朱家華，李 兵，李春陽(yáng)，崔 鴻

(華中師范大學(xué) a.教師教育學(xué)院; b.生命科學(xué)學(xué)院;c.國(guó)家級(jí)生物學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，武漢 430079)

面向師范生核心素養(yǎng)培育的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用研究

朱家華a，李 兵b,c，李春陽(yáng)b，崔 鴻b

(華中師范大學(xué) a.教師教育學(xué)院; b.生命科學(xué)學(xué)院;c.國(guó)家級(jí)生物學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，武漢 430079)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不足、培育師范生核心素養(yǎng)具有良好的促進(jìn)作用。探討了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)改善實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)質(zhì)量的有效性和在培育師范生核心素養(yǎng)中的必要性，提出了面向師范生核心素養(yǎng)培育的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)策略，給出了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在培育師范生核心素養(yǎng)中的應(yīng)用實(shí)例，分析了基于該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的師范生核心素養(yǎng)培育的價(jià)值，認(rèn)為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在提高師范生探究能力和高級(jí)思維能力、提升信息素養(yǎng)水平、樹立終身學(xué)習(xí)理念等方面具有一定積極作用。

師范生； 核心素養(yǎng); 虛擬仿真實(shí)驗(yàn); 探究能力; 終身學(xué)習(xí)

0 引 言

實(shí)驗(yàn)是人類認(rèn)識(shí)和改造客觀世界的重要手段。近年來(lái)，隨著信息化社會(huì)和學(xué)習(xí)型社會(huì)構(gòu)建的訴求，技術(shù)在各領(lǐng)域迅猛發(fā)展，而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)作為一種基于真實(shí)環(huán)境和真實(shí)用戶體驗(yàn)的技術(shù)手段，全面整合多媒體技術(shù)、仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)等硬件、軟件工具營(yíng)造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)各操作環(huán)節(jié)的相關(guān)軟硬件操作環(huán)境，在醫(yī)學(xué)、地球空間科學(xué)等領(lǐng)域具有良好的推廣應(yīng)用。

在教育領(lǐng)域，人們也普遍認(rèn)為，虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜻m應(yīng)信息化環(huán)境中時(shí)空分離的特性，為學(xué)習(xí)者提供靈活、開放、自主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境和學(xué)習(xí)資源，幫助學(xué)習(xí)者完成實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。尤其在國(guó)家大力推進(jìn)教育信息化的當(dāng)下，可以說(shuō)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)的重要內(nèi)容，體現(xiàn)出信息技術(shù)與教育教學(xué)融合發(fā)展和與學(xué)科專業(yè)深度融合帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新[1]?！督逃畔⒒臧l(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》中明確指出：“要建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)室”，特別是在職業(yè)教育領(lǐng)域“要建設(shè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地，增加虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)軟件的數(shù)量、應(yīng)用滿意度以及專業(yè)覆蓋面”等。師范生教育作為一種特殊的職業(yè)教育，如何將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用于其培養(yǎng)過程中，是本文的研究宗旨。

1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)改善師范生實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)質(zhì)量的有效性

生物科學(xué)是自然科學(xué)中的一門實(shí)驗(yàn)性較強(qiáng)的基礎(chǔ)學(xué)科。實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有直觀性、開放性、綜合性、創(chuàng)造性等特征，有助于幫助學(xué)生理解基礎(chǔ)知識(shí)、概念和原理，有助于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力、觀察能力和深度思考問題的能力[2]。

在當(dāng)前高等師范教育階段，生物科學(xué)(師范)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)中存在：① 課程任務(wù)重，難以滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)；② 有的實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)，操作難度大；③ 步驟復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，不易于重復(fù)操作，導(dǎo)致知識(shí)遺忘；④ 處理某些實(shí)驗(yàn)動(dòng)物材料時(shí)出于倫理性與福利性的考慮；⑤ 某些特殊實(shí)驗(yàn)材料存在潛在危險(xiǎn)性，如放射性材料等。

隨著虛擬實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)和在教學(xué)中應(yīng)用，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程的這些不足在一定程度上都能得到彌補(bǔ)。① 虛擬實(shí)驗(yàn)可以滿足學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)、碎片化學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠隨時(shí)隨地獲取學(xué)習(xí)資源；② 對(duì)于實(shí)際生活中操作難度大、不易于實(shí)驗(yàn)室開展的實(shí)驗(yàn)，通過虛擬實(shí)驗(yàn)可獲得真實(shí)體驗(yàn)[3]；③ 在實(shí)驗(yàn)操作不熟練、知識(shí)出現(xiàn)遺忘時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)有利于對(duì)復(fù)雜實(shí)驗(yàn)的重復(fù)學(xué)習(xí)；④ 廣泛應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)可以減少實(shí)驗(yàn)動(dòng)物材料不必要的浪費(fèi)；⑤ 能提供安全的操作環(huán)境；⑥ 相對(duì)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛱嵘龑W(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)教學(xué)趣味性；⑦ 其開放性的環(huán)境能夠支持探究性學(xué)習(xí)和小組合作學(xué)習(xí)；⑧ 線上線下結(jié)合，能夠豐富實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)形式。可以說(shuō)，虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用不僅改變了以往的場(chǎng)地式教學(xué)模式，也使實(shí)驗(yàn)課程教與學(xué)的方式發(fā)生了革命性的變化。

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在師范生核心素養(yǎng)培育中的必要性

時(shí)下，“核心素養(yǎng)”(Key Competencies)躍升為教育界的新焦點(diǎn)，成為借以深化教育課程改革、落實(shí)素質(zhì)教育目標(biāo)的重要著力點(diǎn)。核心素養(yǎng)，是學(xué)生在接受相應(yīng)學(xué)段的教育過程中，逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格與關(guān)鍵能力[4]。OECD認(rèn)為核心素養(yǎng)具備如下特點(diǎn)：有助于社會(huì)和個(gè)人獲得有價(jià)值的成果產(chǎn)出，有助于個(gè)體滿足各個(gè)社會(huì)生活領(lǐng)域的重要需求，對(duì)每個(gè)人都有重要意義[5]。歐盟定義核心素養(yǎng)為：在知識(shí)社會(huì)中每個(gè)人發(fā)展自我、融入社會(huì)及勝任工作所必需的一系列知識(shí)、技能和態(tài)度的集合[6]。從與專業(yè)情境相結(jié)合的角度出發(fā)，筆者認(rèn)為，師范生的核心素養(yǎng)應(yīng)當(dāng)是具備適應(yīng)信息時(shí)代和知識(shí)社會(huì)的教育教學(xué)的需要，能在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)解決復(fù)雜教育問題，培養(yǎng)適應(yīng)多變的教學(xué)情境的能力和品格。

核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展離不開信息化時(shí)代的大背景。由于信息技術(shù)迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，21世紀(jì)社會(huì)環(huán)境和學(xué)習(xí)情境的一大特點(diǎn)是虛擬環(huán)境和現(xiàn)實(shí)世界的互動(dòng)與融合[7]。在國(guó)家大力推進(jìn)教育信息化的當(dāng)下，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)作為一種信息化資源，不僅能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，還能夠利用技術(shù)工具模擬、延伸、增強(qiáng)客觀世界的真實(shí)現(xiàn)象，相當(dāng)于把技術(shù)工具演化成為師范生手中的一把鑰匙，可以打開更加寬廣的自然法則之門。因此，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用也將成為應(yīng)然的趨勢(shì)。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境是否真實(shí)、操作過程和數(shù)據(jù)是否科學(xué)可信，以及如何將虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，怎樣進(jìn)行教學(xué)組織，這需要師范生具備解決復(fù)雜教育問題的能力，適應(yīng)不可預(yù)測(cè)教學(xué)情境的高級(jí)能力和人性能力，即需要具備相當(dāng)水平的核心素養(yǎng)。

3 面向師范生核心素養(yǎng)培育的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)的策略探討

(1) 建設(shè)理念。建設(shè)面向師范生核心素養(yǎng)培育的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，應(yīng)以“科學(xué)規(guī)劃、共享資源、突出重點(diǎn)、提高效益、持續(xù)發(fā)展”為指導(dǎo)思想[8]，堅(jiān)持“虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛、以虛促實(shí)”的建設(shè)原則[9]，利用虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，模擬高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，實(shí)現(xiàn)一批真實(shí)實(shí)驗(yàn)無(wú)法完成、或者具有高風(fēng)險(xiǎn)或高成本的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[10]，為在線學(xué)習(xí)提供數(shù)字化實(shí)驗(yàn)資源，全面促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主實(shí)驗(yàn)、自主創(chuàng)新。

(2) 建設(shè)內(nèi)容。面向師范生核心素養(yǎng)培育的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)，首先應(yīng)當(dāng)正視傳統(tǒng)師范生實(shí)驗(yàn)課程體系和中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足。在傳統(tǒng)師范生實(shí)驗(yàn)課程體系中，除了固有實(shí)驗(yàn)條件的不足，還存在師范生實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與中學(xué)教學(xué)情境脫離等問題，教學(xué)方法和思路相對(duì)僵化，自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ蛔?，?shí)驗(yàn)資源開發(fā)、技術(shù)工具利用、學(xué)科教學(xué)整合能力欠缺。在中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，則普遍存在以“以講代做”“以背代做”“以練代做”的現(xiàn)象。

基于此，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)除開設(shè)師范生高等教育階段常規(guī)內(nèi)容模塊(如動(dòng)物學(xué)、植物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等)之外，還應(yīng)專門開設(shè)師范生實(shí)驗(yàn)教學(xué)技能訓(xùn)練虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K，選取中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的代表性實(shí)驗(yàn)開展虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，如果蠅雜交、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)等，加強(qiáng)師范生中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)技能訓(xùn)練，不斷提高其實(shí)驗(yàn)教學(xué)技能和水平，不僅滿足目前中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)際需求，也為培養(yǎng)綜合素質(zhì)高、實(shí)踐能力強(qiáng)、富有創(chuàng)新精神的基礎(chǔ)教育教師提供支撐。

20世紀(jì)中期，著名心理學(xué)家皮亞杰進(jìn)一步概括到“個(gè)體的發(fā)展實(shí)際上就是練習(xí)、經(jīng)驗(yàn)、對(duì)環(huán)境的作用等意義上的大量活動(dòng)的產(chǎn)物”[11]，而以維果茨基、列昂捷夫和達(dá)維多夫?yàn)榇淼囊慌疤K聯(lián)教育家和心理學(xué)家將人的發(fā)展基礎(chǔ)確定為在主體對(duì)客體的主動(dòng)實(shí)踐活動(dòng)上，認(rèn)為人的發(fā)展是在他完成某種活動(dòng)的過程中實(shí)現(xiàn)的[12]。因此，針對(duì)具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，應(yīng)立足師范生核心素養(yǎng)培育這一關(guān)鍵落腳點(diǎn)，設(shè)計(jì)還原度高、探究性強(qiáng)、操作模式多元化的實(shí)驗(yàn)軟件，不僅能夠科學(xué)真實(shí)的演繹客觀生命現(xiàn)象，也能夠立足學(xué)習(xí)者思維培養(yǎng)、探究能力培養(yǎng)的需要。每一個(gè)實(shí)驗(yàn)課題的設(shè)計(jì)，都應(yīng)立足于活動(dòng)學(xué)習(xí)理論，有專業(yè)教師、技術(shù)人員的密切配合，有較為復(fù)雜、科學(xué)的設(shè)計(jì)思路，既能夠充分適應(yīng)學(xué)習(xí)者的需求，也能反映一定的情境性和人文性，充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者的主觀能動(dòng)性。

4 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在培育師范生核心素養(yǎng)中的實(shí)踐應(yīng)用

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建成，可有效解決師范生或職后教師培訓(xùn)的學(xué)習(xí)需求，獲得充分的實(shí)驗(yàn)知識(shí)和技能，提升個(gè)人問題解決能力、思維能力、科學(xué)探究能力，深入理解學(xué)科本質(zhì)，形成穩(wěn)定的世界觀和方法論。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用于培育師范生核心素養(yǎng)的過程，是一個(gè)循次漸進(jìn)的、統(tǒng)整師范生技術(shù)思維、學(xué)科思維、教學(xué)法思維的過程。如圖1所示，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在師范生的培養(yǎng)中，首先組織其參與虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的學(xué)習(xí)，掌握基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能，以學(xué)習(xí)者的視角體驗(yàn)虛擬實(shí)驗(yàn)軟件；其次，師范生轉(zhuǎn)換角色為教學(xué)設(shè)計(jì)者，結(jié)合教學(xué)理論，進(jìn)行基于虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)；最后，師范生以教學(xué)實(shí)踐者或課堂觀察者的角色，開展教學(xué)實(shí)踐，并進(jìn)行教學(xué)反思。

圖1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在培育師范生核心素養(yǎng)中的實(shí)踐應(yīng)用

以高中生物學(xué)必修三“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”中的“種間關(guān)系”一節(jié)為例，研究中，利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，并以華中師范大學(xué)第一附屬中學(xué)某高三班級(jí)作為研究客體，組織展開教學(xué)實(shí)踐研究。具體應(yīng)用過程如下：

(1) 掌握實(shí)驗(yàn)技能環(huán)節(jié),虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的開發(fā)與利用?！胺N間關(guān)系”是高中生物學(xué)教材(人教版)必修三第四章第三節(jié)“群落的結(jié)構(gòu)”中極為重要的一部分內(nèi)容。它涵蓋了種群間互利共生、競(jìng)爭(zhēng)、捕食與寄生4種關(guān)系，教學(xué)過程中重點(diǎn)在于4種關(guān)系的概念、實(shí)例與曲線，傳統(tǒng)教學(xué)通過分析曲線變化，來(lái)闡明種間關(guān)系的實(shí)質(zhì)，學(xué)生理解時(shí)比較抽象。如圖2所示，本研究借鑒了國(guó)外虛擬實(shí)驗(yàn)網(wǎng)站Virtual biology lab中的有關(guān)內(nèi)容，在取得平臺(tái)開發(fā)小組的同意之后，利用Netlogo對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)軟件進(jìn)行了漢化和完善，圍繞著如何更好地探究種群間互利共生、競(jìng)爭(zhēng)、捕食與寄生4種關(guān)系，進(jìn)一步設(shè)計(jì)為可開展探究實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)互動(dòng)的便于實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)的軟件，將虛擬實(shí)驗(yàn)軟件科學(xué)地應(yīng)用到課堂教學(xué)中。

圖2 “種間關(guān)系”虛擬實(shí)驗(yàn)軟件操作界面

(2) 進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì),基于虛擬實(shí)驗(yàn)軟件進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮學(xué)情，為使虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果達(dá)到最優(yōu)化，課堂教學(xué)按照2課時(shí)進(jìn)行教學(xué)組織，并且第1課時(shí)采用翻轉(zhuǎn)課堂的方式組織教學(xué)，第2課時(shí)的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)在智慧教室中展開，該教室可提供充分的條件性資源。在虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，每個(gè)小組配發(fā)1部平板電腦，教師發(fā)布實(shí)驗(yàn)任務(wù)，組織學(xué)生分小組進(jìn)行合作學(xué)習(xí)，要求學(xué)生通過設(shè)計(jì)盡可能少的實(shí)驗(yàn)方案，探究4個(gè)未知物種的種間關(guān)系，并提供數(shù)字化資源支持。學(xué)生結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂理論學(xué)習(xí)，利用資源展開實(shí)驗(yàn)探究，并可實(shí)時(shí)與教師和其他小組展開討論，在觸控式電子白板上進(jìn)行演示交流。

(3) 開展教學(xué)實(shí)踐,虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐的開展。教學(xué)設(shè)計(jì)完成后，利用虛擬實(shí)驗(yàn)軟件開展了教學(xué)實(shí)踐。實(shí)踐過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)興致很高，課堂氣氛活躍，但同時(shí)也增加了教學(xué)組織的難度；學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)軟件操作過程中會(huì)遇到各種各樣的問題，這對(duì)教師在解決復(fù)雜教學(xué)問題、適應(yīng)不可預(yù)測(cè)教學(xué)情境等能力上提出了更高的要求。教學(xué)結(jié)果顯示，相比傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生在此種情境下的學(xué)習(xí)呈現(xiàn)多元化的勢(shì)頭，更能夠深入挖掘細(xì)節(jié)性的學(xué)習(xí)問題，甚至能夠?qū)⒏鞣N知識(shí)用聯(lián)系的眼光進(jìn)行學(xué)習(xí)和探索，學(xué)習(xí)效果顯著。

筆者編制“學(xué)習(xí)效果自我評(píng)價(jià)”問卷并進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果表明，相較傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式，許多學(xué)生認(rèn)為開展信息化教學(xué)，應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)更能夠滿足自身個(gè)性化的學(xué)習(xí)需求，在激發(fā)學(xué)習(xí)自主性、開展合作學(xué)習(xí)等方面均能取得令人滿意的學(xué)習(xí)效果，如表1所示。

表1 調(diào)查問卷部分調(diào)查項(xiàng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果 %

在“種間關(guān)系”虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)例中，師范生在開發(fā)完善虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的過程中，獲得了相關(guān)知識(shí)和技能；在進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于如何將虛擬實(shí)驗(yàn)軟件應(yīng)用到教學(xué)中、如何使教學(xué)達(dá)到最優(yōu)化、應(yīng)該選擇怎樣的教學(xué)策略、在新的教學(xué)情境下會(huì)出現(xiàn)哪些問題及其對(duì)策等問題，筆者與授課者都進(jìn)行了深入的思考；在整個(gè)摸索探究過程中，也進(jìn)一步增強(qiáng)了筆者對(duì)生物學(xué)學(xué)科本質(zhì)的理解。

因此，在師范生的培養(yǎng)環(huán)節(jié)，可要求學(xué)生在熟練掌握虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的前提下，嘗試在中學(xué)開展虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，然后再展開一線實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐，能夠完成實(shí)踐到理論再到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化。這個(gè)過程一方面是統(tǒng)整其學(xué)科思維、教學(xué)法思維和技術(shù)思維的過程，同時(shí)也是要求其針對(duì)復(fù)雜教學(xué)問題進(jìn)行具體解決的過程。

5 基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的師范生核心素養(yǎng)培育的價(jià)值分析

(1) 有助于認(rèn)識(shí)學(xué)科本質(zhì)，提升科學(xué)探究能力和高級(jí)思維能力。根據(jù)美國(guó)視聽教育專家愛德加·戴爾(Edger Gale)“經(jīng)驗(yàn)之塔”理論，不難得到啟示：在教學(xué)中，越是直接具體的經(jīng)驗(yàn)，越易于學(xué)習(xí)。因此，教學(xué)應(yīng)當(dāng)從真實(shí)情境出發(fā)，基于學(xué)生的具體經(jīng)驗(yàn)，逐步從具體過渡到抽象。學(xué)習(xí)間接經(jīng)驗(yàn)應(yīng)盡可能以直接經(jīng)驗(yàn)作為充實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也要適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生向抽象思維發(fā)展[13]。有國(guó)外學(xué)者通過對(duì)科學(xué)探究和工程實(shí)驗(yàn)的研究表明，模擬實(shí)驗(yàn)在加深概念理解方面具有明顯的促進(jìn)作用[14]。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建了一個(gè)自主、交互、開放的學(xué)習(xí)環(huán)境，模擬了現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)情境，把學(xué)習(xí)者置于復(fù)雜的、有意義的、真實(shí)的問題中，借助教師和同伴的幫助，在積極參與和互動(dòng)的過程中，獲得真實(shí)的體驗(yàn)并進(jìn)而形成高級(jí)思維能力，即是構(gòu)建一個(gè)“真實(shí)性學(xué)習(xí)”的空間和過程，這將有助于學(xué)生在學(xué)習(xí)中深刻認(rèn)識(shí)和理解概念，提升科學(xué)探究能力。

(2) 有助于培養(yǎng)數(shù)字資源整合意識(shí)，利用技術(shù)工具豐富課堂表達(dá)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)作為一種信息化技術(shù)工具，其在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，不僅重塑了物理環(huán)境和師生情感環(huán)境，甚至使學(xué)習(xí)呈現(xiàn)多樣化、數(shù)字化的態(tài)勢(shì)。

在這種形勢(shì)下，師范生作為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的親歷者，又具有良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，極有可能將自身的學(xué)習(xí)方法轉(zhuǎn)化為個(gè)人教學(xué)方法，并能夠以此為突破口，充分意識(shí)到整合數(shù)字資源、利用新技術(shù)新工具變革課程教與學(xué)的重要價(jià)值。因此，如何整合應(yīng)用多種數(shù)字資源和技術(shù)工具，實(shí)施以學(xué)習(xí)者為中心、以學(xué)為主、以問題為導(dǎo)向的研究型教學(xué)，延展教學(xué)空間從以課堂為主到課內(nèi)外相結(jié)合，構(gòu)建更適應(yīng)當(dāng)前學(xué)習(xí)者需求的教學(xué)環(huán)境和學(xué)習(xí)資源，將成為師范生核心素養(yǎng)培育體系中的重要內(nèi)容。

(3) 有助于實(shí)現(xiàn)技術(shù)—教學(xué)法—學(xué)科知識(shí)的有機(jī)整合，提升信息化素養(yǎng)。信息化素養(yǎng)是當(dāng)代師范生核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，它體現(xiàn)出師范生對(duì)信息技術(shù)的理解力、適應(yīng)力和實(shí)踐能力。在基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的教學(xué)中，學(xué)習(xí)環(huán)境不斷虛擬化、師生關(guān)系趨向伙伴化、教學(xué)組織形式逐漸合作化，當(dāng)硬件、軟件、潛件充分投入后，學(xué)習(xí)者或施教者的信息技術(shù)素養(yǎng)將成為制約信息化發(fā)展的瓶頸。因此，某種程度而言，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)賴以共享和使用的基礎(chǔ)是以學(xué)習(xí)者和施教者信息化素養(yǎng)為核心搭建的教學(xué)共同體。

作為學(xué)習(xí)者的師范生，其課堂學(xué)習(xí)本身就應(yīng)當(dāng)是能動(dòng)的、交互的、全天候性的，在課堂中不僅學(xué)習(xí)到知識(shí)和技能，更應(yīng)該能從施教者的角度進(jìn)行反思，提升學(xué)科知識(shí)、教學(xué)法與技術(shù)的整合能力，提升個(gè)人信息化素養(yǎng)。

(4) 順應(yīng)信息時(shí)代發(fā)展，樹立終身學(xué)習(xí)思想。當(dāng)今信息技術(shù)發(fā)展迅速，以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為例，搭載其程序內(nèi)容的軟硬件都受到使用壽命的制約，即技術(shù)工具的更新是與時(shí)俱進(jìn)的，一方面具有迭代周期短、應(yīng)用轉(zhuǎn)化周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，另一方面技術(shù)工具也向著大眾化、簡(jiǎn)易化、人性化的方向發(fā)展。盡管如此，信息時(shí)代，信息技術(shù)與教學(xué)的相互融合是個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，因此，對(duì)于師范生或一線教師而言，若要順應(yīng)信息時(shí)代的發(fā)展，就必須樹立終身學(xué)習(xí)思想。信息時(shí)代的終身學(xué)習(xí)，既要重視自身的知識(shí)補(bǔ)充和信息技術(shù)技能的訓(xùn)練，也要重視提高自身的可持續(xù)發(fā)展的能力，不斷增強(qiáng)教育適應(yīng)能力和創(chuàng)新能力，轉(zhuǎn)變只重視維持性學(xué)習(xí)而忽視創(chuàng)新性學(xué)習(xí)、只重視培養(yǎng)而忽視自我提升的教育觀，真正確立終身發(fā)展、終身受教育的可持續(xù)發(fā)展觀。

6 結(jié) 語(yǔ)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)與開發(fā)帶給教育的不僅是技術(shù)上的進(jìn)步，更是它所體現(xiàn)的內(nèi)涵豐富的教育思想和理念。當(dāng)然，虛擬實(shí)驗(yàn)只是真實(shí)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，它不可能完全替代真實(shí)實(shí)驗(yàn)[13]。真實(shí)實(shí)驗(yàn)的魅力在于它的不可預(yù)測(cè)和人在接觸實(shí)在物體、操作實(shí)驗(yàn)時(shí)身處其中的真實(shí)感覺和感受。虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的設(shè)計(jì)在一定程度上限制了實(shí)驗(yàn)的豐富性，學(xué)生在反復(fù)操作同一種方案時(shí)，每次出現(xiàn)的結(jié)論或“現(xiàn)象”完全相同，容易處于抑制狀態(tài)，大腦對(duì)實(shí)驗(yàn)信息的接受能力將會(huì)降低[15]。

因此，利用虛擬實(shí)驗(yàn)作為教師輔助教學(xué)的工具，就應(yīng)該做到“虛實(shí)結(jié)合”，從而有效地利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)展開教學(xué)。而親歷學(xué)習(xí)體驗(yàn)的師范生在當(dāng)前是該平臺(tái)的使用者，在今后可能就是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源的建設(shè)者、傳播者，二者相互促進(jìn)，相得益彰。因此，如何在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中促進(jìn)師范生核心素養(yǎng)的培育是一個(gè)頗具研究?jī)r(jià)值的課題，值得進(jìn)一步去思考和探索。

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堅(jiān)持傳授知識(shí)、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展、注重對(duì)學(xué)生探索精神、科學(xué)思維、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

——摘自《教育[2005]8號(hào)文件》

ResearchontheApplicationoftheVirtualSimulationExperimentPlatformforCultivatingtheKeyCompetenciesofStudentTeachers

ZHUJiahuaa,LIBingb,c,LIChunyangb,CUIHongb

(a.School of Teacher Education； b.School of Life Sciences； c.The National Biology Virtual Simulation Experiment Teaching Center, Central China Normal University, Wuhan 430079, China)

The virtual simulation experiment platform has a good effect to make up the deficiency of traditional experiment teaching, and cultivate the key competencies of student teachers.The effectiveness of the virtual simulation experiment platform to improve the quality of experiment teaching and the necessity of cultivating the key competencies of student teachers are discussed, the strategy for constructing the platform tocultivatethe key competences of student teachers is presented,the application of virtual simulation experiment platform in cultivating the core competence of normal students is given and the value of the cultivation of the key competences of students teachers based on the experimental platform is analyzed.It is believed that the virtual simulation experiment platform has a positive effect on improving students’ exploring abilities and higher order thinking skills(HOTS), and enhancesthe level of information literacy and helpsstudents to set up the concept of lifelong learning.

student teachers; key competencies; virtual simulation experiment; exploring ability; lifelong learning

G 642.0

A

1006-7167(2017)10-0205-05

2016-11-17

教育部卓越教師培養(yǎng)計(jì)劃改革項(xiàng)目(教師廳[2014]5號(hào))：卓越中學(xué)數(shù)字化教師培養(yǎng)；華中師范大學(xué)信息化應(yīng)用自主科研項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)CCNU16IT0318)：基于虛擬實(shí)驗(yàn)的中學(xué)生物學(xué)教學(xué)資源設(shè)計(jì)與實(shí)施

朱家華(1989-)，男，山東淄博人，博士生，研究方向?yàn)椋赫n程與教學(xué)論、科學(xué)教育。Tel.: 13554324029; E-mail: 292301642@qq.com

崔 鴻(1963-)，女，河南南陽(yáng)人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)椋嚎茖W(xué)教育、教師教育、信息化教學(xué)。Tel.: 027-67867724； E-mail: cuihong@mail.ccnu.edu.cn