(高清版)GB∕T 37713-2019 信息技術(shù) 學習、教育和培訓 虛擬實驗 評價要素

L67中華人民共和國國家標準信息技術(shù)學習、教育和培訓虛擬實驗評價要素vxEv2019-08-30發(fā)布2020-03-01實施國家市場監(jiān)督管理總局GB／T37713—2019 2術(shù)語和定義 3虛擬實驗教學環(huán)境評價概述 4評價維度 4.2維度和編號 4.3維度參數(shù) ⅠGB／T37713—2019本標準按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別這些專利的責任。本標準由全國信息技術(shù)標準化技術(shù)委員會(SAC/TC28)提出并歸口。本標準起草單位：華東師范大學、北京郵電大學、中國電子技術(shù)標準化研究院、北京潤尼爾網(wǎng)絡(luò)科技有限公司、上海熙育科技有限公司、華中師范大學、吉林大學。本標準主要起草人：吳永和、文福安、廖德生、陳美松、范春梅、母詩源、孫曉穎、余平、溫泉、余云濤、姜昌華、史戈、吳砥、劉博文。ⅡGB／T37713—2019為了對虛擬實驗教學環(huán)境進行標準化的評價，制定本標準。本標準有利于虛擬實驗資源的評價、測試、互換與交流，有利于虛擬實驗技術(shù)、平臺和教學的健康發(fā)展。本標準對虛擬實驗的基本術(shù)語和范圍進行定義，從虛擬實驗資源、虛擬實驗教學過程、實驗者、虛擬實驗指導和虛擬實驗系統(tǒng)5個維度建立虛擬實驗環(huán)境評價的總體框架和3級評價參考體系，可供獲取、開發(fā)、使用、支持、維護或評審虛擬教學環(huán)境的有關(guān)人員使用。GB／T37713—2019信息技術(shù)學習、教育和培訓虛擬實驗評價要素本標準規(guī)定了虛擬實驗的評價要素，包括虛擬實驗資源、虛擬實驗教學過程、實驗者、虛擬實驗指導和虛擬實驗系統(tǒng)等維度的參數(shù)。本標準為虛擬實驗教學環(huán)境評價提供指導，適用于虛擬實驗的研究開發(fā)與教學應(yīng)用。2術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。2.1基于多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)的可通過計算機人機交互界面開展的用于教學目的的實驗。2.2傳統(tǒng)意義上的使用實物而不是虛擬技術(shù)所開展的實驗。2.3利用多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)的實驗系統(tǒng)，通常由基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬實驗教學管理平臺與數(shù)字化的虛擬仿真系統(tǒng)構(gòu)成。2.4基于虛擬實驗系統(tǒng)建立的實驗環(huán)境。2.5對實驗過程的監(jiān)測和控制。2.6一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)。2.7學習者與系統(tǒng)之間的信息交流。2.8在實驗過程中涉及的信息，包括實驗?zāi)康?、實驗要求、實驗所需要的材料和設(shè)備、實驗報告要求等。2.9用戶針對使用的產(chǎn)品、系統(tǒng)或者服務(wù)的認知印象和回應(yīng)，是一種在用戶使用產(chǎn)品過程中建立起來的12GB／T37713—2019純主觀感受。建立在已知結(jié)論的基礎(chǔ)上的實驗，其實驗原理、實驗結(jié)果是已知的。要求實驗者綜合運用已學過的知識、實驗方法和測量技術(shù)，獨立設(shè)計出科學、完善、能夠達到預定目的的實驗方案，并能獨立完成的實驗。給出實驗課題，提供實驗器材，提出實驗要求，要求實驗者自己制訂實驗方案、確定實驗步驟、收集有關(guān)信息，通過實驗的觀測和分析以及與他人的合作和交流，發(fā)現(xiàn)“新”的現(xiàn)象，提出猜想或假說，并能設(shè)計驗證的實驗。3虛擬實驗教學環(huán)境評價概述虛擬實驗教學環(huán)境是基于虛擬實驗系統(tǒng)建立的實驗環(huán)境，主要包括虛擬實驗資源、虛擬實驗教學過程、實驗者、虛擬實驗指導和虛擬實驗系統(tǒng)5部分（即5類功能）。虛擬實驗教學環(huán)境的功能和功能間關(guān)圖1虛擬實驗教學環(huán)境主要功能及其之間關(guān)系圖1中各部分功能及其關(guān)系如下：包括虛擬實驗系統(tǒng)所能提供的虛擬儀器、設(shè)備和器材，教學設(shè)計專家在虛擬實驗系統(tǒng)的教學管理模塊中創(chuàng)建的實驗教學目標、設(shè)計的典型實驗以及實驗指導文件和相關(guān)的實驗知識庫等。覆蓋完整的虛擬實驗教學的各個環(huán)節(jié)，包括教師的實驗教學設(shè)計與安排、實驗者在實驗前的預習、實驗者完成并提交虛擬實驗、實驗者填寫并提交實驗報告、教師對實驗和實驗報告的批改以及對實驗成績的統(tǒng)計分析和上報。c)實驗者通過實驗獲得實驗經(jīng)歷和技能的提升，體現(xiàn)實驗效果，可以對實驗環(huán)境和教師進行評價。3GB／T37713—2019圍繞實驗者提供各種幫助，例如，同步在線實時指導、各種形式的異步指導以及基于教學指導系統(tǒng)的智能指導等。是教學過程、實驗體驗和實驗指導的活動平臺，它運用虛擬實驗資源為教學過程、實驗者和實驗指導提供支持和保障。虛擬實驗資源支持虛擬實驗教學過程，虛擬實驗教學過程引用虛擬實驗資源。虛擬實驗教學過程引導實驗者參與并完成整個虛擬實驗教學。實驗者可以評價虛擬實驗指導的效果，虛擬實驗指導向?qū)嶒炚咛峁┲笇?。實驗者操作虛擬實驗系統(tǒng)，虛擬實驗系統(tǒng)跟蹤實驗者的操作。虛擬實驗系統(tǒng)可以導入／導出虛擬實驗資源。4評價維度對虛擬實驗教學環(huán)境的評價應(yīng)針對環(huán)境中各類功能展開。這些功能共同描述虛擬實驗教學環(huán)境，每類功能可以看成是描述空間中的一個“維度”，因此，圖1亦可視為虛擬實驗教學環(huán)境評價維度及其之間的關(guān)系。以下描述中，用“維度”一詞替代“功能”一詞。本章對虛擬實驗資源等5個評價維度分別使用一組參數(shù)來描述。這些參數(shù)描述用表格形式集中給以描述。這些項目的名稱及其含義如下：的維度中的序號，兩段之間用圓點“．”分開。例如，“1.2”是編號為“1”的維度的第二個參數(shù)；虛擬實驗教學環(huán)境各功能之間的關(guān)系也是該環(huán)境的一個重要組成部分，在評價虛擬實驗時，功能間關(guān)系也要予以評價。即虛擬實驗的評價，除了5個功能方面的評價維度外，還有一個功能之間關(guān)系評價4.2維度和編號用于評價虛擬實驗教學環(huán)境的功能方面的維度、功能之間關(guān)系評價的維度及其編號見表1。表1虛擬實驗教學環(huán)境評價維度和編號編號名稱1虛擬實驗資源2虛擬實驗教學過程4GB／T37713—2019編號名稱3實驗者4虛擬實驗指導5虛擬實驗系統(tǒng)6功能之間的關(guān)系4.3.1虛擬實驗資源評價參數(shù)表征虛擬實驗資源的參數(shù)見表2。表2虛擬實驗資源評價參數(shù)編號名稱約束性描述評價要點備注1實驗類型設(shè)計M課程中不同類型實驗的合理分配滿足不同層次的培養(yǎng)對象；各類型實驗比例合理實驗類型包含基礎(chǔ)驗證性實驗、綜合設(shè)計性實驗、研究探索性實驗等。各類型實驗分配合理與否取決于實驗的教學目標及教學內(nèi)容等2典型實驗設(shè)計M完成實驗教學常用的典型實驗案例的設(shè)計典型實驗設(shè)計符合課程實驗教學目標；典型實驗場景的基本設(shè)計要素齊全；典型實驗的設(shè)計符合虛擬實驗的特點；實驗者可直接調(diào)用實驗設(shè)計文件進入預設(shè)實驗環(huán)境需要提供足夠豐富的典型實驗設(shè)計案例供指導者選擇。典型實驗的場景包含虛擬實驗?zāi)康?、要求、預設(shè)實驗環(huán)境和評價規(guī)則。預設(shè)實驗環(huán)境主要設(shè)置典型實驗所需的仿真資源及其相應(yīng)的參數(shù)。典型實驗可以獨立于系統(tǒng)保存，以便不斷補充和修改3實驗指導文件M針對典型實驗設(shè)計提供的各種形式的指導文件實驗指導文件包含的基本要素齊全；實驗指導文件具有科學性；實驗指導文件具有新穎性實驗指導文件包括但不限于實驗名稱、實驗背景、實驗材料及裝置、實驗?zāi)康?、實驗原理和理論知識、實驗步驟、實驗現(xiàn)象和結(jié)果等內(nèi)容。實驗指導文件的科學性主要體現(xiàn)在理論正確、邏輯嚴密、實驗可操作、語言易懂等方面。實驗指導文件的新穎性主要通過論文及其他學術(shù)成果判定。實驗指導文件或?qū)嶒灲滩目梢圆扇‰娮踊问剑奖闾峁┰诰€幫助5GB／T37713—2019表2（續(xù)）編號名稱約束性描述評價要點備注4實驗知識庫O針對實驗內(nèi)容建立相關(guān)的實驗知識庫，以便在實驗過程中隨時為實驗者提供知識引入和問題解答內(nèi)容科學嚴謹，沒有常識性和表述性錯誤；分類管理；實驗知識庫具有形式多樣性；實驗知識庫具有內(nèi)容豐富性；實驗知識庫具有足夠的資源數(shù)量知識庫中內(nèi)容的形式包括媒體素材（一般分為文本、圖像、音頻、視頻、動畫五大類）、課件、資源目錄索引及網(wǎng)絡(luò)課程等。實驗知識庫內(nèi)容包含但不限于實驗相關(guān)的概念和理論知識、實驗原理、文獻資料和案例、算法、問題與解答、實驗技能等。各種形式的實驗知識資源應(yīng)該豐富多彩，給學習者很好的指導與用戶體驗5仿真資源庫M建立實驗仿真資源管理庫仿真資源分類是否合理；仿真資源是否豐富；仿真資源是否可以靈活添加刪除仿真資源包括：儀器、設(shè)備、標本、藥劑、工具以及實驗臺和周邊實驗環(huán)境。提供對實驗仿真資源的管理，包括資源的查詢、添加、刪除、修改及資源組合等4.3.2虛擬實驗教學過程評價參數(shù)影響虛擬實驗教學過程（即維度二）評價的參數(shù)見表3。表3虛擬實驗教學過程評價參數(shù)編號名稱約束性描述評價要點備注21實驗安排M根據(jù)教學目標進行實驗設(shè)計及安排實驗教學設(shè)計的基本要素齊全；實驗安排基本要素齊全；實驗的安排合理實驗教學設(shè)計包括實驗名稱、實驗要求、實驗方法及批改規(guī)則等的設(shè)計。實驗安排包括：時間進度、實驗指導者、實驗者范圍、實驗者分組、實驗內(nèi)容和實驗報告要求等。實驗安排合理取決于所安排的實驗是否適合實驗對象，實驗的時間及進度是否恰當及實驗分組是否合理等22實驗前預習O實驗者完成實驗前的預習提供不同模式的預習；能夠產(chǎn)生預習報告或?qū)︻A習效果進行考核實驗前的預習可以采取不同的模式進行設(shè)計，產(chǎn)生的預習報告常見的有填寫的預習報告、預習測試成績報告等6GB／T37713—2019編號名稱約束性描述評價要點備注23實施實驗M實驗者在虛擬實驗系統(tǒng)上完成實驗實驗者可以按照實驗指導文件實施實驗過程；在實驗時間截止以前一般允許實驗者反復進入虛擬實驗室并不斷修改實驗結(jié)果實驗者根據(jù)實驗指導文件將實驗所需要的虛擬設(shè)備和材料移動到虛擬實驗臺上，連接和配置虛擬實驗設(shè)備，對實驗對象進行操作，觀察實驗對象的反應(yīng)，對實驗現(xiàn)象進行分析。實驗結(jié)束后提交實驗結(jié)果24實驗報告M實驗實施后填寫實驗報告并提交批改提供實驗報告要求和報告模版；在實驗報告時間截止以前一般允許實驗者反復進入虛擬實驗室并不斷修改實驗報告結(jié)果；實驗報告具有完整性；實驗報告具有便捷性根據(jù)教師提供的實驗報告要求和報告模版，填寫實驗報告，主要包括但不限于實驗名稱、實驗者、實驗時間、實驗數(shù)據(jù)、實驗結(jié)論與分析等。實驗報告的完整性能促進學習者對實驗知識的掌握及相關(guān)思考，反映實驗者的實驗過程及結(jié)果以及在實驗中的思考。實驗報告提交系統(tǒng)應(yīng)方便學習者的填寫25實驗及報告的批改M指導者批改實驗者提交的實驗及實驗報告提供實驗報告全批全改，并記錄批改者、批改成績、批改意見及批改時間；支持人工批改或系統(tǒng)自動批改實驗報告的批改可以采用人工批改，也可以采取系統(tǒng)自動批改26實驗成績分析與匯總M對各個實驗的成績進行分析和匯總提供對實驗者個人或班級的實驗成績分析與匯總；提供匯總形式的實驗成績單；成績單的格式根據(jù)各個學校的要求可進行靈活定制；實驗成績分析的參數(shù)根據(jù)需要可以修改和補充實驗成績分析包括平均值、及格率、最高分、最低分、成績分段統(tǒng)計等4.3.3實驗者評價參數(shù)影響實驗者（即維度三）評價的參數(shù)見表4。7GB／T37713—2019表4實驗者評價參數(shù)編號名稱約束性描述評價要點備注31參與情況M建立實驗參與率、實驗時間及實驗次數(shù)報表提供實驗參與率；提供實驗者實驗所用時間及次數(shù)分析實際參加實驗的實驗者數(shù)與選課實驗者數(shù)的比值記作實驗參與率。實驗者做實驗所用的時間及次數(shù)情況，在一定程度上反應(yīng)實驗的難易程度和實驗者實驗態(tài)度。實驗者的實驗時間在統(tǒng)計學上應(yīng)該總體呈現(xiàn)出正態(tài)分布的規(guī)律。實驗時間越長，表明實驗相對越難，實驗者在實驗中遇到的困難與花費的時間精力越多。實驗次數(shù)超過一次，表明實驗者在實驗中沒能一次性完成實驗；而實驗次數(shù)越多，表明實驗者完成實驗花費的精力越多，顯現(xiàn)出實驗對于實驗者來說難度較大，有一定的挑戰(zhàn)性32實驗成績M建立實驗完成情況、成績分布報表提供實驗的及格率、平均分、實驗成績分布情況；實驗成績分布合理班級實驗成績應(yīng)呈現(xiàn)正態(tài)分布且方差應(yīng)較小33主動參與M各類交互活動發(fā)生情況支持各類交互活動，包括實驗者與周圍的教學資源、實驗指導者、其他實驗者進行交互；提供用戶主動參與情況分析實驗者在實驗中遇到問題時需要與可用的教學資源發(fā)生交互；實驗者積極使用虛擬實驗系統(tǒng)提供的資源及使用指南等來幫助自己完成實驗。實驗者主動參與的程度越高，表明實驗中各種交互資源的受歡迎程度越高，也能從側(cè)面反映實驗的難度越大34技能提升M通過不同的方法測試實驗者對實驗對象認知水平和實驗操作技能提供實驗前后對用戶對知識的理解程度的測試、分析和對比；用戶技能得到提升實驗者技能的提升可以通過實驗前后分別測試實驗者對知識的理解程度，得到實驗者實驗前后對實驗對象的認知情況以及實驗技能的熟練水平的對比來體現(xiàn)。經(jīng)過一定的實驗訓練后，實驗者對實驗對象認知水平和實驗操作技能會有一定的提升。認知水平和實驗技能的提升是評價實驗設(shè)計是否合理的重要參數(shù)8GB／T37713—2019編號名稱約束性描述評價要點備注35實驗環(huán)境評價M實驗者對虛擬實驗教學環(huán)境的優(yōu)劣評價及問題反饋。調(diào)查問卷、意見反饋都可以充分收集實驗者的相關(guān)信息虛擬實驗系統(tǒng)運行穩(wěn)定；資源庫內(nèi)容豐富；實驗設(shè)計合理；實驗操作便捷；用戶界面友好良好的實驗環(huán)境能有效提高實驗者的實驗體驗，實驗環(huán)境評價有助于發(fā)現(xiàn)虛擬實驗系統(tǒng)及相關(guān)資源的缺陷或不足。實驗環(huán)境評價主要涉及虛擬仿真平臺的穩(wěn)定性、資源庫的豐富性、實驗設(shè)計的合理性、實驗操作的便捷性及用戶界面的友好性等36網(wǎng)上評教O實驗者對虛擬實驗系統(tǒng)中指導者的評價?？捎谜{(diào)查問卷或者其他形式，得到實驗者對指導者的認識及評價的反饋提供網(wǎng)上評教功能，評價的基本要素齊全；網(wǎng)上評教的方式可以但不限于使用調(diào)查問卷的形式網(wǎng)上評教主要是實驗者對教師的實驗指導、實驗資源、實驗設(shè)計、教學質(zhì)量等進行主觀評價。影響評價的因素可能包括：實驗設(shè)計的可操作性、指導者解答實驗者問題的比例、問題解決時間及質(zhì)量、指導者在實時指導中的積極程度等4.3.4虛擬實驗指導評價參數(shù)影響虛擬實驗指導（即維度四）評價的參數(shù)見表5。表5虛擬實驗指導評價參數(shù)編號名稱約束性描述評價要點備注41學習幫助M提供多種學習幫助資源，供實驗者點播查看提供多種學習幫助資源；學習者可以隨時、方便地獲得幫助豐富的學習幫助資源是實驗指導不可缺少的一部分；應(yīng)精心組織學習幫助的資源，使實驗者可以容易地找到資源，在使用學習幫助時獲得更好的用戶體驗。學習幫助主要包括在線幫助頁面、課件資源和虛擬實驗系統(tǒng)操作指南等42實時指導M實驗者與實驗指導者、實驗者之間進行實時在線式的交流提供實時指導的交流平臺，保障實時交流有效進行；支持語音、視頻、文本等多種實時指導方式實時指導主要在實驗參與者（包括實驗者、實驗指導者）之間進行，具體實現(xiàn)方式可通過語音、視頻、文本等完成。實時指導應(yīng)保存指導記錄，可供下載學習9GB／T37713—2019表5（續(xù)）編號名稱約束性描述評價要點備注43非實時指導M實驗者通過提交問題方式與其他實驗者、實驗指導者進行交流提供異步指導，異步指導方式包括但不限于論壇發(fā)帖、郵件和留言等異步指導要具有較好的信息匯聚功能，實驗指導者可方便地對提問進行回答。異步指導的過程要有記錄、可管理44智能指導O基于問題庫、實驗庫和知識庫，建立智能指導系統(tǒng)運用人工智能、數(shù)據(jù)檢索和挖掘技術(shù)，在實驗教學過程中由虛擬實驗教學指導系統(tǒng)對實驗者進行智能指導智能指導需要足夠豐富的資源庫，涵蓋了實驗者遇到的問題，通過實驗者遇到困難時求助的方式及內(nèi)容，給予智能判斷，提供指導服務(wù)4.3.5虛擬實驗系統(tǒng)評價參數(shù)影響虛擬實驗系統(tǒng)（即維度五）評價的參數(shù)見表6。表6虛擬實驗系統(tǒng)評價參數(shù)編號名稱約束性描述評價要點備注51運行環(huán)境M向用戶完整、具體地說明虛擬實驗系統(tǒng)運行所需的基本硬件要求、網(wǎng)絡(luò)配置及支撐軟件名稱和版本在網(wǎng)站上或產(chǎn)品說明書中有完整的運行環(huán)境說明；運行環(huán)境說明中向用戶詳細、具體地說明虛擬實驗運行所需的基本硬件要求、網(wǎng)絡(luò)配置及支撐軟件的名稱和版本；需要時提供下載所需軟件的網(wǎng)址說明運行環(huán)境要求的方式包括：在網(wǎng)絡(luò)課程中有專門的頁面說明運行環(huán)境要求；在產(chǎn)品使用手冊或說明書上列出所有要求；在產(chǎn)品包裝上列出所有要求52安裝與卸載M虛擬實驗系統(tǒng)服務(wù)器和客戶端的安裝虛擬實驗教學系統(tǒng)的安裝簡便易操作；客戶端如需安裝和卸載軟件，應(yīng)簡單易操作且容易獲得服務(wù)器端的安裝方法應(yīng)采用打包方式直接安裝。如須安裝客戶端軟件，應(yīng)考慮對瀏覽器攔截行為的處理并提供相應(yīng)的指導53可靠性M虛擬實驗系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和可靠性虛擬教學環(huán)境具有可靠性，可靠性主要包括但不限于：在較低的軟硬件配套成本和較高用戶并發(fā)情況下的低故障率虛擬實驗教學系統(tǒng)應(yīng)考慮在低成本的數(shù)據(jù)庫、中間件、WEB應(yīng)用服務(wù)器的條件下提高可靠性，推薦開源軟件的使用GB／T37713—2019編號名稱約束性描述評價要點備注54兼容性O(shè)虛擬實驗系統(tǒng)可在多個常用軟件平臺上部署服務(wù)器應(yīng)支持多個常用的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、WEB應(yīng)用服務(wù)器等；客戶端應(yīng)支持常用的瀏覽器服務(wù)器端操作系統(tǒng)至少支持Linux/Unix和Windows?？蛻舳藶g覽器支持主流的瀏覽55數(shù)據(jù)輸出O從虛擬實驗系統(tǒng)中可輸出各種有價值的數(shù)據(jù)并能與其他平臺交換虛擬實驗資源虛擬實驗系統(tǒng)可輸出評估數(shù)據(jù)、實驗者學習記錄、教師工作記錄、系統(tǒng)運行日志、用戶統(tǒng)計信息等通常使用XML文件作為數(shù)據(jù)輸出的文件格式4.3.6功能之間的關(guān)系的評價參數(shù)虛擬實驗教學環(huán)境中的各個功能之間的關(guān)系的評價參數(shù)見表7。表7功能之間的關(guān)系的評價參數(shù)編號名稱約束性描述評價要點備注61引用M虛擬實驗教學過程用到的資源和虛擬實驗資源有對應(yīng)關(guān)系實驗教學設(shè)計以虛擬實驗系統(tǒng)所能提供的虛擬儀器、設(shè)備和器材為基礎(chǔ)；為實驗者提供實驗教學目標、學習實驗指導書和相關(guān)的實驗知識；引導實驗者在實驗后完成填寫并提交實驗報告62支持M虛擬實驗資源支撐虛擬實驗教學過程虛擬實驗系統(tǒng)能提供實驗