心理实验教学系统设计思路与发展探索

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　　摘  要 心理实验教学系统是心理学课程实验教学的一个计算机化平台。该系统早期的设计思路是通过演示性操作来体验一些心理实验项目，后来具备了跟外部实验仪器进行连接的功能，学生也可以模仿编辑或创新设计一个实验项目。最新的心理实验教学系统朝向云端化发展，今后可以考虑更多外部传感设备的有线与无线连接，纳入大数据分析技术。
　　关键词 心理学;实验教学;心理实验教学系统;创新实践;大数据;PsyLAB;PsyKey;云端
　　1 前言
　　作为高校心理学相关专业实验教学的补充，心理实验教学系统是一种借助计算机来进行心理实验项目教学的软件系统，它可以让学生更有效地完成各种心理实验项目的程序化操作，节省教学时间。心理实验教学系统的诞生一方面是计算机技术进步的结果，另一方面是对传统心理实验教学方式的不足进行反思的结果。国内很多高校的心理学相关专业对心理实验教学系统的应用比较广泛，但是在实际使用过程中，有关心理实验教学系统的设计需求也在不断地变化。
　　2 早期心理实验教学系统对实验项目演示性操作的体现
　　从历史发展来看，20世纪80、90年代，心理实验教学往往借助专门制作的各种实物器材来实现有限的实验过程演示或操作[1]，比如暗适应仪、声光反应时测量仪。尽管这种方式对培养动手操作能力很重要，但是在满足实验教学效率、扩大实验教学对象和数据采集精准化方面比较欠缺。21世纪的第一个10年，随着计算机的广泛普及，心理实验教学开始更多借助计算机软件系统来实现[2]。这类心理实验教学系统的实验项目构成一般包括心理物理学实验、反应时实验、知觉实验、记忆实验、注意实验、发展心理实验、思维实验等，它们可以满足的学科教学种类有普通心理学、实验心理学、认知心理学、发展与教育心理学、工程心理学等。
　　实验项目的性质一般属于经典心理实验的操作性演示，其中又包括不进行实验数据采集或分析的实验操作和进行实验数据采集或分析的实验操作。比如心云实验教学系统（CETS）在教学河内塔问题解决时，让学生通过鼠标拖动，把第一个圆柱上的三个大小不同的圆盘全部移到第三根圆柱上，每次只能移动最上面的一个圆盘，并且大盘不能压在小盘上。在这一过程中，学生只需要体验问题解决的操作过程，但是移动圆盘的次数和花费时间等数据并没有被计算机自动记录，而有些实验项目则会自动采集这些实验数据并给出分析结果。
　　3 发展中的心理实验教学系统对外接设备和编制实验的体现
　　早期出现的心理实验教学系统一般通过单机或局域网平台为用户提供服务，系统的安装和运行、数据的自动化采集或分析都在客户端。它们在提高实验教学效率、满足大班教学需求、实现数据记录自动化和精准化方面具有传统实体设备所不具备的功能。但是在实际的心理实验教学中，并不是所有的实验项目都可以转化为计算机程序，比如那些涉及生理指标、眼动数据采集的实验，就必须要借助专门的仪器设备。而且，过度地依赖计算机系统来进行心理实验教学，很容易让学生失去自己动手设计实验、制作实验设备、编制实验材料，甚至是处理实验数据的锻炼机会，因为计算机化实验系统包含的实验项目一般都是事先编制好的，学生更多扮演的是一名被试而不是学习者。心理实验教学除了要体验已有的经典实验及其设计，还需要以学生为中心，教会学生独立设计新实验，解决新问题。
　　为了克服以上局限，新近的心理实验教学系统开始重视和外围实体设备的连接，强调自主实验项目的添加或编辑，比如PsyLAB、Psytech3.0、PsyKey。这些产品有两个共同特点。
　　1）利用USB技术连接外围实体设备，比如动作灵活性测量仪、深度知觉测量仪，帮助学生完成传统意义上的手动式操作实验，而他们操作过程的实验指导语呈现、实验步骤的展开、实验数据的采集和分析都可以由计算机来完成。这在一定程度上实现了软体实验系统和硬体实验设备的整合。从功能优势上来看，它们既能发挥操作传统实验仪器对动手实践能力的锻炼，又能发挥计算机程序化实验的规范性、高效性和数据采集自动化、精准化优势。
　　2）这些产品还体现出自主实验设计性。比如直接在系统上编辑实验材料或者删除已有实验材料，为已有实验项目添加新的变量或者删除已有变量，从外围导入新的实验材料或者上传一个全新的实验设计程序。为了实现这些功能，这类心理实验教学系统开始有意识地整合相应的实验材料制作工具，比如新版的PsyLAB心理实验教学系统提供的声音发生器、图片生成器，或者直接加入自己开发的心理实验设计软件[3]。這样的设计对于培养学生的创新实践能力很有帮助。
　　4 新近的心理实验教学系统对云端化实验教学的体现
　　打破心理实验教学的时空限制  进入21世纪的第二个10年，随着互联网络技术的进步，一种基于云端的心理实验教学系统开始出现，比如侧重常规心理实验演示的卓顿心理实验系统，以及着眼于专题研究项目而开发的云端心理实验室（cpsylab）[4]。这种不受固定或单一场地限制的教学资源进一步满足了学生的自主学习需要，同时可以“打破心理实验教学的时空限制，实现一校多区、一课多校、一课多专业等形式的教学”[5]，所以逐渐受到心理实验教学的重视。云端化心理实验教学系统和以往实验室的计算机化教学系统相比，它不但做到了在线化心理实验操作，而且实验系统的安装，数据的采集、分析和存储都发生在云端。心理实验教学系统的云端化使心理实验的操作性教学真正走出传统实验室，用户可以根据自己的学习条件自主上网，甚至是借助手机来实现心理实验的操作性学习。
　　当然，最初出现的云端化心理实验教学系统在设计思路上还仅仅是把原有的心理实验教学系统从用户计算机“迁移”到云端计算机，教学内容也更多地侧重心理实验的演示性操作，对原有实验系统所能连接的外围实验设备还没办法进行兼容，也没有很好地整合自主实验设计或自主编辑的功能。这显然不能完全满足心理实验的教学需求。 　　实现自主性模仿编辑或创新设计  培养大学生的创新实践能力是我国高等教育发展的重点目标。云端化心理实验教学系统要想实现这一目标，就必须考虑自主实验设计功能。同样，作为一线心理实验教学教师，他们最为关心的是学生不但要懂得怎样以一名被试的身份去操作一个演示性实验项目，还要懂得这个实验项目的实验程序是怎样设计而成的，同时要学会根据相应的研究目的动手设计一个新实验。也就是说，用户需要一个能够同时完成从经典性心理实验的演示性操作、模仿性编辑到创新性设计的一体化云端心理实验教学系统。
　　新版的CETS云端心理实验教学系统采用三步一体设计模式来实现教师所期望的学习目标[6]。
　　首先，由经典实验演示子系统来完成演示性学习功能。该子系统的每一个实验项目都包含有实验说明、实验运行、可能的实验数据呈现、实验数据导出和模仿性编辑控键。模仿性编辑控键主要是把感兴趣的经典实验链接到下一步的模仿性编辑系统。
　　其次，由经典实验编辑子系统来完成模仿性学习。该子系统有一个可编辑的心理实验项目表，列出的是学生想要进一步编辑的经典实验项目。这个子系统还提供有实验项目编辑说明、实验材料资源库、实验程序设计工具、实验运行、实验数据呈现、实验数据导出和创新实验设计控键，用户可以通过创新设计控键进入创新实验设计。
　　最后，由创新实验设计子系统来完成创新性学習功能。该子系统有一个属于学生自己的创新设计列表，列表中每个实验项目都包含有问题提出、实验说明、实验编制、实验运行、实验数据呈现、实验数据导出和创新实验发布几个模块。此处的实验编制模块可以实现实验材料上传、实验材料编辑、实验程序设计等操作功能。
　　以上各系统作为一个相互链接的整体运行在云端，学习者可以自定时间，循序渐进地完成学习任务。
　　5 未来云端化心理实验教学系统的发展趋势
　　云端系统和外围实验仪器的物联  尽管最新的云端心理实验教学系统在演示性操作基础上增添了模仿性编辑或创新性设计模块，但是它们在连接外围实验仪器方面还有所欠缺。尤其是近些年来，借助各种实体仪器进行心理实验教学的做法已经不再局限于传统的小型实验设备，如框棒仪、速示仪、镜画仪等，在课题研究中广泛使用的眼动仪、生理反馈仪、脑电仪等外围设备也需要更多学习。
　　在新版PsyKey心理教学系统里，研究者已经开始尝试融入眼动有关的实验教学程序，只不过这种实验程序还不能跟常用的眼动仪进行有效连接，主要原因是实验教学系统上的眼动教学程序还不具备眼动数据的采集和分析功能，这个功能仍然由眼动仪自带的软件来执行。而教师的需求是，学习者在操作眼动实验教学程序时，这个程序必须和眼动仪自带的软件相互兼容，同步运行，或者在云端系统直接集成眼动数据的采集和分析模块。这种设计思路也可以应用到其他设备，如生理反馈仪、脑电仪。
　　近年来，一些移动式眼动仪、脑电仪以及可以感应人体生理信号或环境信息的可穿戴设备在心理学研究中越来越多地被使用。这些“移动式传感设备所获取的行为与环境信息和生理信号，同样可以通过移动互联网实时传输到数据存储服务器，它们正在改变传统心理学的研究对象、思路和方法”[7]。手机、平板电脑、高速无线网络、移动式传感设备和云端心理实验系统借助无线互联网数据传输技术，可以组成一个新型的心理实验教学生态链，使得传统的心理实验教学能够考虑更多的生态实验效应，实现一些在实验室无法完成的项目教学。
　　云端系统的大数据分析  目前，云端心理实验教学系统在数据采集和分析方面还是侧重于变量之间因果关系的求证，样本量也局限于小样本，这也是传统心理实验的基本特征。网络大数据分析技术的出现为心理实验的大样本测量，满足实验结果可解释的时效性带来可能。但是也有研究者认为，“大数据研究擅长探索相关性”[8]，这跟心理实验的因果关系追求并不一致。不过研究者也可利用海量数据和理论假设相结合的方式，尝试大数据分析和实验法的优势互补[9]。这种做法具有理论可行性，因为“在大数据研究背景下，尽管不同变量之间的关系变得不那么明确，但是大数据采集过程所使用的理论、方法和工具都会受到研究者自身理论知识和先入之见的影响，因此，即使是大数据的关系挖掘和分析，也不排斥理论假设和因果分析”[10]。云端心理实验教学系统恰恰为这种方法结合提供了一个现实可操作的平台，因为云端心理实验教学系统上的实验项目设计本身就是基于理论假设的驱动，它的优势还在于能够借助使用面的扩大，积累大量实验数据，实现一定程度的大数据分析，同时不失因果关系解释。这对于心理实验统计方法的教学也是一个新的促进。
　　从教学层面来讲，云端心理实验教学系统可以提供的大数据并不局限于各个实验项目的实验数据，还可以提供有关使用者偏好的实验项目、操作习惯等信息。这样可以帮助优化实验教学项目，追踪实验教学内容的前沿问题，预测心理实验教学系统的使用对学习者的教育作用。
　　参考文献
　　[1]赵俊华.心理学实验方法教学的史学策略[J].哲学评论，2013（4）：65-73.
　　[2]李晶，吕庆燕.心理实验系统教学效果的实证研究[J].实验技术与管理，2012（4）：176-179，182.
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　　[4]蔡华俭.一种基于云端的心理实验室系统和使用方法（cpsylab）[P].中国专利：104616231A，2015-05-13.
　　[5]曾祥炎.心理学公共课虚拟仿真实验教学系统的构建与应用[J].实验技术与管理，2017（3）：111-114.
　　[6]赵俊华.北京心云天地.三步一体化心理实验云端教学系统V1.0[P].中国：2749510，2018-06-05.
　　[7]冯雪，张丹.探索日常生活中的心理与行为规律：运用移动传感技术的心理学研究[J].科技导报，2017（2）：45-49.
　　[8]Mayer-Sch?nberger V， Cukier K. Big data： A revolution that will transform how we live， work， and think[M].Boston： Houghton Mifflin Harcourt，2013.
　　[9]赖凯声，马华维，乐国安.网络大数据分析技术的心理学方法论思考[J].西南大学学报：社会科学版，2017（3）：81-87，190-191.
　　[10]邓国民.大数据和教育研究：认识论和方法论的思考[J].电化教育研究，2018（6）：48-53.
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