[摘要]2018年，随着教育部首批105个虚拟仿真实验教学项目的落地，近年来越来越多的高校加大了对该项目的研发与建设投入。中央部委所属高校更是将国家虚拟仿真实验教学项目纳入“十三五”期间中央高校教育教学改革专项的重要内容，予以重点支持。虚拟仿真实验对传统的教学方式、教学方法和教学评价体系进行了“反转性”的定位、延伸和拓展，体现了新时期“互联网+”思维下高校“开放、共享”教学成果的新模式。以笔者近期着手建设的省级“传统民族管弦乐队创作虚拟仿真项目”为例，在平台建设、方案特色定位、方案内容设计、人机交互性、虚拟场景设置、平台建设普适性考量、基于大数据的客观评价体系构建等方面取得的阶段性研发与建设成果进行总结，为后续该类项目的建设、扩容和升级提供参照和技术保障。

[关键词]虚拟仿真实验；音乐类仿真实验平台建构；人机交互；成绩评价体系

2018年，随着教育部首批105个虚拟仿真实验教学项目的落地，越来越多的高校加大了对该项目的研发与建设投入。中央部委所属高校更是将国家虚拟仿真实验教学项目纳入“十三五”期间中央高校教育教学改革专项的重要内容，予以重点支持。仅依托于iLab-X平台的国家级虚拟仿真实验项目，已在503所高校的法学类、建筑类、物理学类、生物工程类等61个专业大类建设完成3,246个项目。其建设力度、学科推广度和开放使用率得到了大幅提升。虚拟仿真实验项目秉承互联网“开放+共享”的教学理念和教学方式，将“实验”（或实践、实训、实操）部分内容提升到重要地位，借助当今数字化影像技术，拟化“真实”场景（或材料、课堂、实践场所等进行三维虚拟成像），实验者“身临其境”般感受实验全过程。通过“闯关”学习每个模块的设定内容、答题、撰写实验报告，累积获取积分，计算机通过实验者获得的分数，对实验者学习成果作出客观评价。由此可见，三维虚拟成像场景、人与计算机双向交互、现实教学无法实现的实验内容建构、实操性考核模式、智能化的计算机实验结果成绩评定、教学管理于一体等特点，将传统的教学方式、教学方法和教学评价体系进行了“反转性”的定位、延伸和拓展，展现出此项目建设的必要性、先进性和独特性。

一、音乐类虚拟仿真实验项目“实验”界定的突破及分类

如何突破传统的专业音乐“口传心授”的教学理念，将实验（或实践、实训、实操）这种“理工科”教学途径融入艺术教学之中，本着“能虚不实”的原则构建和扩展教学内容，通过虚拟场景呈现带给实验者在时空上的拓展和全新体验，这或许是设立实验项目本身对专业音乐教学改革带来的一种颠覆性创新和突破。而对于艺术成果的评判与达成，则以基于“实验数据”获得的客观成绩作为参照标准。如何突破“实验”概念对音乐类实验项目建构的束缚？如何建立与音乐教学自身规律更为契合的实验分类方式？这些问题是音乐类虚拟仿真实验项目建立之初亟待解决的。

从中国民族管弦乐器法课程入手，将四大类（打击、吹奏、拉弦、弹拨）近百种中国传统民族乐器的形制、音色特征、演奏手法、声部特点、组合方式、乐队编制等繁杂的教学内容，通过建立演示、演出观摩的计算机虚拟实验环境，旨在解决教学体量繁杂的问题，同时降低人工（物料）成本，帮助学生在虚拟环境中更快、更好地将知识内化为创作能力。需要指出的是，这种类型的音乐实验并非简单地理解为教学内容的延伸或扩展。“补充性”音乐实验类型体现的是对教学过程的反思，抓住教学的痛点和难点，做出了音乐类“实验”的新尝试与定义。

我们看到，有关音乐类虚拟仿真实验项目虽不多，但在业内的影响却十分深远。2021年世界非遗南音“上四管”合奏虚拟仿真实验项目①的开发，将非遗传承人的演奏、授课数字化存录，通过虚拟成像技术，将传承人转换在同一空间中悉数出场，或独奏，或合奏，学习者能更直观地受教于传承人，通过人机互动，将不可逆的学习路径转换为反复可逆性学习，有效地培养非遗传承人，续写着中国悠久的音乐历史文化。它以弘扬民族文化为自觉，肩负传承的历史重任，着力于保护与抢救，属“活态性”音乐实验类型。

再如2021年孔庙雅乐虚拟仿真实验项目②就属于“演示性”音乐实验类型。项目通过与中国音乐史或民族音乐理论的知识相融合，以生动的影像复原和呈现来展示其背后所蕴含的深厚人文内涵和文化内涵。它将理论学习与演奏实践相结合，在教学以及社会文化活动中（大型策展，文化展览、演出）极具推广价值。

又如2021年曾侯乙编钟演奏与创编实验项目③则展示了“研究性”音乐实验类型。该实验通过声音采样技术，经过后期合成，较为真实地还原了出土时按调性排列的编钟声音实样。实验者根据乐律学知识，研究摆放位置，通过场景模拟再现，选择适合的演奏方式（可独奏或合奏）创编作品，这一实验项目体现了实验者深入研究后的创新探索。

值得一提的是，上述“补充性”“活态性”“演示性”“研究性”四种音乐实验类型与一般意义上对“实验”的理解大相径庭。因为音乐类实验摒弃了以数据分析为基础的理工科实验原理，向着体验、体悟、体感于一体的新的实验原理加以重塑。未来，音乐类实验项目的建构和选择可从这四种分类中定位和择取，覆盖更为广泛的音乐专业和科目，将不具备条件或者很难具备经济性和可行性条件进行充分的价值转换。

二、音乐类虚拟仿真实验项目建设的难点

秉承“虚实结合，能实不虚，以虚促实”的实验教学理念着手开始建设。如何将“虚”与“实”的实验内容划分清楚，并将实验“材料”采用计算机的处理方式来表达则是这个项目创新的一大难点。首先，是将实验材料进行由“实”转“虚”进行“还原”。以“传统民族管弦乐队创作虚拟仿真”实验项目为例，在建设之初，选择了传统民族管弦乐队的20件乐器近150张图片对每件乐器进行3D建模（包括每个乐器不同大小、不同样式、不同维度，此外，还包括一些传统乐器的古样式），力图还原一个数据和形制更为精准的乐器样本，使虚拟仿真实验的乐器成像更为真实和立体，生动地展示出乐器的形制细节特点，帮助实验者在实验过程中能够进行多角度观察。其次，我们将20件乐器进行声音采样，对每件乐器的每种演奏法进行实录和后期制作，并将演奏者影像进行同步处理，这些都为实验者提供了更加精美的画面品质和更为出色的交互体验。再次，将部分实验材料进行统一的参数预设，如音频（或视频）根据实验内容的统一时长设定；题库“随机”加载数量处理；根据主题动机进行创作的预设以及数据保存、提交；实验后得分的评定数据等。综上所述，其建设的难点主要在于，团队要学会转换视角，尝试以计算机处理实验材料的人机交互的方式来展现实验的全过程。

三、音乐类虚拟仿真实验项目的方案设计

虚拟仿真实验项目的方案设计体现了教学实施的全过程。方案设计不仅包括实验内容要具有明晰的设计思路（包括实验目的、实验过程、每个模块的练习题库设计、实验报告撰写等），还应包括多种教学方法的融合使用、对教学难点的突出、对实验目标的达成度的层次划分等。以“传统民族管弦乐队创作虚拟仿真”实验项目为例，实验项目的方案设计如图1所示。

从图1中可以看到整体实验的设计方案以及实验步骤全过程。实验环节由浅入深，环环相扣，以游戏闯关的方式进行。当某一模块内容测试未达标时，将随机再次加载题目进行测试，直至达标进入下一闯关模块。每一模块的第一次成绩被记录下来，再累积作为总评实验成绩，由此获得最终不同的评定等级层次。设计方案体现了对知识的理解后的集中运用，结合实验者在创作过程中遇到的问题进行分析、总结和反思，撰写心得体会（实验报告），将“理解”“应用”“创作”“反思”四位一体的教学全过程完整地融于实验之中。此外，方案运用了如情境教学法、渐进式教学法以及项目教学法，这些教学法的适当引入，使得实验变得生动、有趣，有助于提升实验者学习效果。由此可以看到，音乐类虚拟仿真项目在设计方案时要注重设计环节的关联度和串联度，以问题为导向，设置多目标，多任务，形成一个较大的“综合实验”，这将大大激发实验者的学习兴趣与热情。

四、音乐类虚拟仿真实验项目的评价体系建构

由于在实验设计上关照到层层递进的知识环节和与随之相伴的形成性成绩评测相结合，而非盖棺论定式的终结性评价，整体上将有助于学生对每个模块的知识点是否掌握有着更为明晰的认知。评价体系再进一步进行等级化处理和设定，计算机根据已设定的数据，进行智能评判。如综合五个模块通关次数，给予相应成绩，正确完成90%-100%通关次数，显示优秀；正确完成75%-89%通关次数，显示良好；正确完成60%-74%通关次数，显示合格；如只完成60%以下，则显示不合格。这一评价体系的设计目的是通过实验者对自身受益程度的评价和自我反思，将主客观两种评价体系结合起来，旨在寻求一种最佳的评价方式，从而尊重艺术学科所具有的特点。

五、音乐类虚拟仿真实验项目人机交互的技术架构

虚拟仿真实验项目的开放运行依托于开放式虚拟仿真实验教学管理平台，二者通过数据接口无缝对接，保证实验者能够随时随地通过计算机浏览器访问该项目。项目以计算机仿真技术、多媒体数字化技术和网络技术为依托，采用面向服务的软件架构开发、集实物仿真、创新设计、智能处理、自动批改和教学管理于一体，是一个具有良好自主性、交互性和可扩展性的实验教学平台。

如图2所示，该图例解析了实验过程中的技术架构与研发技术。从上至下可分成五个层次，上一层为下一层提供服务，直至第5层“教学应用层”，实现交互式的实验过程。首层是“数据层”，包括实验项目所有组件以及实验相关数据的存放和管理；第二层为“支撑层”，是其平台运用数据的核心框架，负责整个基础系统的运行、维护和管理；第三层为“通用服务层”，即将第三方的虚拟实验软件数据接口无缝对接于开放平台，以便实现所有虚拟仿真项目的教学进行统一管理；第四层为“仿真层”，主要针对该项目所涉及的所有实体3D建模、场景建模与装饰、虚拟仪器的开发、提供通用的仿真器，以及为最后一层“应用教学”提供数据的格式化输出。

结语

虚拟仿真实验作为一种教学手段运用到教学领域实属新鲜事物。这是在当今互联网+思维、人工智能研发与应用、共享思维下催生出的与社会进步相匹配的教学改革新风尚。在这种教学改革新风尚的引领下，对传统课堂教学结构与教学流程进行了彻底颠覆，引发教师角色、课程模式、实验方法、管理方式等一系列变革，实现了“翻转课堂”的目的。有别于传统概念下音乐人才的培养模式，音乐类虚拟仿真实验项目的建设必将给高校教学改革带来更多的新探索，而从中获得的大数据为下一步改革提供了最切实的改革依据与技术保障。相信随着互联网技术持续深入地发展，音乐类的教学改革将赋予多媒介、全方位、多元化的教学更深刻的内涵和意义。

注释

①该项目由泉州师范学院主持建设。

②该项目由曲阜师范大学主持建设。

③该项目由浙江师范大学主持建设。

参考文献

[1]陈吉朋,施明宏,张慧春,等.机械设计专业虚拟仿真实验平台构建的探讨[J].中国林业教育,2020,38(6):44-47.

[2]王少兰,李涛,范妤,等.虚拟仿真实验在组织教学中的应用[J].解剖学杂志,2021,44(1):67-69.