虛擬仿真實驗室在心理學(xué)實驗教學(xué)中的作用

向遠(yuǎn)明, 范 炤, 王伏玲

(1. 華中師范大學(xué) 心理學(xué)院, 湖北 武漢 430079； 2. 國家級心理學(xué)實驗教學(xué)示范中心/國家級心理與行為虛擬仿真實驗教學(xué)中心, 湖北 武漢 430079； 3. 華中師范大學(xué) 實驗室與設(shè)備管理處, 湖北 武漢 430079)

虛擬仿真實驗室在心理學(xué)實驗教學(xué)中的作用

向遠(yuǎn)明1,2, 范 炤1,2, 王伏玲3

(1. 華中師范大學(xué) 心理學(xué)院, 湖北 武漢 430079； 2. 國家級心理學(xué)實驗教學(xué)示范中心/國家級心理與行為虛擬仿真實驗教學(xué)中心, 湖北 武漢 430079； 3. 華中師范大學(xué) 實驗室與設(shè)備管理處, 湖北 武漢 430079)

在現(xiàn)代教育信息化新常態(tài)下,運(yùn)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立心理與行為虛擬仿真實驗室,實現(xiàn)了一批在傳統(tǒng)實驗室中無法做到的有高風(fēng)險和高成本的實驗教學(xué)項目。虛擬仿真實驗室能夠有效地拓展實踐研究領(lǐng)域,豐富心理學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容,全面提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。

虛擬仿真實驗室； 心理學(xué)； 實驗教學(xué)

心理學(xué)是一門實驗科學(xué),它是探討人的行為的發(fā)生、發(fā)展及變化規(guī)律的科學(xué)?？茖W(xué)的心理學(xué)的誕生是以德國心理學(xué)家馮特于1879年在萊比錫大學(xué)創(chuàng)建第一個心理學(xué)實驗室為標(biāo)志的,獨(dú)立的心理學(xué)實驗室使心理學(xué)被確立為一門實驗科學(xué)[1]。在現(xiàn)代教育信息化新常態(tài)下開展心理學(xué)教學(xué)和研究,絕不能忽視實驗教學(xué)和實驗室的建設(shè)。

1 建立虛擬仿真實驗室的必要性

實驗室是現(xiàn)代大學(xué)的心臟,是實踐創(chuàng)新設(shè)想、產(chǎn)生創(chuàng)新思維和培養(yǎng)創(chuàng)新能力的重要場所。21世紀(jì)信息化的快速發(fā)展使教育發(fā)生了重大變革,教育信息化受到了國家的高度重視?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》指出:信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命性影響,必須予以高度重視[2]。教育部印發(fā)了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020)》,要求“利用先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù),整合資源,構(gòu)建先進(jìn)、高效、實用的高等教育信息基礎(chǔ)設(shè)施”,推進(jìn)“實驗教學(xué)平臺等信息化建設(shè)”[3]。

虛擬仿真實驗室的建設(shè)順應(yīng)了新常態(tài)下高等教育的發(fā)展趨勢,是高等學(xué)校實驗教學(xué)信息化的最新舉措。以華中師范大學(xué)為例,近年來,學(xué)校堅持“一體兩翼,建設(shè)高水平大學(xué)”的辦學(xué)思想,大力推進(jìn)信息化、國際化兩項重點(diǎn)改革舉措。在數(shù)字化建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)教育建設(shè)的基礎(chǔ)上,華中師范大學(xué)整合心理、信息、工程等學(xué)科資源,依托2010年獲批的“青少年網(wǎng)絡(luò)心理與行為教育部重點(diǎn)實驗室”和2012年獲批的“國家級心理學(xué)實驗教學(xué)示范中心”,大力推進(jìn)心理與行為虛擬仿真實驗室的建設(shè),并于2014年1月獲批建設(shè)“國家級心理與行為虛擬仿真實驗教學(xué)中心”(以下簡稱“中心”)。

該中心旨在貫徹教育部“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”的指導(dǎo)思想,將虛擬仿真技術(shù)引入心理學(xué)的教學(xué)和科研,更好地促進(jìn)對處于多維信息空間中的個體如何與外部世界進(jìn)行信息交流的理解和探索,成功模擬、實現(xiàn)了一批在傳統(tǒng)實驗室中無法做到,或者具有高風(fēng)險和高成本的心理學(xué)實驗教學(xué)項目,體現(xiàn)了綠色實驗教學(xué)的理念,有效地拓展了實驗的時間和空間,提高了心理學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量。

2 虛擬仿真實驗室在心理學(xué)實驗中的作用

1989年,美國的Wulf教授提出了虛擬仿真實驗室概念。虛擬仿真實驗室使用虛擬現(xiàn)實(virtual reality,VR)技術(shù),綜合了各種計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),是現(xiàn)代仿真技術(shù)的延伸。它是由計算機(jī)模擬真實的環(huán)境,參與人員對虛擬環(huán)境中的目標(biāo)進(jìn)行操控和交流,從而產(chǎn)生與真實環(huán)境相同或相近的體驗[4]。對于心理學(xué)實驗來說,虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以很好地呈現(xiàn)視覺圖形,也能呈現(xiàn)聽覺刺激,而這兩種通道是人獲得外部世界信息的主要通道,占人所獲得外部信息量的95%,是進(jìn)行心理學(xué)研究的主要領(lǐng)域。VR技術(shù)不但可以較好地模擬、再現(xiàn)現(xiàn)實場景,構(gòu)建某些基于倫理學(xué)原因無法通過其他手段使用的實驗場景(例如道德兩難問題的實驗場景),還可以對其所模擬場景中的元素(包括刺激的內(nèi)容和表象、任務(wù)的復(fù)雜度和被試的響應(yīng)等)實施精確、實時、全面的控制與記錄?？傊?以虛擬現(xiàn)實為代表的虛擬仿真技術(shù)在心理學(xué)實驗教學(xué)、研究中具有廣泛的應(yīng)用價值和深遠(yuǎn)的意義。

2.1 突破時空和各種因素的限制

虛擬仿真實驗室是基于網(wǎng)絡(luò)平臺的實驗室,因此學(xué)生可隨時隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)和交流,不受時間、空間和實驗次數(shù)的限制。對于某些傳統(tǒng)實驗教學(xué)中需要數(shù)天或更長時間才能觀察到的變化過程,虛擬仿真實驗室則可在較短的時間內(nèi)將全部過程及結(jié)果模擬、呈現(xiàn)給學(xué)生進(jìn)行觀察分析[5]。

以虛擬“數(shù)字化生理心理實驗平臺”為例,它的界面設(shè)置簡潔、選單操作清晰,只需進(jìn)行點(diǎn)選就能完成高度復(fù)雜的虛擬解剖實驗操作,獲得連續(xù)人體斷層掃描數(shù)據(jù)信息(每個斷層厚度約1 mm),能涵蓋人體所有的解剖結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)有助于教師和學(xué)生全方位觀察人體任一器官的形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、在人體中的位置以及斷層中的位置,并且可以做任意角度的旋轉(zhuǎn)觀察,可方便地用于系統(tǒng)解剖學(xué)、局部解剖學(xué)、斷層解剖學(xué)以及運(yùn)動解剖學(xué)等多門課程的教學(xué),擺脫了傳統(tǒng)生理解剖實驗對實驗動物和人體器官模型實物的依賴。

此外,通過借助校園高速無線網(wǎng)絡(luò),學(xué)生在校園各場所(教室、圖書館、宿舍、運(yùn)動場等)都可以隨時隨地登錄客戶端,高速、快捷、互動地開展生理心理實驗項目,從而達(dá)到突破實驗課時空限制,隨時隨地開展數(shù)字化生理、心理實驗操作。

2.2 創(chuàng)新虛擬仿真實驗項目,豐富實驗教學(xué)內(nèi)容

實驗項目建設(shè)是實驗教學(xué)的靈魂。虛擬仿真實驗室在改進(jìn)、完善傳統(tǒng)實驗項目的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)補(bǔ)充了有助于提高學(xué)生研究、創(chuàng)新能力和動手能力的創(chuàng)新型虛擬仿真實驗項目。中心在實驗課程建設(shè)方面明確提出:在虛擬仿真實驗項目建設(shè)中體現(xiàn)虛實結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實不虛的原則。中心明確要求骨干實驗課教師根據(jù)自己實驗課程的專業(yè)特色,將傳統(tǒng)實驗項目與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相融合,將每門實驗課程安排20%～30%的學(xué)時開展虛擬仿真實驗教學(xué)。

在實驗內(nèi)容方面,新增加的虛擬仿真實驗項目既包括相關(guān)學(xué)科最新、最前沿的一些實驗,也包括一些利用已有科研成果轉(zhuǎn)化的實驗教學(xué)內(nèi)容。通過持續(xù)的實驗項目建設(shè),實驗項目庫不斷擴(kuò)大和創(chuàng)新,大大地豐富了實驗教學(xué)內(nèi)容,為學(xué)生提供了實驗的多樣性和靈活性[6]。目前,實驗項目庫中已增加了近30項心理學(xué)綜合性、創(chuàng)新型實驗,例如:“虛擬學(xué)習(xí)情境中注意多動障礙兒童認(rèn)知加工特征”、“虛擬現(xiàn)實在社交焦慮癥治療中的應(yīng)用”、“虛擬現(xiàn)實在恐高癥治療中的應(yīng)用”、“虛擬創(chuàng)造性問題解決實驗”、“虛擬兒童養(yǎng)育系統(tǒng)”、“虛擬情境下執(zhí)行功能檢測和訓(xùn)練”、“虛擬情景中人類空間導(dǎo)航”等實驗項目。

2.3 模擬高危環(huán)境，避免實驗風(fēng)險

利用虛擬仿真實驗室可以模擬一些在傳統(tǒng)實驗室中無法做到的有高度風(fēng)險、高成本的實驗教學(xué)項目。以虛擬心理咨詢與治療實驗平臺為例,通過構(gòu)建一系列能夠使恐高癥患者產(chǎn)生恐高心理的模擬實驗場景(例如觀光電梯、高樓頂層、空中索道、懸崖頂端等),然后讓患者反復(fù)暴露在這些場景中,利用系統(tǒng)脫敏法減少患者的恐高心理。虛擬仿真治療中的任何一個恐高癥模擬場景,都可以應(yīng)患者要求隨時開始、暫停、中止和結(jié)束。這使得虛擬場景治療方法更安全、也更具有彈性。

虛擬仿真實驗對真實事物的模擬,使危險系數(shù)較真實實驗降低很多,學(xué)生無需為自己的失誤承擔(dān)后果,給他們帶來更多的安全感,滿足學(xué)生心理安全的需要。

2.4 開放性和共享性

虛擬仿真實驗打破了傳統(tǒng)實驗的模式。學(xué)生利用課余時間登錄網(wǎng)站,輸入正確的用戶名、密碼就可進(jìn)入虛擬仿真實驗室,選擇相應(yīng)的實驗項目就可以進(jìn)行虛擬仿真實驗操作。以虛擬現(xiàn)實心理實驗平臺為例,該平臺依托虛擬現(xiàn)實、多媒體呈現(xiàn)、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫和高速網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù),構(gòu)建高度仿真的心理與行為虛擬仿真實驗環(huán)境,讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實驗,達(dá)到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)效果[7]。在實驗教學(xué)中,教師和學(xué)生無需親歷每個真實環(huán)境,卻能最大化地體驗真實環(huán)境,開展實驗教學(xué)和示范應(yīng)用。

中心的虛擬仿真平臺還可以幫助尚不具備真實實驗條件和心理學(xué)應(yīng)用服務(wù)條件的地區(qū),大幅度提高實驗教學(xué)和心理學(xué)應(yīng)用服務(wù)水平,實現(xiàn)心理學(xué)實驗教學(xué)資源的地區(qū)平衡和最大化共享。

再以“數(shù)字化生理心理實驗平臺”為例,該平臺所有教學(xué)過程的中間環(huán)節(jié)都能夠以圖像方式輸出,并支持音頻、視頻文件導(dǎo)入。因此,教師的教學(xué)過程、學(xué)生的學(xué)習(xí)過程以及師生的互動過程都可以通過添加語音、視頻標(biāo)簽的方式保留記錄。該設(shè)計思路旨在方便教師編輯教案和解答學(xué)生提出的疑問。教師和學(xué)生也可以就虛擬仿真實驗教學(xué)和學(xué)習(xí)過程中遇到的問題,在中心教學(xué)管理平臺的“互動交流”頻道開展反饋與交流。

2.5 提供多項虛擬心理學(xué)實踐技能訓(xùn)練項目

華中師范大學(xué)是一所具有鮮明的“教師教育”特色的部屬重點(diǎn)師范大學(xué),不但重視培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的基礎(chǔ)教育和基礎(chǔ)研究能力,也高度重視培養(yǎng)面向社會、面向市場的理論與實踐結(jié)合的復(fù)合型、高技術(shù)人才。利用本中心的專業(yè)資源優(yōu)勢和虛擬仿真技術(shù),華中師范大學(xué)心理與行為虛擬仿真實驗教學(xué)中心面向校內(nèi)高年級本科生、研究生,提供了多項以實踐技能為導(dǎo)向的大型綜合性心理學(xué)實訓(xùn)項目。

這些大型實訓(xùn)項目,依托當(dāng)代最前沿的虛擬現(xiàn)實技術(shù),廣泛采用網(wǎng)絡(luò)視頻、在線交流、多媒體演示等信息化教育手段,模擬學(xué)生在課堂管理、教學(xué)技術(shù)、心理咨詢與治療等過程中所接觸的實踐場景與環(huán)節(jié)。通過數(shù)字化教學(xué)演示和學(xué)生在虛擬實踐平臺中的反復(fù)練習(xí),讓學(xué)生將心理學(xué)理論知識與解決實際問題的實踐技能相結(jié)合[8]。這種虛擬仿真的實訓(xùn)方式既生動又安全,又可對場景多次重復(fù),有助于培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。

2.6 綠色環(huán)保,降低成本

傳統(tǒng)的實驗需要借助于具體實驗設(shè)備,然而實際使用的一些實驗設(shè)備昂貴、損耗大、實驗成本較高；而虛擬仿真實驗室最大的優(yōu)點(diǎn)是成本低。虛擬設(shè)備只是概念上的設(shè)備,沒有磨損、損壞,可供學(xué)生無限次重復(fù)使用。另外,由于虛擬仿真實驗室設(shè)備是由軟件虛擬出來的,因此可有效避免大型設(shè)備重復(fù)購置,在同一計算機(jī)中運(yùn)行不同的實驗系統(tǒng)就可構(gòu)建不同的虛擬仿真實驗室,使實驗室建設(shè)成本降低。

此外,虛擬仿真實驗室不會出現(xiàn)傳統(tǒng)實驗室因管理不善造成的儀器損壞、器械丟失等問題,使實驗室運(yùn)行成本降低。虛擬仿真實驗室在教學(xué)前無須準(zhǔn)備各種器械、材料,教學(xué)結(jié)束也無須進(jìn)行瑣碎的整理工作,維護(hù)管理工作量減少,使實驗室管理成本降低[9-14]。

3 結(jié)束語

將以虛擬現(xiàn)實為代表的虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于心理學(xué)實驗教學(xué)和科學(xué)研究,發(fā)揮了其獨(dú)特、不可替代的作用,極大地促進(jìn)了對處于多維信息空間中的個體與外部世界進(jìn)行信息交流的理解和探索,拓展了實踐研究領(lǐng)域、豐富了實驗教學(xué)內(nèi)容,全面提高了學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。實踐證明,虛擬仿真技術(shù)在教育領(lǐng)域具有重要的作用,虛擬仿真實驗室是現(xiàn)代教育信息化的重要組成部分,是新常態(tài)下高校實驗教學(xué)改革的必然發(fā)展方向。

References)

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Benefits of virtual simulation laboratory in experimental psychology teaching

Xiang Yuanming1,2, Fan Zhao1,2, Wang Fuling3

(1. School of Psychology, Central China Normal University, Wuhan 430079, China; 2.National Experimental Teaching Demonstration Center of Psychology/National Experimental Teaching Center of Virtual Simulations for Psychology and Behavior, Wuhan 430079, China; 3.Office of Laboratory and Equipment Management, Central China Normal University, Wuhan 430079, China)

With the rapid development of information technology in modern education, numerous high-risk and high-cost experimental teaching projects are made possibly by the virtual simulation laboratory of psychology and behavioral sciences. By using the virtual Simulation laboratory, more practical research areas can effectively be explored, the boundaries of experimental teaching of psychology can be expanded, and students’ innovative spirit and ability can also be enhanced.

virtual simulation laboratory; psychology; experimental teaching

2015- 06- 02

向遠(yuǎn)明(1962—)，女，湖北沙市，本科，高級實驗師，主要從事心理學(xué)實驗教學(xué)、科研和實驗室管理

E-mail：xym@mail.ccnu.edu.cn

范炤(1973—),男,甘肅蘭州,博士,副教授,國家級心理與行為虛擬實驗教學(xué)中心副主任,主要研究方向為視知覺、網(wǎng)絡(luò)心理學(xué)、虛擬現(xiàn)實在心理學(xué)中的應(yīng)用.

G642；B84-4

A

1002-4956(2015)12- 0120- 03