葉劍強(qiáng) 畢華林

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國(guó)際數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究的熱點(diǎn)、前沿與啟示*

葉劍強(qiáng) 畢華林[通訊作者]

（山東師范大學(xué) 科學(xué)教育與科技創(chuàng)新研究中心，山東濟(jì)南 250014）

文章以來自Scopus數(shù)據(jù)庫(kù)1984～2017年有關(guān)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究的1610篇文章為研究對(duì)象，通過CiteSpace Ш和VOSviewer 1.6.5軟件，對(duì)近30年來國(guó)際上數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和聚類主題進(jìn)行了可視化分析。結(jié)果顯示，在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家既具有高產(chǎn)出論文，也具有較高的中心度，是本領(lǐng)域研究的主導(dǎo)者，但中國(guó)、印度等發(fā)展中國(guó)家進(jìn)步迅速；在研究熱點(diǎn)領(lǐng)域，主要有教育教學(xué)的研究、（遠(yuǎn)程）用戶的體驗(yàn)以及數(shù)字化技術(shù)的開發(fā)這三個(gè)方向；從熱點(diǎn)聚類來看，進(jìn)入21世紀(jì)之后，研究者開始關(guān)注虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在STEM教學(xué)中對(duì)中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的促進(jìn)研究以及高校數(shù)字化實(shí)驗(yàn)課程體系的構(gòu)建與評(píng)價(jià)研究等主題。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；研究熱點(diǎn)；可視化分析；CiteSpace Ш；VOSviewer 1.6.5

引言

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是以真實(shí)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，借助計(jì)算機(jī)來完成的實(shí)驗(yàn)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究一直是STEM——自然科學(xué)（Science）、技術(shù)學(xué)（Technology）、工程學(xué)（Engineering）以及數(shù)學(xué)（Math）學(xué)科領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。國(guó)際上的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)主要有兩類：一種為微型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室（Microcomputer-Based Laboratories，MBL），另一種為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室（Simulation-Based Laboratories，SBL）[1]。前者在國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的應(yīng)用比較廣泛，主要涉及基于傳感器的移動(dòng)手持技術(shù)/掌上電腦（Hand Held Technology或Lab in Hand），移動(dòng)手持技術(shù)的便攜性及其實(shí)時(shí)收集、顯示和整理數(shù)據(jù)的功能為它在基礎(chǔ)教育中的應(yīng)用帶來諸多便利[2]。后者在國(guó)內(nèi)高等學(xué)校中的應(yīng)用比較普及，即虛擬實(shí)驗(yàn)室（Virtual Laboratories）。目前，國(guó)內(nèi)大學(xué)大多建有自己的虛擬實(shí)驗(yàn)室，主要為了滿足日?？蒲泻徒虒W(xué)的需要。二戰(zhàn)以后，隨著第三次科技革命的到來，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為教育教學(xué)領(lǐng)域帶來新的曙光。尤其在科學(xué)教育領(lǐng)域，技術(shù)在幫助學(xué)生理解科學(xué)概念、促進(jìn)青少年成長(zhǎng)及其科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展方面發(fā)揮著越來越重要的作用[3]-[4]。

以MBL為例，它能將真實(shí)世界的各類變量（物理、化學(xué)、生物等）轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，它對(duì)真實(shí)世界的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行過濾與放大、存儲(chǔ)與傳遞、分析與計(jì)算、可視化加工與呈現(xiàn)，具有便攜、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、直觀和定量等特征。SBL涉及虛擬操作，它能夠模擬部分科學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，個(gè)體可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所取得的學(xué)習(xí)效果等值于甚至優(yōu)于在真實(shí)環(huán)境下所獲取的，具有交互性、真實(shí)性、沉浸性等特征。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生科學(xué)概念的理解、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛦栴}解決能力的培養(yǎng)以及創(chuàng)新精神和科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展意義重大。

本研究使用可視化的文獻(xiàn)計(jì)量方法對(duì)過去30年來數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域的重要文獻(xiàn)進(jìn)行梳理和挖掘，通過CiteSpace Ⅲ和VOSviewer 1.6.5軟件，對(duì)國(guó)家（地區(qū)）及機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵詞共現(xiàn)、關(guān)鍵詞突顯、關(guān)鍵詞聚類等進(jìn)行分析，以探究數(shù)字化實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)、發(fā)展歷程以及未來趨勢(shì)，以期為數(shù)字化實(shí)驗(yàn)理論研究和實(shí)踐探索提供參考。

一數(shù)據(jù)來源與研究方法

1 數(shù)據(jù)來源

Scopus是目前全球規(guī)模最大的文摘和引文數(shù)據(jù)庫(kù)，本研究選擇Scopus為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。Scopus的內(nèi)容相對(duì)于其它單一的數(shù)據(jù)庫(kù)更全面，涵蓋的學(xué)科領(lǐng)域也更加廣泛。以Scopus為數(shù)據(jù)源，輸入檢索語(yǔ)句TS = “Simulation Based Lab” OR “Microcomputer Based Lab” OR “Virtual Lab” OR “Remote Lab” OR“Online Collaboratory” OR “ Lab in Hand ” OR “Hand Held Technology”。檢索的時(shí)間為1984年1月1日至2017年12月25日，檢索的文獻(xiàn)類型選擇“Article or Conference Paper”。最終得到數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究文獻(xiàn)共1610篇文章，其中研究性論文478篇，會(huì)議論文1132篇。

2 研究進(jìn)程

本研究使用的軟件主要包括CiteSpace Ⅲ和VOSviewer 1.6.5。具體研究過程如下：首先，從Scopus數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)出檢索到的1610篇文獻(xiàn)的所有可用信息；其次，將生成的文件導(dǎo)入VOSviewer 1.6.5進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析，然后使用CiteSpace Ⅲ對(duì)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，接著建立分項(xiàng)目，創(chuàng)建New Project，并在偏好Preferences中選擇英文支持；再次，在主窗口中右側(cè)配置分析中，其時(shí)間配置Time Slicing選擇1984～2017年間，切片Years Per Slice為2，節(jié)點(diǎn)類型Node Type分別為Country和Keyword，剪裁方法選擇MST（Pruning Sliced Networks和Pruning the Merged Network）；最后，對(duì)所獲得的結(jié)果進(jìn)行可視化分析與解讀。

二 國(guó)際數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析

1 時(shí)間維度

為了能夠宏觀地了解國(guó)際上數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究的具體產(chǎn)出情況，本研究分析了歷年來數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究論文出版數(shù)量的趨勢(shì)變化，如圖1所示。從國(guó)際網(wǎng)絡(luò)出版的論文來看，Scopus數(shù)據(jù)庫(kù)能夠查詢到的最早的有關(guān)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的論文來自于1984年的2篇論文：第一篇是美國(guó)馬薩諸塞州劍橋?qū)W院技術(shù)教育研究中心的Tinker[5]于1984年參加全美第六屆年度全國(guó)教育技術(shù)大會(huì)時(shí)所提交的《為有學(xué)習(xí)障礙的學(xué)生所設(shè)計(jì)的基于微型計(jì)算機(jī)的科學(xué)學(xué)習(xí)工具》；另一篇?jiǎng)t是Hewitt[6]于1984年發(fā)表在上的《“虛擬”實(shí)驗(yàn)室的理念：基于當(dāng)前時(shí)期的深思》一文。由圖1可知，國(guó)際上有關(guān)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的研究自1984年以來整體呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)。

2 國(guó)家維度

從研究成果的來源地看，美國(guó)、中國(guó)、西班牙以及葡萄牙等國(guó)家在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域的合作及產(chǎn)出都比較突出。表1直觀地呈現(xiàn)了各個(gè)國(guó)家在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域的論文產(chǎn)出數(shù)量、論文的被引數(shù)以及各個(gè)國(guó)家的中心度。其中，美國(guó)作為高產(chǎn)國(guó)家，刊出論文275篇，在數(shù)量上排在第一位，其中心度高達(dá)0.91，被引頻次也達(dá)到了117次。而中國(guó)在出版數(shù)量和被引次數(shù)上均位列第3名，但是在中心度上卻沒有進(jìn)入前10名。印度也存在類似狀況，它的論文數(shù)量位居第6名，被引次數(shù)位居第4名，但在中心度上也止步于前10名。由此不難看出，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域占據(jù)中心性和領(lǐng)導(dǎo)性地位。

圖1 文獻(xiàn)量變化趨勢(shì)圖

圖2 關(guān)鍵詞共現(xiàn)

表1 高產(chǎn)量、高被引與高中心度國(guó)家分析

3 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

VOSviewer 1.6.5提供基于標(biāo)簽視圖（Label View）對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行的共現(xiàn)分析，如圖2所示，圖中節(jié)點(diǎn)為主要關(guān)鍵詞，節(jié)點(diǎn)和字體的大小由其權(quán)重決定，節(jié)點(diǎn)間的連線表示關(guān)鍵詞的共現(xiàn)關(guān)系。標(biāo)簽視圖中連線的多少可以表明各關(guān)鍵詞研究領(lǐng)域之間聯(lián)系的緊密或疏松。依據(jù)關(guān)鍵詞之間的關(guān)聯(lián)性分析得到的共現(xiàn)結(jié)果顯示，關(guān)鍵詞被劃分成了3大版塊：第一，以學(xué)生（Student）、課程（Course）、教師（Instructor）等為代表的教育教學(xué)領(lǐng)域關(guān)鍵詞；第二，與遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室（Remote Lab）、大學(xué)（University）以及用戶（User）等數(shù)字化實(shí)驗(yàn)應(yīng)用領(lǐng)域研究相關(guān)的關(guān)鍵詞；第三，與模型（Model）、仿真（Simulation）以及數(shù)據(jù)（Result）等數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)的整合和開發(fā)研究相關(guān)的關(guān)鍵詞。但是，從圖2中也可以看到：上半部分（第二版塊）不管是標(biāo)簽、節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，還是連線的密度，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于左下部分（第一版塊）和右下部分（第三版塊）。這足以說明，目前基于用戶個(gè)體使用和體驗(yàn)的國(guó)際數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究還不夠深入，或者說該類研究依然缺乏精細(xì)化分類，各個(gè)關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系需要得到更多的重視，因此，此類別的研究有待進(jìn)一步深化。具體而言，可以通過加強(qiáng)此類別與其它版塊之間的交叉、融合研究，以求探尋新的研究方向與思路?？傮w而言，以關(guān)鍵詞聚類分析而獲取的結(jié)果顯示，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的研究主要分布于教育教學(xué)的研究、（遠(yuǎn)程）用戶的體驗(yàn)以及數(shù)字化技術(shù)的開發(fā)這三個(gè)方面。

4 關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析

進(jìn)入21世紀(jì)之后，互聯(lián)網(wǎng)的普及帶來了數(shù)字實(shí)驗(yàn)研究的新熱潮，本領(lǐng)域的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞開始突顯，如表2所示。研究者們開始關(guān)注借助互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建教師教學(xué)所需的多媒體虛擬課程這一研究主題，但虛擬課程的構(gòu)建需要借助數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，有較大的局限性?；诙嗝襟w網(wǎng)絡(luò)的異步學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型強(qiáng)調(diào)將課堂延伸到學(xué)校之外，把課上的視頻放到網(wǎng)絡(luò)上供大家交流與學(xué)習(xí)，為師生雙方都帶來較大便利[7]。隨著全球化進(jìn)程的深入，單一、局域式的因特網(wǎng)（強(qiáng)度為8.37）也由此進(jìn)入全球化互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代（強(qiáng)度為5.37）。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的研究也由此進(jìn)入了嶄新的時(shí)代，一些新穎的互聯(lián)網(wǎng)詞匯開始出現(xiàn)，如虛擬現(xiàn)實(shí)（強(qiáng)度為2.94）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（強(qiáng)度為3.0）、交互式模擬（強(qiáng)度為3.37）等。對(duì)于需要實(shí)驗(yàn)研究的理工科領(lǐng)域而言，數(shù)字實(shí)驗(yàn)的成熟對(duì)他們開展網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)活動(dòng)提供諸多的便利，尤其是基于萬維網(wǎng)開發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)室可以對(duì)研究者進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的耦合和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集顯示出巨大的潛力[8]。

表2 關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析

進(jìn)入2010年以后，關(guān)鍵詞突現(xiàn)的頻率開始增加，基本上每一年都至少突顯一個(gè)詞。尤其是在STEM教育領(lǐng)域，學(xué)者越來越希望在線實(shí)驗(yàn)室能夠代替或部分取代傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室，基于2D、3D的視頻、動(dòng)畫以及文字內(nèi)容的集成環(huán)境對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力產(chǎn)生了深刻的影響，它為學(xué)生提供了良好的臨場(chǎng)感實(shí)驗(yàn)環(huán)境，并能夠幫助學(xué)生更好地理解科學(xué)概念[9]。

三國(guó)際數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究的主題聚類分析

為了能夠更加清晰地洞悉數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，從“Summary of Clusters”聚類主題信息匯總結(jié)果可知，國(guó)際上數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究共有11個(gè)聚類主題。其中，有7個(gè)核心關(guān)鍵詞自成一類，內(nèi)含關(guān)鍵詞超過5個(gè)的聚類主題有8個(gè)。限于篇幅，這里只選取其中3個(gè)展開論述：

①聚類#0的規(guī)模最大，它主要討論了通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）以及改善用戶的界面設(shè)計(jì)來展開網(wǎng)絡(luò)協(xié)作式線上實(shí)驗(yàn)。Cardoso等[10]認(rèn)為基于新興技術(shù)發(fā)展的在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為網(wǎng)絡(luò)教育培訓(xùn)和在線課程學(xué)習(xí)提供了便利，尤其是虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、模板、內(nèi)容和界面設(shè)計(jì)相結(jié)合的技術(shù)可以提高用戶感知和認(rèn)知的能力。Cardoso等發(fā)現(xiàn)，在被試者藥物攝入和排泄的生理過程的數(shù)字模擬實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以借助可視化和遠(yuǎn)程系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)并觀察虛擬系統(tǒng)所演示的生理系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為。協(xié)作式網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室是虛擬教育的一個(gè)熱門領(lǐng)域，隨著互聯(lián)網(wǎng)和學(xué)術(shù)網(wǎng)絡(luò)的快速成長(zhǎng)，越來越多的研究人員對(duì)共享實(shí)驗(yàn)室服務(wù)充滿興趣。隨著時(shí)代和科技的穩(wěn)步發(fā)展，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室也會(huì)逐步向綜合性的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室過渡。

②聚類#1關(guān)注數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在STEM教育領(lǐng)域的應(yīng)用問題。在中等教育領(lǐng)域，如何通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)提升中學(xué)生在自然科學(xué)、技術(shù)、工程以及數(shù)學(xué)方面的知識(shí)素養(yǎng)是學(xué)者們非常關(guān)注的熱點(diǎn)。Iskander等[11]認(rèn)為高度交互性的多媒體模塊和虛擬組織工具對(duì)提升和改善學(xué)校STEM課程的有效性有促進(jìn)作用。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在講授抽象科學(xué)概念方面已被證明是較有效的手段，特別是STEM領(lǐng)域中的各個(gè)學(xué)科。Lindgren等[12]以物理課堂為例，讓學(xué)生身臨其境于仿真重力和行星運(yùn)動(dòng)，并將他們與只使用了桌面版本模擬仿真學(xué)習(xí)的學(xué)生進(jìn)行比較。兩組成員的科學(xué)成績(jī)和科學(xué)態(tài)度的測(cè)試結(jié)果表明，基于交互式仿真體驗(yàn)的學(xué)生有顯著性的收獲、更深層次的體驗(yàn)以及更積極的科學(xué)態(tài)度。由此可以看出，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)除了能夠提升學(xué)生科學(xué)態(tài)度、成績(jī)以及活動(dòng)體驗(yàn)，對(duì)于學(xué)習(xí)環(huán)境改變（傳統(tǒng)的書面學(xué)習(xí)—桌面仿真學(xué)習(xí)—交互式體驗(yàn)學(xué)習(xí)）也有積極作用。

③聚類#2涉及的主題是有關(guān)高等教育數(shù)字化實(shí)驗(yàn)課程體系的研究。相較于中等教育，高校在建設(shè)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)課程體系的過程中，無論是在技術(shù)上還是人力資源上都有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。高等學(xué)校學(xué)科建設(shè)經(jīng)費(fèi)以及國(guó)家財(cái)政補(bǔ)貼也為數(shù)字化實(shí)驗(yàn)課程體系的建設(shè)提供了有利支持。Tawfik[13]于20世紀(jì)90年代中期就已經(jīng)開始將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室整合到大學(xué)課程的研究。他們認(rèn)為，雖然有關(guān)這樣的嘗試和報(bào)道屢見不鮮，但是有關(guān)學(xué)生具體對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)收獲以及在何種條件下這種系統(tǒng)可以更有效的研究卻很少，并且也缺乏證明其教學(xué)有效性的資料和數(shù)據(jù)。Alves[14]也贊同上述觀點(diǎn)，他在高校虛擬實(shí)驗(yàn)課堂中開展了對(duì)500位學(xué)生具體學(xué)習(xí)收獲的初步評(píng)價(jià)研究。總之，高校在開設(shè)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)課程方面不存在資金和技術(shù)上的問題也不缺乏相應(yīng)的人才。但是，在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)課程后期的學(xué)生學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)以及教學(xué)有效性評(píng)估方面有待本領(lǐng)域研究者繼續(xù)深入探索。

四結(jié)論與啟示

本研究利用CiteSpace Ⅲ和VOSviewer 1.6.5對(duì)國(guó)際上數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究的論文進(jìn)行可視化分析，直觀形象地得到該領(lǐng)域研究高中心度國(guó)家、高頻關(guān)鍵詞以及熱點(diǎn)主題領(lǐng)域。國(guó)際上數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究熱點(diǎn)對(duì)當(dāng)前我國(guó)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的研究和發(fā)展有以下啟示：

第一，持續(xù)加大對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)創(chuàng)新研究的資本和人力投入。當(dāng)前國(guó)際上數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究的核心力量主要來自美國(guó)、西班牙以及葡萄牙等西方發(fā)達(dá)國(guó)家，這些國(guó)家是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的中堅(jiān)力量，在本領(lǐng)域有較高的影響力。雖然中國(guó)、印度等國(guó)家在論文數(shù)量上的排名比較靠前，但要在本領(lǐng)域達(dá)到像上述發(fā)達(dá)國(guó)家那樣的影響力還需要持續(xù)不斷地投入人力和物力資源。

第二，加強(qiáng)協(xié)作式遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室的深度開發(fā)研究。具體表現(xiàn)為：積極改善用戶界面設(shè)計(jì)、開發(fā)服務(wù)型網(wǎng)絡(luò)合作實(shí)驗(yàn)室以及增強(qiáng)虛擬與現(xiàn)實(shí)的聯(lián)系。2012年以來，世界范圍內(nèi)積極倡導(dǎo)的高校MOOC建設(shè)和翻轉(zhuǎn)課堂建設(shè)為數(shù)字實(shí)驗(yàn)研究在遠(yuǎn)程協(xié)作上的深度開發(fā)提供了借鑒。未來數(shù)字實(shí)驗(yàn)技術(shù)及實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)在借鑒MOOC的同時(shí)，可以利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加強(qiáng)其遠(yuǎn)程線上互動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)。鄭衛(wèi)兵等[15]利用Web 2.0的技術(shù)和理念，通過有設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方法，探索了支持混合式教學(xué)的資源建設(shè)模型，初步實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)和學(xué)習(xí)過程的貫通，構(gòu)建了支持分層多元服務(wù)的“一站式”教學(xué)環(huán)境，提高了學(xué)生網(wǎng)上學(xué)習(xí)的參與度和網(wǎng)上教學(xué)效果。

第三，深化數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的應(yīng)用研究。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)創(chuàng)設(shè)并提供生動(dòng)、直觀而出人意料的問題情境，能夠動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)過程，刺激學(xué)生視覺并引起認(rèn)知沖突、引發(fā)學(xué)生理性思考，將大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的熱情與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在自然科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域?qū)τ诖龠M(jìn)學(xué)生科學(xué)概念的理解、培養(yǎng)其科學(xué)探究能力等方面起著重要作用。此外，要加快普及基礎(chǔ)教育虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，有條件的學(xué)?？梢胍苿?dòng)手持技術(shù)設(shè)備，把先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)整合到中小學(xué)的STEM教學(xué)之中。而積極借鑒國(guó)際上流行的虛擬遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室，開展線上實(shí)驗(yàn)互動(dòng)教學(xué)，將是我國(guó)基礎(chǔ)教育數(shù)字化實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步發(fā)展的方向。

第四，建設(shè)擁有數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ膸熧Y隊(duì)伍，完善數(shù)字化實(shí)驗(yàn)課程評(píng)價(jià)體系。相較于基礎(chǔ)教育機(jī)構(gòu)，高校擁有更完善的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備和科學(xué)技術(shù)人員。利用高校數(shù)字化實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)高校師范生的數(shù)字化技術(shù)能力，可為他們將來進(jìn)入基礎(chǔ)教育領(lǐng)域打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；也可定期在中小學(xué)開展高校教師下基層的培訓(xùn)活動(dòng)，從而為一線中小學(xué)教師提供技術(shù)和理論上的幫助。此外，隨著高校虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的逐漸深入與普及，高等教育在步入后數(shù)字化實(shí)驗(yàn)時(shí)代后，要繼續(xù)完善數(shù)字化實(shí)驗(yàn)課程體系的構(gòu)建、積極轉(zhuǎn)變數(shù)字化教學(xué)模式、科學(xué)評(píng)價(jià)數(shù)字化教學(xué)效果以及構(gòu)建多樣化數(shù)字實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)模式等。

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編輯：小西

Hotspots, Frontier Issues and Inspiration of InternationalComputer-based Experimental Research

YE Jian-qiang BI Hua-lin[Corresponding Author]

In this study, 1610 articles on computer-based experimental research published between 1984 and 2017 were selected from the Scopus database and were analyzed. The CiteSpace Ш and VOSviewer 1.65 were used to conduct a visualized analysis on the network structure and clustering topics of the selected articles. The results showed that the developed countries are leaders in this field with high publications and high centrality. However, developing countries such as China and India were in a rapid progress in this field. Considering from the view of research hotspot, computer-based experimental research is widely applied in three areas, namely the educational teaching and learning, (remote) users’ experience and the development of computer-based technology. From the view of hotspot clustering, since the beginning of the 21st century, researchers began to focus on the application of the virtual reality and the augmented reality technology in experiments, the development of collaborative web laboratories, the study of digital experiment to promote scientific literacy of students in STEM and the construction and evaluation of efficient digital experimental curriculum system in higher education, etc.

computer-based experimental research; research hotspot; visualization; CiteSpace Ш; VOSviewer 1.65

G40-057

A

1009—8097（2018）02—0019—06

10.3969/j.issn.1009-8097.2018.02.003

本文為高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金資助課題“青少年科技創(chuàng)新能力發(fā)展水平測(cè)查研究”（項(xiàng)目編號(hào)：20133704110007）的階段性研究成果。

葉劍強(qiáng)，在讀博士，研究方向?yàn)榭茖W(xué)教育，郵箱為1050702337@qq.com。

2017年4月13日