引入虛擬實驗增強精品課程網站輔學功能的分析

摘要 本文以生物分離工程課程為例，針對高校各級精品課程網站普遍存在實踐性不強、交互性差等問題而導致其輔學功能較弱的現狀，提出引入虛擬實驗以增強精品課程網站的輔學功能。

關鍵詞 虛擬實驗 生物分離工程 輔學功能 精品課程

精品課程就是具有一流教師隊伍、一流教學內容、一流教學方法、一流教材、一流教學管理等特點的示范性課程。精品課程之所以能夠成為“精品”，是因為其具有現代性、科學性、先進性和獨特性，并具有一定的輻射性。課程的“精”在于具有先進的教育思想和豐富而新穎的教學內容，其任課教師具有精深的教學藝術、先進的教學方法、現代化的教學手段、嚴格的教學管理和具有優秀的教學效果。本文擬以生物分離工程課程為例，針對我國高校各級精品課程網站普遍存在實踐性不強、交互性差等問題而導致其輔學功能較弱的現狀，提出引入虛擬實驗以增強精品課程網站的輔學功能。

一、生物分離工程課程的特點

生物分離工程是生物工程、生物技術等專業的必修課，該課程主要講授各種生物活性物質中各種雜質的去除、分離、純化和精制技術，學生通過對該課程的學習，能針對不同產品的特性，較好地運用各種分離技術來設計合理的提取、精制的工藝路線，并能從理論上解釋各種現象，提高分析問題和解決問題的能力。理論學習是生物分離工程課程教學的基礎，而應用則是最終目標，因而生物分離工程課程強調學生動手能力的培養和訓練。因此可以說，生物分離工程課程實踐教學質量的好壞直接關系到該課程教學的成敗。

二、精品課程網站建設的現狀

筆者通過網絡資源調研了我國20多所高校，如南京工業大學、華東理工大學、天津大學、北京化工大學、華中科技大學、華僑大學、浙江大學、福州大學、江西農業大學等的生物分離工程精品課程網站，其中有國家級精品課程、省級精品課程、市級精品課程、校級精品課程等各級精品課程的網站。

(一)精品課程網站建設概況

精品課程網站建設是以現代教育思想為先導，以建設相應層次的、具有較強針對性和適用性的優秀教材為核心，以提高師資隊伍素質為前提，以教學內容現代化為基礎，以現代信息技術手段為平臺，以科學的管理體制為保障，集觀念、師資、內容、技術、方法、制度于一身的整體建設。它具有示范性、創新性、綜合性、持續}生和開放性等特點。伴隨著我國高等教育從精英教育向大眾化教育的歷史跨越，我國高等教育規模得到迅速擴大。在高等教育規模持續擴大的情況下，為了保持教育質量的不斷提高，教育部及時啟動了精品課程網站建設工作，旨在利用現代化的信息技術改革傳統的教學模式，實現優質教學資源共享，提高高等院校教學質量和人才培養質量。建設精品課程網站有利于全面推動教學內容信息化建設，有利于推動優質課程和資源建設，有利于教師的學術水平和教學水平的提高，有利于推進新的教學模式和有特色的教學方法的形成，有利于實現優質教學資源共享，等等。

南京工業大學的生物分離工程課程是國家級精品課程，其課程網站由課程介紹、教學大綱、電子教案、網上教材、授課錄像、實踐教學等14個部分組成。福州大學生物分離工程課程網站由課程首頁、課堂教學、考核系統、答疑系統、實驗教學、成果展示、學科動態、網絡資源8個部分組成。隨著這些精品課程的申報、獲批、建設的不斷深入，課程網站的內容更豐富、更全面、更實用，逐步形成了科學的教學管理機制，建立了完整的監督機制和多樣交流機制，精品課程不再僅作門面，其可用性和持續性更強。正是利用了各級精品課程網站的資源，近年來由于高校學生擴招而走上講臺的大批年輕教師才能快速成長。

(二)存在的主要問題

目前，精品課程網站存在的主要問題是輔學功能較弱。精品課程網站普遍存在課程內容過分保護、開放性與共享性不強，課程資源形式多樣、重復性大、實踐性不強、交互性差等問題。交互是學習者進行人機對話或人人對話的渠道，互動交流模塊中最為常見的是BBS論壇、留言板和答疑系統三種。這些互動交流模塊大多存在人氣不足的缺陷，往往由于長期缺乏維護更新而導致無人問津。導致無人問津的原因還有兩點：一是宣傳推廣力度不夠，師生不知曉而導致訪問量低；二是與學生學習密切相關的資源趣味性、實用性不夠。

優質教學資源共享是建設精品課程網站的主要目的之一。現代教育理念倡導學生是學習的主體，大學教育最重要的是教會學生如何學習、如何思考。因此，精品課程網站的建設也應踐行這一理念，實現以學生為本，強調為學生的學習服務，努力提高其輔學功能。

實驗與實踐是培養學生創新能力和動手能力的重要手段。許多學校都十分重視生物分離工程課程的實踐環節，并結合自己的專業培養計劃和辦學條件制訂了相應的實踐教學計劃。精品課程建設正大力改革實驗教學的形式和內容，加大綜合性、創新性實驗的比重，加大實驗室開放的力度，加強現代化實驗網絡的建設，大力開展仿真實驗、模擬實驗、網上實驗選課系統的研究。然而，很多學校仍然無法保證實踐課程的開出率、開課條件和教學質量。

三、虛擬實驗的優勢

虛擬實驗是指借助于多媒體、仿真和虛擬現實等技術在計算機上營造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統實驗各操作環節的相關軟硬件操作環境，實驗者可以像在真實的環境中一樣完成各種實驗項目，所取得的實驗效果等價于甚至優于在真實環境中所取得的效果。

虛擬實驗平臺作為新的教學媒體，可以有效地突破生物分離實驗的瓶頸，成為真實實驗的補充，在特定的情況下可以發揮獨特作用，促進生物分離實驗教學的有效開展，為完善實踐教學體系建設提供保障。它的優勢體現在以下幾方面：

一是打破空間、時間的限制。利用虛擬實驗，可以徹底打破時間與空間的限制，有利于學生自學。

二是節約成本，彌補了實驗師資力量薄弱的不足。生物分離實驗的很多設備、器材、試劑價格不菲，在教學中，往往會因為實驗設備、場地、經費、師資等緊缺而使一些應該開設的教學實驗無法進行。虛擬實驗在保證教學效果的前提下，極大地節省了成本。

三是規避風險，安全省心。虛擬實驗的一大特點是，通過鍵盤和鼠標來實現實驗過程和對實驗現象的觀察。從某種角度看，可以有效地避免真實實驗操作所帶來的安全問題。

四是實時更新，與時俱進。傳統實驗教學的內容和相關配套設備相對固定，而虛擬實驗的設備與耗材是虛擬的，可以根據最新的研究進展隨時生成新的設備。教學內容也可以不斷更新，使實驗項目及時跟上技術的發展。

五是形象直觀，互動性強。虛擬實驗能夠將抽象概念原理、設備的內部構造、實驗過程生動地呈現出來，幫助學生掌握其實質。虛擬實驗模擬真實的實驗場景，虛擬的沉浸性和交互性，可以調動學生的學習積極性和主動性，使學生能夠在虛擬的學習環境中扮演一個角色，全身心地投入到學習環境中去，這非常有利于學生的技能訓練。

四、引入虛擬實驗增強精品課程網站的輔學功能

在精品課程網站中引入虛擬實驗，有利于增強精品課程網站的輔學功能。以湖北工業大學工程技術學院為例，該學院生物分離工程實驗教學采用“虛”、“實”交替的實驗教學模式進行了2年的教學實踐，進行虛擬實驗操作的學生共計110人，取得了較好的效果。筆者對這些學生進行了問卷調查，問卷調查統計結果見表1。

根據問卷調查結果可知，學生普遍認為虛擬實驗的引入有利于提高學習興趣，通過訓練可加深對理論知識的理解，對實驗操作技能培養也有一定的幫助，是一種很好的輔助學習工具，開展虛擬實驗教學非常有必要。但是也存在一些問題，57.3％的學生認為虛擬實驗操作過程的交互性不夠，虛擬實驗環境還不能因人而異，缺乏個性化，未能給學生提供足夠的探索學習的空間。總的來說，虛擬實驗系統的功能模塊基本能滿足學生的學習需求，教學效果良好。但是，由于虛擬實驗軟件的開發制作尚處于探索階段，還需要加大投入，不斷改進和完善。

目前，精品課程網站中實驗教學引入虛擬實驗，還有很多工作要做，需要學校高度重視，并給予經費支持，需要專業教師與虛擬實驗技術人員通力合作，增加虛擬實驗的趣味性、設計性、綜合性，制作出高水平的虛擬實驗，惠及廣大學生。