虛擬仿真在動物微生物學實驗教學的應用

王 娟，熊增宏，劉曉霞，賴麗虹，顧紅霞，吳輝生，甘賢禾

（1.贛州農業學校，江西 贛州341000；2.贛州職業技術學院，江西 贛州341000）

1 背景

《動物微生物及其檢驗》 是一門理論和實踐很強的專業基礎課，是我校畜牧獸醫專業的核心課程。[1]其中實驗教學內容“動物微生物的檢疫技術”是專業課程的核心技能之一，掌握此技能可為學生后續取得執業（助理）獸醫師、動物疫病防治員、動物疫病檢驗員職業技能證書打下良好的基礎。[2]

在新型冠狀肺炎的疫情影響下，學生獲取知識的途徑已經不再局限于課堂上教師的講授和自己查閱紙質資料，虛擬仿真軟件應用于教學是教育信息化的發展趨勢和現實需要。[3]根據《動物微生物及其檢驗》 課程的實踐內容的教學要求，選擇《虛擬P2 實驗室分離培養和鑒定O157：H7血清型出血性大腸桿菌》項目用于輔助課程的線上實驗教學，解決學生在家由于實驗材料、實驗工具、實驗環境的缺乏，不能很好的完成課程實踐操作的問題，保障學生“停課不停學”。

本研究在本校2019 級畜牧獸醫專業中利用國家開放的虛擬仿真實驗教學平臺進行教學改革探索與實踐，以期為后續教學方法的改進提供參考，同時為“線上線下混合實踐教學模式”的開展提供科學的依據。

2 對象和方法

2.1 研究對象

學習通問卷以調查畜牧獸醫及相關專業的學生為調查對象，利用學習通問卷平臺開展“關于如何學習動物微生物學的實驗調查問卷”。以贛州農業學校畜牧獸醫專業2019 級畜牧獸醫專業學生作為研究對象，分析了這兩個班學生前1 個學期的平均成績，二者無顯著差異，按照自然班級分為試驗組（應用虛擬仿軟件教學，53 人）和對照組（未使用虛擬仿真軟件教學，53 人）。

2.2 虛擬仿真實驗平臺的應用

《虛擬P2 實驗室分離培養和鑒定O157：H7血清型出血性大腸桿菌》是江西省虛擬仿真實驗教學共享服務平臺面向社會開放的虛擬仿真項目，該系統生動仿真2P 實驗室的生物安全系統，人員進出的流程、病原菌分離鑒定的操作流程。學生通過注冊、登錄后可獲得相應的使用權限，可通過網絡進入虛擬實驗室。實驗教學中，通過的操作人員、病原微生物病料、診斷儀器等仿真模型的建立、病料分離的操作項目的設置，能夠使學生融入到虛擬的環境中去，并產生強烈的沉浸感和逼真性，有助于學生自主探究和實踐操作，培養學生發現、分析和解決問題的能力。[4]實驗項目主要包括實驗目的、實驗原理、操作仿真、反饋試題等內容。學生可以隨時隨地自主選擇實驗項目、也可以按照教師布置的實訓項目操作，按照操作指南完成虛擬實驗并提交實訓報告。老師可以隨時查閱學生操作完成的進度及在線測評的結果。后臺系統有助于教師對學生進行實驗教學管理和評估。[3]

2.3 效果評定

為了客觀評價兩種教學模式，我們采用期末實踐考試和教學效果問卷調查兩種途徑進行教學評價。學期末，對兩組學生均進行統一的實操考試，采用統一的評分標準。采用無記名方式對試驗組和對照組學生進行教學模式的滿意度問卷調查，發放106 份，收回有效問卷106 份，有效問卷回收率100%。

表1 各組實操考試成績分析

表2 各組對教學效果滿意度比較

2.4 統計學分析

利用SPSS18 軟件，對學生的實操成績平均分用均值±標準差（x±s）表示，采用t 檢驗統計學分析，分數段分布采用Mann-Whitney 檢驗進行統計學分析，教學效果問卷調查采用X2 檢驗進行統計學分析，P＜0.05 為差異有統計學意義。

3 結果

3.1 各組考試成績比較

期末實踐考試成績分析見表1，結果表明，與對照組（未應用虛擬仿真組）相比，試驗組（應用虛擬仿真組） 實踐考試成績較高，在53 人中10人達到優秀（分數≥90），并且優秀率（18.87%）和良好率（45.28%）較高，具有統計學意義的顯著差異（P＜0.05）。這說明虛擬仿真軟件在動物微生物的實驗教學中能顯著提高學生實踐操作的成績，教學效果明顯好于傳統教學模式。

3.2 各組學生對教學模式的滿意比較

通過學習通調查問卷對學生進行教學模式滿意度調查，結果如表2，從表2中看出，試驗組對教學效果各項指標的滿意度在66.04%-94.34%之間，其中認為能夠提高學生的操作規范性占比最高（占94.34%），其次提高學習的參與度（占88.68%），其他依次為提高學習興趣、提高學習效率、提高學習效果、提高無菌操作意識、提高生物安全意識、提高學習的主動性。而在對照組中，各項指標滿意度僅為43.40.00%-60.38%，試驗組均高于對照組，兩組之間的差異具有統計學意義（P＜0.05）。

4 討論與小結

動物微生物學是一門理論和實踐性很強的課程，是畜牧獸醫專業課程的核心課程之一。在新冠疫情防控期間線上教學實施過程中，由于實訓室（或基地）條件缺乏，學生在家上課受制于實驗環境、實驗材料、實驗工具等因素，課程實驗項目無法開展，不利于學生“微生物檢驗技術”核心崗位能力的培養。教學中應用國家虛擬仿真實驗平臺在課程實踐教學，線上仿真操作，后期線下補充實踐，可有效解決解決線上教學實驗實訓課程開展的難題。

本研究在新冠肺炎背景下，結合學生學習的需求，課程教學的特點，運用虛擬仿真實驗平臺，探索構建適用于動物微生物學的實驗教學模式。結果顯示，試驗班的實踐成績取得了明顯的提高，調查問卷結果也顯示學生的學習的興趣、主動性、參與度、學習的效率、生物安全意識、操作規范性、無菌操作意識均得到了顯著提升，學生對教學效果的滿意度顯著升高，這與國內外同類教學改革結果相一致，[5]表明虛擬仿真軟件實驗教學平臺的應用，能夠有效提高動物微生物學實驗課程的教學效果，提升人才培養的質量。

虛擬仿真實驗平臺還具有成本低、可重復操作、實驗周期短、操作安全等方面的優點，已經逐漸成為信息化時代下教學的趨勢。構建適用于動物微生物學實驗教學平臺能夠對傳統教學模式和實驗操作起到很好的補充和拓展作用。但是，平臺資源的開發、維護和更新和完善和推廣是一個長期性的任務，需要不斷的完善，打造更加全面、優質、實用、可移動的虛擬仿真軟件平臺是今后發展的方向。