qū)@得更多的研究資源。隨著3個(gè)時(shí)期的演進(jìn)，未來(lái)研究熱點(diǎn)將集中于“虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源”“虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法”“虛擬實(shí)驗(yàn)示范中心”等研究熱點(diǎn)。

(2) 密切關(guān)注政策導(dǎo)向。虛擬實(shí)驗(yàn)教育研究不僅是一項(xiàng)研究問(wèn)題，同時(shí)也是一項(xiàng)政策實(shí)施問(wèn)題。15年的研究過(guò)程中，虛擬實(shí)驗(yàn)教育的研究方向緊跟政策制度導(dǎo)向，積極研究探討改革和發(fā)展中的問(wèn)題，體現(xiàn)了良好的與時(shí)俱進(jìn)的特點(diǎn)。

由于虛擬實(shí)驗(yàn)教育的自身特點(diǎn)，我國(guó)虛擬實(shí)驗(yàn)教育研究也存在“教學(xué)資源建設(shè)共享不足”“與教學(xué)大綱結(jié)合不足”兩大弊端。①教學(xué)資源建設(shè)、共享不足。虛擬實(shí)驗(yàn)起源于互聯(lián)網(wǎng)對(duì)時(shí)空局限的突破，具有可靠、安全、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也對(duì)教學(xué)資源和資源共享具有較大的需求。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)與共享呈現(xiàn)明顯的政策敏感性，目前虛擬實(shí)驗(yàn)資源建設(shè)缺乏頂層設(shè)計(jì)，間接導(dǎo)致虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源缺乏建設(shè)、共享、運(yùn)行模式標(biāo)準(zhǔn)研究，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)不足、共享機(jī)制存在一定程度不完善。②與教學(xué)大綱結(jié)合不足。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)在實(shí)施過(guò)程中應(yīng)該樹(shù)立教學(xué)大綱的核心地位，虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)該與實(shí)體實(shí)驗(yàn)結(jié)合，通過(guò)轉(zhuǎn)變教學(xué)手段與方法，最終滿(mǎn)足教學(xué)大綱的需求。目前我國(guó)的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究，教學(xué)大綱和虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)合不足，導(dǎo)致虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中“虛實(shí)結(jié)合”的研究總體仍然偏少。

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TheCurrentSituationandProspectofChinaVirtualExperimentResearchBasedonCiteSpace

>TIANXia,MENGJia

(Academic Affairs Division, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)

Virtual experiment, a hot research area, is a combination of information technology and academic disciplines. With the methods of paper output, word frequency analysis, CiteSpace knowledge mapping and content analysis, this paper has a bibliometric analysis of the distributions and themes of the GCJC papers in recent 2001-2015 about virtual experiment research in China. Studies show that virtual experiment research in China is mainly parted in two fields, the research of virtual experiment techniques and the research of virtual experiment education. The research of virtual experiment techniques focuses on the virtual facilities, virtual reality technology and virtual lab. The research of virtual experiment education has developed the evolution of three periods, the exploration period of the virtual experiment and education’s combination, the transition period of educational information guidance and development period with virtual resources as the core.

virtual experiment; bibliometrics; research status

G 642.0

A

1006-7167(2017)09-0097-05

2016-12-01

2016年上海交通大學(xué)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新研究課題(16SG-011)

田 夏(1985-)，男，湖北武漢人，碩士，助理研究員，研究方向?yàn)閷?shí)踐教學(xué)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育。Tel.021-34206468；E-mail：tianxiabest@sjtu.edu.cn