专业实验室建设费用和维护成本较高,相对比较独立,难以成为普通校园的一部分。很多学校往往因为缺乏一些专业性要求较高的仪器设备,使得对应的专业实验难以开展。然而,虚拟实验室最重要的优势之一是:资源共享。有条件的单位或者组织利用虚拟实验室的相关技术开放专业实验室,实现专业仪器设备的共享。
纽约大学理工学院(NewYorkUniversityPolytechnicSchoolofEngineering)是纽约大学下属的18所学院之一,创建于1854年。该学院是美国第二古老的私立工程技术学校。为解决纽约周边各州高中学校专业仪器缺乏的问题,纽约大学理工学院为该地区的高中生免费开放在线虚拟实验室。到目前为止[3],纽约周边的3个州的高中学生可以通过虚拟实验室参与和设计18门信息安全专业的课程教学实验。完成相应的课业之后,攻读硕士学位的学生就可以获得国家安全局颁发的信息保障证书。对于虚拟实验室来说,除了具有资源共享的特征外,最重要的特征就是可重构性。纽约大学理工学院的虚拟实验室能够通过浏览器直接访问https:///interim/,也可以实现远程配置。该项目解决了高中生难以接触专业实验室和实验设备的困境,而且,项目中的每一位参与者都能获得所需的主机和网络组件,灵活安排时间和进度完成特定的实践任务。
(二)开放虚拟实验室提升学习者的真实体验
在某些传统教学实验中,如果实验者对实验的操作规范和技能不熟悉,安全很难得到保证,容易对实验者造成伤害,同时,实验仪器也容易损坏,造成实验器材数量的减少,如果实验器材不能及时更新,一定程度上会影响后续实验的安排。然而,虚拟实验室具有可重构性,能够从一定程度上解决传统实验安全性及时间安排不够灵活的问题,而且还能为实验者提供真实的实验环境和实验体验。
Inquiry-to-Insight(I2I)项目是美国斯坦福大学霍普金斯海洋研究中心和瑞典歌德堡大学埃里克森海洋研究中心的合作项目。自2008年成立以来,I2I项目一直得到瓦伦堡全球学习网络的资助。该项目的参与者是两个国家的高中生和初中生。参与项目的中学生利用虚拟环境共同学习、讨论和设想解决海洋环境问题的方案,促进不同国家中学生的国际协作。2011年2月,瑞典哥德堡大学设计开发了虚拟海洋酸化实验室。在这一项目中,学生使用最新的海洋数据在虚拟的海洋酸化实验室里研究瑞典西海岸古尔马峡湾(GullmarFjord)的海洋环境酸化的问题,所使用的科学数据都是由该项目中的海洋专家所收集的真实数据,能够保证研究的有效性。2012年1月,该项目的研究者持续一年追踪了瑞典吕瑟希尔小镇上的500多位高中生使用虚拟工具来探索瑞典西海岸古尔马峡湾的海洋环境。该项目的合作者斯坦福大学同时评估了这500多位学生的使用虚拟实验室后的知识水平。该评估结果使得Gothenburg的研究者能够研究学习者们如何建立对科学工作和概念的理解。利用虚拟工具的方式具有较强的适用性,能够广泛应用在自然科学和社会科学两个学习情境中,同时,也能很好地帮助学习者理解科学知识是如何产生的。2014年开始,研究者试图了解虚拟实验室中的学习者是如何在工作中发现答案的,讨论如何设计研究和实验以产生知识。
图6-12 海洋酸化实验虚拟实验室
三、虚拟世界中隐现“真实课堂”