面向新文科视域的文科虚拟仿真实验教学体系再构

摘    要：虚拟仿真技术已被广泛应用于实验教学改革，近年来在经管文法等文科专业也得到了实践与推广。但由于文科专业实验的特殊性，虚拟仿真技术在文科实验教学中存在着重技术形式、轻专业内涵的现象。要提高虚拟仿真实验教学在新文科人才培养建设中的成效，需再构文科虚拟实验教学体系，实现信息技术和实验课程的融合、教学模式和实验内容的多元、实践过程和育人目标的协同。

关键词：新文科；数字信息技术；虚拟仿真实验教学

中图分类号：G642.0      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2024）09-0045-04

一、引言

习近平总书记在党的二十大报告中指出，“培养什么人、怎样培养人、为谁培养人是教育的根本问题”[1]。在

2021年度新文科建设高峰论坛上有专家指出，文科占学科门类的三分之二，占专业种类和在校学生数的半壁江山，文科教育振兴关乎高等教育振兴。新文科发展理念为高校文科教育改革指明了新方向，更加注重目标、价值、融合、交叉等维度的发展，也在课程的价值引领、内容更新、形式创新、实践教学等方面提出了要求[2]。近年来，虚拟仿真实验教学在文科实验教学领域的应用逐渐受到广泛关注，学者尤为关注虚拟仿真实验在突破资源受限、摆脱时空控制和实验可重复等方面的优势[3]。同时，高校文科虚拟仿真实验课程的开发也取得了一定的进展。根据国家虚拟仿真实验教学课程共享平台实验空间显示的数据统计，截止到2024年3月，全国文科类虚拟仿真实验课程数量已接近1 000门，课程门数达到100门以上的学科有管理学、艺术学、经济学、文学和法学类，几乎覆盖了文科所有门类，为文科实验教学的发展注入了新活力。然而，从新文科视角看，目前的文科虚拟仿真实验课程设计与教学存在着技术支撑与实践理念偏离、课程资源与专业目标异化、教学手段和创新能力偏差等不和谐现象，不利于推动新文科建设要求的人才目标的实现。

二、文科虚拟仿真实验教学的界定及应用

虚拟仿真实验教学通常是基于专业的实验教学项目，通过数字感知技术将各个项目组建成虚拟实验环境，编写计算机程序并配置实验输入、输出设备。在实验项目中，学生根据任务驱动、项目引导，利用各类外部设备，如鼠标、键盘、数字操纵杆、模拟控制器、手柄等开展实验项目，在实验中获得沉浸式的体验，从而达到在类似真实环境中学习的效果[4]。

目前，数字感知技术主要有VR（Virtual Reality，虚拟现实）、 AR（Augmented  Reality，增强现实）和MR（MixedReality，混合现实）3种形式[5]。文科虚拟仿真实验教学一般是指根据预设的课程资源，对现实中的情境性、共情类、流程性场境进行还原，通过虚拟仿真全景视频或VR动画建模模拟出实验环境，以VR技术为支撑，进行实验教学设计，开发实验教学课程。在文科虚拟仿真实验课程内容的外在表现形式上，邢江提出了场景虚拟、流程虚拟和设备虚拟3种形式[6]。其中，设备虚拟特指实验过程中用到的专业设备及物化的虚拟，如虚拟实验中可能用到的专业摄像机。设备虚拟与理工农医类的仪器设备虚拟相似，在文科虚拟仿真实验课程中的应用设计相对较少。文科虚拟仿真实验课程主要以场景虚拟和流程虚拟为主。

在文科虚拟仿真实验操作过程中，学生可通过VR眼镜和手柄等设备“亲临”虚拟成的仿真环境中，如社会工作专业社区矫正人员的实务模拟、社会工作方法流程训练等。汉语言文学文秘方向、新闻传播方向的实验课程，都能通过VR技术实现可视化互动体验。相对于利用计算机键盘、鼠标开展虚拟仿真实验，VR技术为虚拟仿真实验提供了氛围渲染、情景再现及人机交互沟通等功能，使学生在实验中可以进行沉浸式体验。然而，VR技术实现的是虚拟元素与真实世界环境之间的机械互动，尤其是数据架构简单，不能实现与虚拟情境直接互动，从而可能影响参与者的积极性。一项有62名学生参与的老年社会工作个案介入的VR虚拟仿真实验项目主观报告显示，有60名学生主动报告了该实验的优点是在实验中能够获得沉浸式直观性积极体验，这一结果从实践角度验证了VR技术在文科虚拟仿真实验教学中的优势；但同时，大多数学生也主动报告了实验中的负面事件，按照学生报告频次由高到低顺序统计事件，分别为实验操作中无法与情境互动、虚拟的现实情境真实感不强、虚拟仿真实验操作复杂但设计简单、设备戴久了眼睛不舒服。虽是管中窥豹，时见一斑，但虚拟现实场景真实度不够、操作互动性不强、智能化融合不畅是当前文科虚拟仿真实验教学中不容忽视的问题。根据大学生群体的认知和学习特征不难推论，若在课程资源、技术支撑、教学设计上不加以改进，则学生在实验中的沉浸式积极体验感会有所下降。

囿于高校文科实验具有实验对象多元性、实验方法多样性、数据解释复杂性、互动过程灵活性、实验情景动态性等特点，相比起步早、发展较快的理工农医等学科虚拟仿真实验教学，文科虚拟仿真实验教学既有自身规律，也更具复杂性。

三、新文科视域下文科虚拟仿真实验教学面临的问题

新文科建设理念指引下的实验教学，应致力于加强文科实验教学中的“五育”模式，以适应新时代人才培养的需求。文科虚拟仿真实验教学是一种教学改革手段，为实现文科实验教学的目标和要求，高校需正视文科虚拟仿真实验教学在发展过程中所面临的问题，这些问题包括但不限于课程资源的开发不足、技术应用的局限性及教学理念的更新滞后等。

（一）文科虚拟仿真实验课程资源开发滞后，实验课程价值引领不强

随着新文科行动的推进，高校文科虚拟仿真实验教学应强调交叉融合，注重人才培养和实验课程的调整创新及学生跨学科能力的培养。以农林院校为例，其新文科专业发展需紧密结合“三农”情怀、家国抱负、人文情感的培养[7]，并在文科虚拟仿真实验教学设计中体现农林课程特色，开发适合本校人才培养的实验课程与实验项目。但各高校的重视程度、推进进度、师资团队水平及资金项目等存在不同，致使课程资源开发的数量和质量受到限制。

目前，各高校自主开发的文科虚拟仿真实验课程数量较少，因此，多数高校通过采购招标的方式购买非定制化课程，导致课程在时代元素、学校特色与数字感知技术方面融合不够；部分实验课程设计只关注虚拟技术，课程内容和模块设计不能体现文科实验特点，流程简单化，情境共情不够，看似提供了多个实验项目，但操作过程大同小异，实验内容和价值引领欠缺。例如，社会工作的不同实务领域、汉语言文学文秘方向的实验课程，虽重在体现服务流程化，但难以突出不同领域、不同情境中的知识渗透，以及灵活应变处理的技能，存在重技术形式、轻课程内涵建设的现象。传统的实验教学虽能满足教学中的部分目标，但从新文科视角看，课程价值与实验操作未能有效融合，导致实验课程价值引领不强，难以实现实验教学对新文科人才多元化能力的培养。

（二）文科虚拟仿真实验教学设计技术支撑不足，实验课程设计不够灵活

新文科培养模式对文科虚拟仿真实验教学设计提出了更高的技术要求。文科虚拟仿真实验教学设计的关键在于对社会关系互动的模拟，其要求技术能将复杂、多变的实验对象与真实世界有机融合，为学习者提供一种沉浸式的、互动性强的实验环境。然而，现有的VR技术在这一方面仍显薄弱，尤其是在互动性的深度与广度上。这就需要积极探索并应用新的数字感知技术，如AR和MR技术在支持文科虚拟仿真实验的互动功能方面展现出了更大的潜力，能够成为打造新文科实验教学“五育”的新举措，但尚未在高校普通实验室得到广泛应用，数字信息技术的应用范围或水平还有待进一步突破。技术的引入与应用并非简单的替代或升级，而是要与文科教育的理念、内容和方法深度融合。只有这样，才能确保技术在推动文科虚拟仿真实验课程教学改革中发挥实效。

在新文科背景下，文科虚拟仿真实验课程设计需要更加注重培养学生的批判性思维、跨学科整合能力和解决实际问题的能力，而情境不真实呈现、简单机械互动、缺乏对学生自主学习和探索的引导等问题，将会降低学生在实验中的积极性。无论是传统的文科实验教学设计，还是以更高技术支撑的虚拟仿真实验教学设计，都在积极探索新文科人才培养新模式，回归实验课程的本质，灵活进行课程设计，最大限度激发学生的思维空间，推动其创新能力发展。

（三）文科虚拟仿真实验教学对教师个人能力提出挑战，要求教师进一步提高综合能力

首先，文科虚拟仿真实验在技术掌握与应用方面对教师提出挑战，要求教师具有一定的数字信息技术素养。虽然有些高校有教学辅助人员协助教师开展实验教学，但若教师掌握数字感知技术，则能更好地了解实验课程设计的原理，甚至开发设计出相应的实验课程。

其次，新文科建设对教师提出了更高的挑战。一是在实验设计与创新方面对教师提出挑战，要求教师设计出符合学生认知规律和学科特点的实验方案，并能够在实验过程中引导学生进行自主学习和探索；同时，还要求教师不断探索新的实验方法和手段，以提高学生的实验效果和学习体验。二是在组织引导学生参与方面对教师提出挑战，要求教师对学生进行有效地组织引导，培养学生的自主学习和探究能力，及时关注学生的学习进度和反馈，及时调整实验方案和教学策略，以确保实验教学的顺利进行；同时，还要求教师培养学生的实验技能和创新能力，提高学生的综合素质和竞争力。三是在行业最新发展动态情况掌握方面对教师提出挑战，要求教师关注行业发展的最新动态对人才培养的新要求，不断优化实验教学设计，呼应时代变化。可以说，相对于传统的文科实验，新文科建设对教师提出的挑战是真实存在且不容忽视的。

四、新文科背景下文科虚拟仿真实验教学的体系再构策略

新文科是当下高校文科教育改革创新发展的新方向，主要体现为文科与其他学科的融合，其中，科技与文科教育的有机融合是探索的重要领域。文科虚拟仿真实验教学要实现科技创新与教学方法的融合，应遵循高校新文科建设的思路，在创新教学理念、创新教学模式、创新教学定位上进行深入研究，推动文科虚拟仿真实验教学的体系再构，真正意义上创新人才培养模式[8]。

（一）课程开发：尊重多学科领域融合规律

在新文科虚拟仿真实验教学模式的改革中，课程开发是至关重要的一环，即要求各高校结合学校特色，尊重多学科领域的融合规律，将文科、数字信息学科与其他学科融合到实验课程中。从实验课程技术支持看，要满足文科实验课程设计与项目开发情境复杂性特点，AI（Artificial

Intellgence，人工智能）技术与AR、MR结合更符合文科实验多元互动的特性；从实验课程项目设计看，整体倾向于跨学科的现象教学，实验项目内容可源自实际工作情境场域的再创造，实验元素涉及到知识、技能、经验、过程等情境场域的综合要素；从实验课程成效评价看，要以学生为中心，从学生的需求出发，以新文科人才素养评价为导向，使课程内容贴近工作和生活实际，融入课程的多学科视角、人才多样化需求等实验元素。因此，实验课程的开发需要组建跨专业合作团队，基于多学科融合视角，构建以教师团队为主体、行业队伍协同、技术团队支持、学生参与的团队类型。其中，教师团队是课程开发的主体，是践行课程开发理念与策略的主要决策者；行业人才标准是人才培养的方向，是课程开发的蓝本；行业队伍是实验课程素材的提供者；技术团队是重要的支持者。同时，要打破当前文科虚拟仿真实验设计中存在的唯技术论，做到数字信息技术真正为专业服务，这就要求技术团队要学习并养成多学科的专业思维，与课程开发决策者的理念保持一致。学生是实验课程开发的出发点和落脚点，培养学生在实验中主动发现问题、分析问题和解决问题的能力，促进学生综合能力的发展，以适应社会环境的变化和行业发展的需求，需要调动学生参与实验的积极性、主动性和创造性。

（二）教学设计：构建多元化实验教学基本框架

虚拟仿真实验教学平台能够促进教师教学的顺利开展、学生学习效果的提升。通过对多模态数据的挖掘与组织，文科专业的学科教学与人才培养目标的调研结果已逐步与虚拟仿真实验教学平台进行融合。依据各个文科专业的教学目标，实验场景的构建、专业知识教学、师生交互与教师的教学指导逐渐形成了框架，能满足当下的文科教学需求。结合教育信息化的工程建设、人工智能、大数据等先进技术，虚拟仿真实验教学平台系统架构逐步完善，奠定了学生在专业知识、技能实际应用等方面的基础，有利于提高学生认识和解决问题的能力。虚拟仿真技术以场景的应用为引导，能够促进学生在信息化、数字化教学中的合作意识与竞争能力的提升，激发学生的创新性、积极性。同时，教师在教学实践中也更加重视以学生为主体开展教学设计与活动安排，综合应用多种虚拟仿真实验教学方法，形成课内课外、线上线下的教学融合。通过搭建虚拟仿真实验教学框架，不仅使学生的实践能力、交流合作技巧、专业能力等得到有效锻炼，而且延伸了教学的宽度与广度，促进了智能化信息平台的资源更新，加深了学生对知识的掌握与理解。具体来说，虚拟仿真实验教学要基于多领域与全方位的虚拟仿真实验案例，逐步开展文科教学的数据获取、数据分析、分类决策等主要环节，将虚拟仿真教学案例与教学数据获取相结合，促进学生对文科类教学实验任务与实验案例的学习，探索合适的方案，促进对文科学科交叉融合教学的探索。