王硕，钱坤

（陆军工程大学野战工程学院，江苏 南京 210000）

近十多年传统在线课程正处于飞速发展中，建设课程数量、种类越来越多，参与课程的人数与日俱增，但问题和质疑也随之而来。以文字、视频为主的传统在线课程可以很好地满足理论教学需要，然而，对于具有很强实践性的学科，诸如化学、机械、护理学等，实验、实训是必不可少的教学环节，仅仅依靠视频讲解，缺乏实际操作是很难满足实践教学的需要。因此，在线教育亟需一种全新的手段帮助更新教育理念、深化教学改革、形成创新型的培养模式。随着虚拟仿真技术商业化程度加深，它越来越被普罗大众所熟知，其独特的交互方式使得它成为教育领域的宠儿，被视为一种具有颠覆性的教育手段。当在线课程与虚拟仿真技术相结合，便形成了一种新型的在线教育模式——在线虚拟仿真课程。

1 在线虚拟仿真课程和传统在线课程的差异

总的来说，在线虚拟仿真课程的概念相对较窄，而传统在线课程更为宽泛。目前来看，在线虚拟仿真课程是传统在线课程的一个相对独立的特殊分支。

1.1 课程范围不同

传统在线课程是为学习者提供多样学习的需要，为推进信息技术与教育教学的深度融合而开展建设，其范围比较宽泛，可以是理论课、实验课或者两者兼有的课程，是真实课程的网络化，并不强调虚拟化和仿真。与传统在线课程（含微课、SPOC、MOOCs、网络公开课等）相比，在线虚拟仿真课程范围是以实验、实践和相关教学资源为主体，通过虚拟仿真技术在网络平台上模拟现实教学环境完成课程教学，可以用来弥补真实世界不具备或是难以完成的教学内容。

1.2 信息载体不同

传统在线课程的主要信息载体是视频类，通过对教学内容教学过程的录播、直播形成的视频的传播，完成学习信息的传递，可以补充其他资源例如动画、音频、操作软件等，以看、听为主；而在线虚拟仿真课程的主要信息载体三维模型、交互软件、虚拟仿真设备（如VR头盔、MR头显、AR眼镜等），通过提前预设的程序展现，在对信息载体的认识、编辑、控制、操作的交互过程中，完成学习信息的传递。

1.3 建设路径不同

在线虚拟仿真课程建设技术难度大，硬件条件要求高，单独依靠高校力量很难完成课程的建设任务，提倡高校为主、校企合作的模式，主要是弥补高校懂专业、不懂技术的状况，高校提供需求，企业提供技术；而传统在线课程在对软件、硬件、技术方面的要求相对较低，甚至教师个人就可完成建设任务，因此倡导的是“高校主体、政府支持、社会参与”的方式，高校牵头建设，企业辅助配合。

2 在线虚拟仿真课程的特点

2.1 沉浸性

沉浸性是指学习者借助显示、音效、力反馈等设备将自己的视觉、听觉、感觉完全融入网络营造的虚拟环境，让学习者感觉自己已成为虚拟环境的一个组成部分，从而从被动的观察者变成了主动的参与者。

2.2 交互性

交互性指学习者与学习课程的双向互动程度。在线虚拟仿真课程不同于传统在线课程的“你讲我听”，它有大量的交互，这种交互并不是简简单单的点击，而是需要学习者通过观察、思考后对虚拟对象精确地操作，而不同的动作又会反馈给学习者不同的结果，直至达到预期的学习效果。

2.3 针对性

针对性是指满足不同学习者在学习过程中的学习需求。传统在线课程给每个学习者的课程资源是一样的，学习者至多可以改变学习顺序、学习时间长度，学习针对性不强。而在线虚拟仿真课程赋予学习者极大权限，可以定制学习内容，优化学习过程，尝试解决问题的不同方法。如在虚拟的化学实验课中，学习者可自由改变物料比得到不同的实验结果，实现课程的个性化。

3 在线虚拟仿真课程的优势

3.1 在线虚拟仿真课程是“学为主体”的必然要求

在线虚拟仿真课程的整个学习过程是依靠学习者自己结合系统的引导，主观能动地探究知识，进行启发式的学习，学习者是课堂的唯一主体，成为知识的信息加工者。教师的作用体现在脚本的设计上，不再进行单方向的知识灌输。真正让学习者能摆脱施教者的影响，充分挖掘自己学习的潜能，构建自己的知识体系架构，贯彻了“以学生为中心”的教学理念，这点正是高素质人才所要培养的。

3.2 在线虚拟仿真课程是实验实践类课程的创新发展

在线虚拟仿真课程对于实验实践类课程有着得天独厚的优势，例如，很多专业课都是要结合真实部件进行现场授课的，虚拟仿真技术可以让学习者在任何时间、地点进入构建的虚拟世界，并能实现学习者对虚拟对象进行无异于真实世界的交互训练，如对汽车驾驶与互动训练等，实现了学习者和课程内容的互动，让学习者更加沉浸其中。这种新颖的教学手段极大地增加了课堂的趣味性，更加能刺激学习者内在的学习动机，提升学习效果。

3.3 在线虚拟仿真课程是个性化自主探索式学习的具体体现

在线虚拟仿真课程将教师的启发引导转化为预先设置的程序、脚本，并将教学环境和教学内容融为一体，使得学习者可以自主学习和协作交流，从而完成观察、操作、质疑、猜想、探究、推理等富有创造性的一系列活动。由于在线虚拟仿真课程提供的学习内容是可编辑、可探索和可交互的，这使得学习者能够在知识的探索中形成自己特有的学习个性，并能组建自己特有的知识体系。

4 在线虚拟仿真课程的分类

4.1 嵌入式与外挂式

根据在线虚拟仿真课程是否独立运行，可以分为嵌入式和外挂式，前者将虚拟仿真模块嵌入到网页中，并形成有机整体，共同运行；后者虽然也通过网络管理，但需要下载后，以EXE或APP的形式独立运行,其中EXE版运行在Windows系统上,APP版运行在安卓、苹果等系统上。

4.1.1 嵌入式

嵌入式在线虚拟仿真课程是指课程所有的内容均在线上完成，将虚拟仿真实验模块嵌入到在线开放课程的平台中，满足对虚拟实验、实训的需要。以《液压与气压传动》在线虚拟仿真课程为例，整个课程实施离不开网络平台，而这个平台的构成要素和一般在线开放课程基本一致，都包含学习资源、在线测试、在线交流等要素。但学习资源中融入了“回路仿真”、“虚拟元件库”等虚拟仿真实验模块，学习者可以依托网络平台进行虚拟实验，拓展了虚拟教室的功能作用。

4.1.2 外挂式

外挂式在线虚拟仿真课程的虚拟仿真模块不再嵌入到一般在线开放课程平台中，独立运行，多用于辅助线下教学。课程以虚拟实验、训练为主，强化学习者和课程内容间的交互，注重操作、技能的培养，将答疑解惑、主题研讨、在线交流等教学活动移至线下。以《汽车结构与维修》课程为例，其主体功能包括结构组成、工作原理、虚拟拆装、考核评估等，学生可以通过APP方式在本机运行和学习，但是系统后台会适时采集学习过程数据，包括学习进度、考核成绩等信息，便于后期查询、分析、统计。

4.2 固定式和移动式

根据在线虚拟仿真课程客户端设备是否移动，可以分为固定式和移动式，前者一般在普通电脑终端等不易移动设备上运行，后者通过可移动XR设备（包括VR虚拟现实设备、AR增强现实设备、MR混合现实设备等）进行交互。

4.2.1 固定式

固定式在线虚拟仿真课程可通过键盘、鼠标、激光笔等输入设备对教学资源进行漫游式学习。该类课程具有3个层次的漫游形式：

单纯式。学习者使用键盘鼠标在立体逼真虚拟场景中漫游，比如对一些机械零部件的结构组成学习就可以采用单纯式漫游，学习者通过拖动鼠标左键、按下鼠标中键（滚轮）、滚动鼠标滚轮分别实现旋转、左右平移、放大和缩小场景和模型等操作。

互动式。根据课程要求，在单纯式的基础上，对某些虚拟对象增加交互功能，学习者根据自身需求点击激活需要详细了解的部分，虚拟对象显示知识内容或提示操作步骤，达到交互操作的效果。比如对机械零部件检修的学习训练，就可以采用互动式实现零部件拆装、维修等虚拟操作。

含逻辑属性式。根据运动学、物理学、力学、化学等逻辑属性的算法提前对虚拟对象的自身运动或者交互运动进行编辑，当学习者触发相应操作时，实现虚拟对象的逼真动作。比如在挖掘机操作的虚拟训练时，设计挖掘机各部件的动作，使学习者在交互过程中获得真实的动作效果。

4.2.2 移动式

移动式在线虚拟仿真课程是指结合虚拟现实技术、混合现实技术、增强现实技术，利用VR头盔、定位头套、数据手套、手柄、AR眼镜等可穿戴设备进行交互学习。此类课程的沉浸感、交互性大大提升，VR头盔生成和真实世界相似的虚拟世界，让学习者完全沉浸在其中，并通过数据手套等传感器，和虚拟世界中的事物进行交互，这种交互不在是单纯漫游式的交互，而是更加多维度的、更加趋近于真实世界的深度交互，其课程体验具有极强的真实感。例如，基于虚拟现实的深水水下应急维修仿真系统可为无经验的工程人员提供维修培训，使之在低成本前提下极大提高对实际事故快速处置的能力与维修操作的精度，降低作业风险。可穿戴在线虚拟仿真课程为学习者提供了一个更加有效的学习途径，但由于需要专门的设备，以及技术发展的限制，课程还尚未真正普及。

4.3 其它分类方式

从面向产业看，在线虚拟仿真课程可以分为第一产业、第二产业、第三产业课程。以第一产业为例，课程可以包括农田灌溉虚拟仿真、农场播种虚拟仿真、水利工程虚拟仿真等。

从所属专业看，在线虚拟仿真课程可以分为马克思主义、法学、建筑、物理、电器、地质、医学、军事等课程。以建筑为例，课程可以包括建筑设计虚拟仿真、高层建筑防火与消防疏散虚拟仿真等。

从受众层次看，在线虚拟仿真课程可以分为大学、中小学、社会群众课程。以社会群众为例，课程可以包括新冠疫情科普虚拟仿真、新冠疫苗接种虚拟仿真等。

5 在线虚拟仿真课程的发展趋势

在线虚拟仿真课程既是在线教育的特殊分支，也是在线教育的发展方向。随着“开放共享”“知识公益”“终身学习”等理念逐步传播，浏览器性能逐步强大，XR设备功能逐步强大，在线虚拟仿真课程伴随着在线教育的快速兴起，也在不断壮大和发展。在我国，“国家虚拟仿真实验教学中心”（2014）、“国家虚拟仿真实验教学项目”（2019）、“虚拟仿真‘金课’”（2019）等建设项目加快了虚拟仿真技术和高等教育的融合，推动了在线虚拟仿真课程的进一步发展。

5.1 专业门类更加齐全

根据国家虚拟仿真实验教学课程共享平台，目前已经由2079个专业开展了在线虚拟仿真课程，包括法学类15个、建筑类21个。但是海洋科学类、材料类、自动化类、公安技术类还处于空白状态，后期相关专业肯定会越来越丰富。

5.2 社会参与更加广泛

随着在线虚拟仿真课程的不断推进，各类社会组织参与的积极性必然显著增强，也是大众了解相关产品的必然需求。这里的参与度包括2个方面，一是各类公司利用仿真课程向公众展示其产品；二是公司参与到政府、高校等机构的教育学习活动中，通过研制相关在线课程来获取公司效益。

5.3 仿真设备不断涌现

HTC已经衍生出多款VR头盔，AR眼镜也不断涌现，包括Google、华为、爱普生等，MR典型代表HoloLens也推出了第二代产品。

5.4 技术手段更加先进

随着科技的发展，在线虚拟仿真课程的技术手段必然会越来越先进，包括硬件设备、软件性能、网络承载、资源检索等。其中，在线虚拟仿真课程的资源检索，利用爬虫工具搜索并获取现有网络上的MOOCs资源，并嵌入到当前课程中。

5.5 虚拟考核更加科学

在线虚拟仿真课程不仅仅包含普通教学功能，还会结合云计算、大数据等手段进行虚拟考核，并适时采集考核过程与结果数据，使考核更加科学，数据更加精确，分析更加全面。通过这些考核，形成一定的学分，便于各类院校、企业对人才的认定。此外，虚拟考核也可以为当前各级政府大力推广的学分银行建设提供重要支撑和依据。