實驗生理科學虛實融合實驗在應(yīng)用型本科教學的探索與實踐

劉 瓊，張韋深，吳欣慧，龍?zhí)斐危粞┨m

(1．中山大學新華學院；2.中山大學醫(yī)學院，廣東 廣州 510520)

獨立學院設(shè)置護理、藥學這類應(yīng)用性、實踐性較強的專業(yè)，它具有對實驗實踐條件要求高，實驗室建設(shè)投入大、實驗儀器設(shè)備和耗材需要量多，實驗產(chǎn)生的三廢對環(huán)境易造成污染、安全要求高等特點。為破解實驗教學資源困境，2015年學校建成了“生物醫(yī)學虛擬仿真實驗教學中心”(虛擬中心)[1-3]。虛擬中心建成至今，經(jīng)過護理、藥學等專業(yè)實驗生理科學實驗教學、教學公開課、泰盟杯生物醫(yī)學虛擬仿真大賽的使用，在“信息技術(shù)與教育教學深度融合”方面進行了有益的探索。本文將實踐經(jīng)驗和存在的問題用定性與定量相結(jié)合的方法，分析教學改革成果，供同行參考。

一、虛實融合教學實踐介紹

根據(jù)學校應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位和教學大綱的要求，選取基礎(chǔ)練習型和綜合設(shè)計型實驗進行虛實融合實驗教學改革實踐。考慮學生水平參差不齊，常規(guī)教學以強化學生基本實驗技能為主，重點布置學生學習“實驗動物操作”訓練，以彌補因上課時間短，教師示教和輔導不夠，不能滿足學生在課堂規(guī)范、熟練的掌握基本技能。對綜合性實驗，操作難度大、要求高的大實驗，要求學生在課前先完成虛擬仿真練習，達到預(yù)習實驗?zāi)康摹⒃恚宄嶒灹鞒毯蛢?nèi)容。通過觀看錄像和虛擬操作練習，熟悉實驗過程、操作要點，以此提高課堂實驗成功率和效率[4]。實驗課結(jié)束后進行實驗技能操作考試和實驗理論考試，并就虛擬仿真實驗教學情況，進行問卷調(diào)查。調(diào)查具體項目和結(jié)果如下(見附表)。

二、存在問題及分析

(一)虛擬實驗使用情況。

87%學生偶爾使用虛擬中心，說明使用率不高，可能新建，缺乏宣傳，多數(shù)教師和學生不了解有關(guān)。90%學生使用虛擬中心是為了完成教師布置的任務(wù)，還有超過一半以上學生是為了考試和好奇心，僅18%學生是為預(yù)習，自主學習使用，說明虛擬中心還沒有充分發(fā)揮其激發(fā)學生實驗興趣，充分調(diào)動學生自主學習，自主實驗的效果，也反映出學生對虛擬中心和提高實驗?zāi)芰χg的關(guān)系認識不清。

(二)影響使用原因分析。

1．網(wǎng)絡(luò)原因。68%學生認為是虛擬軟件功能缺陷，54%是網(wǎng)絡(luò)原因。學校虛擬中心是基于校園網(wǎng)平臺建設(shè)的，暫不支持互聯(lián)網(wǎng)和移動終端。多數(shù)學生習慣于，在下晚自習后在宿舍進行，受學校網(wǎng)絡(luò)管理限制，導致學生不能登陸使用，或使用時間過短而影響使用效果。

2．軟件原因。學校虛擬中心采用購買公司軟件的方式建成，由于部分綜合、科研型實驗自身缺陷導致實驗項目打不開或不完善，造成無法使用等問題，這導致51%學生認為虛擬中心使用效果一般，43%認為較差。分析其主要要原因是學生學習虛擬實驗后再進入實驗室進行實體實驗，會感到虛擬場景和真實環(huán)境有差別，有些甚至和老師講的不同，讓部分學生覺得無所適從。因此，軟件和網(wǎng)絡(luò)問題對學生使用影響最大，尤其在虛擬大賽中導致部分同學多次考試。

(三)虛擬實驗發(fā)展前景。

43%學生認為是發(fā)展趨勢，可能與其可重復、無傷害、安全有關(guān)；70%認同現(xiàn)在開展的虛實結(jié)合的教學模式是理想的未來教學模式，但93%學生認為虛擬實驗不能完全替代真實動物實驗，僅起輔助提高實驗效果作用，表明虛擬實驗對教學促進作用、用“以虛促實、以虛擴實”的理念正確看待虛擬實驗與實體實驗關(guān)系以及虛擬實驗發(fā)展前景問題得到多數(shù)學生認可。

(四)虛擬實驗各模塊評價。

90%學生認為虛擬模塊中對實驗幫助最大的是視頻，這可能和虛擬軟件不完善，學校網(wǎng)絡(luò)受限有關(guān)。在開放性問題回答中89%學生認為虛擬實驗仿真性差，沒有手感，有虛擬操作和沒有虛擬操作，和僅看視頻錄像效果沒有差別。

附表 中山大學新華學院虛擬仿真實驗教學問卷調(diào)查(n=215)

這也提醒學校和老師，目前建設(shè)的虛擬中心花費時間和經(jīng)費最多、教育者認為最有用的虛擬操作部分并沒有被學生(使用者)認可。另外，從藥學系學生實驗技能和實驗理論考試平均分數(shù)和去年學生比沒有差異(康復系是第一屆學生)。虛擬實驗對理論和實驗學習幫助，分別是48%、30%，除去校園網(wǎng)使用方便性原因外，說明虛擬實驗對理論和實驗教學的作用和效果遠未達到當初設(shè)計的要求，表明作為虛擬實驗最核心的模塊虛擬操作的制作水平，以及整個虛擬實驗設(shè)計等方面還應(yīng)該加強。

三、解決方案

(一)豐富虛擬資源建設(shè)，提高虛擬中心建設(shè)水平。

為了吸引學生使用，需要加強虛擬中心建設(shè)投入。希望有更多專業(yè)化大公司加入軟件開發(fā)，豐富基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬資源建設(shè)，加快虛擬實驗在移動終端的使用，方便學生隨時隨地學習。同時鼓勵專業(yè)教師和軟件開發(fā)公司聯(lián)合，或培養(yǎng)即懂專業(yè)又懂軟件開展的混合性人才，開發(fā)出適合學生使用、功能強大的軟件，而不是現(xiàn)在的單線程播放式的虛擬實驗，讓設(shè)計性實驗更多選擇模塊和不確定性，啟發(fā)學生創(chuàng)新思維，在真實實驗之前起輔助設(shè)計、模擬的作用，消除學生現(xiàn)在不喜歡使用虛擬實驗的問題[2]。

(二)重視虛擬操作，達到以虛促實的效果。

此次虛實融合實驗教學改革反映出的問題也體現(xiàn)在虛擬實驗內(nèi)容選擇上[5]。對基礎(chǔ)技能性實驗，僅看視頻預(yù)習能收到較好教學效果，不用虛擬操作練習。對綜合性實驗，因為實驗步驟繁瑣，需要具體多學科知識和實驗方法，因此，采用虛擬實驗進行預(yù)習可以提高實驗效率和效果。對研究探索性實驗，如何開展完全的虛擬化實驗教學，是在課堂上開設(shè)還是布置自學形式，學習效果如何，怎樣檢驗等問題，值得各學校繼續(xù)探索。

[參考文獻]

[1]劉 瓊，張韋深，汪雪蘭,等.獨立學院機能學實驗教學示范中心建設(shè)歷程(一)[J].高校醫(yī)學教學研究(電子版)，2016，6(1)：22-24.

[2]劉 瓊，張韋深，汪雪蘭,等.國家級生物醫(yī)學虛擬仿真實驗中心建設(shè)現(xiàn)狀與思考[J].中國醫(yī)學教育技術(shù)，2017，31(1)：15-18.

[3]劉 瓊，張韋深，汪雪蘭,等.對虛擬仿真實驗室建設(shè)的再認識——基于“第三屆高等學校國家級實驗教學示范中心建設(shè)研討會暨虛擬仿真技術(shù)與教學資源建設(shè)論壇”[J].中國醫(yī)學教育技術(shù)，2017，31(2)：162-165.

[4]劉 瓊，龍?zhí)斐危粞┨m,等.基礎(chǔ)醫(yī)學開放實驗室教學創(chuàng)新模式探索[J].實驗技術(shù)與管理，2017，34(9)：233-235，242.

[5]馬建榮.論應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)目標下的課程教學設(shè)計：從學科邏輯向問題邏輯轉(zhuǎn)化的角度[J].中國高教研究，2011(4)：88-91.