虛擬仿真實驗教學系統聯合問卷星在“食品毒理學”動物實驗教學中的應用

胡嘉淼，葉倩文，賴丹寧，曾紹校

（福建農林大學食品科學學院，福建福州 350002）

0 引言

“食品毒理學”作為食品的專業基礎課程，是運用毒理學的方法研究食品中可能存在或混入有毒、有害物質而對人體健康的損害作用，并研究其作用機理的一門學科，具有較強的實踐性和應用性[1-2]。“食品毒理學”動物實驗作為“食品毒理學”的重要組成部分之一，需要較強的實踐操作能力。

現代科學技術發展迅速，越來越多的新技術新方法已經融入到高校的課程教學中，以激發學生的學習興趣，提高自主學習能力。虛擬仿真教學系統是通過計算機虛擬仿真技術，高度模擬實驗環境及實驗操作，讓學生更加真實地沉浸在動畫游戲界面中理解實驗步驟與注意事項[3]。

問卷星是一個集考試、問卷調查、投票等功能于一體的免費網絡平臺[4]，以設計簡單、操作便捷等特點獲得了使用者的好評。

以虛擬仿真教學系統作為學生預習復習的工具，運用問卷星統計分析學生對實驗的掌握程度，及時調整教師的實驗教學講解重點。這兩種新型教學手段的結合，能夠更加高效地輔助完成實驗教學，提高教學效率。主要探討了虛擬仿真教學系統聯合問卷星統計分析對提升“食品毒理學”動物實驗的教學效果的推動作用。

1 虛擬仿真教學系統在“食品毒理學”動物實驗中的應用

傳統的“食品毒理學”動物實驗受到經費、設備等條件限制。特別是慢性毒理學實驗需要長期觀察動物的生長狀態，若實驗操作出現失誤，實驗周期將翻倍延長。在實驗教學中發現，許多學生對動物實驗存在恐懼心理，過度緊張容易對動物造成機械性損傷，甚至導致其死亡，因此實驗需要準備較多實驗動物以避免無法順利展開，學生的身心健康也會受到不良影響[5]。虛擬仿真教學系統的應用能在很大程度上使學生利用虛擬仿真手段充分熟悉實驗操作，減少這些限制，降低動物使用量。

1.1 虛擬仿真系統在“食品毒理學”動物實驗教學中的應用

1.1.1 課前預習

“食品毒理學”動物實驗內容復雜，涉及方面廣，學生很難通過書本或視頻做到完全理解整個實驗的操作過程[6]。傳統的毒理學動物實驗教學中，學生只能通過教材或視頻進行學習，教師只能在學生自主實驗操作前才讓學生親眼觀察小鼠反應，如在小鼠的灌胃實驗視頻中，灌胃針要從小鼠的何處插入、不同規格的灌胃針需插入多深等，都不曾清楚地展示出來。虛擬仿真教學系統能夠通過游戲的方式，極大地調動學生的興趣[7]，讓學生以第一視角了解實驗的原理、探索實驗的具體操作步驟和注意事項。

1.1.2 課后復習

復雜的動物實驗有各種失敗的原因，但多數學生在課后缺少切實的分析，容易再次失敗。虛擬仿真教學系統的視頻可以反復觀看，學生可以通過比對視頻和自己的實驗操作步驟，找出自己失敗的原因，做到準確分析，避免問題重現。在部分高校，動物實驗也需要期末操作考試，學生的實驗操作步驟與手法是教師打分的側重點。學生在考前重復觀看視頻，能夠強化對實驗的認識，喚醒對實驗操作的記憶，對提高期末考試的成績有益處。

1.1.3 師生互動

傳統的實驗教學中，通常是一個教師面對多個學生，當學生同時提出不同的問題時，教師難以快速給予每個學生答案。虛擬仿真教學系統的師生溝通渠道，學生可以通過系統發起提問，后臺有多個教師同時回答，做到“問答一對多”，能幫助學生更快速全面地理解問題。學生也能利用系統向教師或軟件工程師反饋教學系統出現的錯誤，提出建議和意見，幫助系統優化。

1.2 虛擬仿真教學系統在“食品毒理學”動物實驗教學中的優勢

1.2.1 擴大學生實驗課的學習范圍

傳統“食品毒理學”動物實驗只適合在實驗室展開教學與操作。虛擬仿真教學系統可以拓寬學生的學習范圍，讓學生在實驗室外也能高效學習實驗操作步驟[8]。只要學生有可以聯網的電腦，便可以隨時隨地登錄系統進行“食品毒理學”動物實驗的課前預習或課后復習。

1.2.2 游戲式浸入實驗教學

過去，“食品毒理學”實驗教學常采用實驗步驟視頻與現場操作等虛實相結合的教學手段。實驗步驟教學視頻常作為課前預習的工具，但有許多學生反映，由于許多特殊的手法較為復雜，難以通過視頻理解透徹，以至于難以完全置身于視頻的實驗操作中，導致預習雖充分但效果有限。教師在實驗現場直接操作教學雖然能直接與學生面對面互動，也能讓學生親身感受動物的反應。

虛擬仿真教學系統運用動畫界面向學生展示動物實驗的真實環境，學生以第一視角學習，根據動畫提示逐步探索實驗操作步驟，有身臨其境的感覺[9]。游戲式的實驗教學方法能極大激發學生的學習熱情。學生在系統中能夠自主發現操作的各種小細節，增強學生對細節的印象，有助于減少實際操作帶來的失誤。

1.2.3 幫助整理實驗思路

虛擬仿真教學系統能讓學生在探索式的游戲教學中理清實驗步驟，更好地記憶實驗操作步驟，為實際操作打下基礎。而且游戲探索后，還會有一段操作視頻，能幫助學生鞏固實驗流程，加深他們對實驗步驟的印象。

1.2.4 有利于幫助學生設計實驗

學生學習實驗操作一部分是因為需要獲取學分，更多的是為了掌握操作手法，為今后在工作中自主設計實驗打下基礎。虛擬仿真系統向學生展示了清晰的實驗思路與實驗設計步驟，基本上做到每個步驟對應了每條原理，幫助學生掌握實驗設計步驟，整理設計思路極大地提升了學生的自主性和創新性[10]。

1.2.5 有利于幫助學生認識動物實驗的“3R 原則”

目前，世界普遍認知的“動物福利”主要包括五大自由：不受饑渴，生活舒適，不受痛苦傷害和疾病，生活無恐懼和悲傷感，表達天性。因此，目前在動物痛苦與科研欲求之間，3R 原則，即替代（Replacement）、減少（Reduction）、優化（Refinement） 是普遍認可的平衡點，是維護實驗動物福利的一種原則[11]。通過虛擬仿真教學系統，可以使學生減少毒理學實驗所消耗的動物數量，在此過程中可以幫助學生充分意識到動物實驗“3R 原則”的意義，達到科學理論知識學習同人文教育的有機融合。虛擬仿真教學系統有節約資源、讓學生聯機共同浸入實驗學習等優點。但由于“食品毒理學”動物實驗存在復雜性，教學系統的使用與實際操作仍有差別，系統難以完整反映實驗操作的各個方面，特別是動物在不同階段的反應難以完全被刻畫出來，學生在實際操作時常因不知如何根據動物的反應進行下一步操作，易造成實驗失誤。所以，虛擬仿真教學系統作為“食品毒理學”動物實驗的輔助教學手段，可對提高教學效果起到事半功倍的效果。

2 問卷星在“食品毒理學”動物實驗中的應用

問卷星是一款功能多、操作簡的網絡平臺，常被應用于滿意度調查、信息登記、在線考試、討論投票等，快捷、成本低、易操作是多數使用者為其貼的標簽。

2.1 問卷星在“食品毒理學”動物實驗中的應用

將問卷星應用于“食品毒理學”動物實驗的教學中，教師能夠靈活統計學生對實驗的掌握程度，改進教學方式。

2.1.1 隨堂小測

問卷星應用于“食品毒理學”動物實驗教學的互動小測中，增加教學的趣味性[12]，再次提醒學生各個實驗的難點和要點。教師提前通過問卷星編寫測試題，在實驗操作前將測試題的二維碼或網頁鏈發給學生（見圖1），學生通過掃描二維碼或直接訪問鏈接進入答題，答題后提交即可[13]。全體答題結束后，教師便可直接通過問卷星平臺或微信中的問卷星小程序查看學生的答題正確率，由于IP 地址無法更改，教師無法隨意篡改數據，有效避免師生糾紛。

“動物實驗”小測試二維碼見圖1。

圖1 “動物實驗”小測試二維碼

例如，在動物實驗的測試中，題目1 的答案D，準確率為94.74%（見圖2），題目6 的正確率偏低，僅為75%（見圖3），題目9 的正確率為82.2%（見圖4）。從小測試的正確率，教師可以針對性地對實驗操作的關鍵知識點進行強化、重點講解及演示。

綜上所述，根據統計數據分析結果，當教師了解了學生對實驗的掌握情況后，可適當調整實驗教學的講解重點、難點，有效提高課堂效率。

動物實驗小測試第1 題的題干及其正確率見圖2，動物實驗小測試第6 題的題干及其正確率見圖3，動物實驗小測試第9 題的題干及其正確率見圖4。

圖2 動物實驗小測試第1 題的題干及其正確率

圖3 動物實驗小測試第6 題的題干及其正確率

圖4 動物實驗小測試第9 題的題干及其正確率

2.1.2 教學反饋

2017—2018 學年第二學期，福建農林大學食品科學學院2016 級食品質量與安全專業學生對“食品毒理學”動物實驗課教學效果的部分反饋結果見圖5。

問卷星還可以充當起師生有效溝通的又一座橋梁。由圖5 可知，該專業學生對于實驗課的掌握度較高，僅有1.56%的學生認為該實驗課全面易懂程度為一般，82.81%的學生認為教師不僅傳授具體實驗操作，也把學習方法、實驗設計思路等都一并傳授給學生。

圖5 2017—2018 學年第二學期，福建農林大學食品科學學院2016 級食品質量與安全專業學生對“食品毒理學”動物實驗課教學效果的部分反饋結果

學生對教學效果的反饋能幫助教師改進教學方法，教師還可以通過問卷星為學生答疑解惑。問卷星能有效減輕教師工作量[14]，但依然存在局限性，如當有學生填寫問卷后，教師若再想修改問卷的題干，已收集的問卷會消失，無法直接記入最終統計，也無法確保所有問卷的真實性[15]。所以，問卷星仍有改進的空間，只能作為“食品毒理學”動物實驗的輔助教學手段。

2.2 問卷星在“食品毒理學”動物實驗中的優勢

2.2.1 豐富考試題型

問卷星的操作界面簡單清楚，沒有過多繁雜的裝飾，使用者能依據問卷星的提示快速創建并編寫自己需要的問卷或投票。

問卷星的不同應用見圖6。

圖6 問卷星的不同應用

問卷星有單題增加和批量增加2 種增加題目的方法，并且允許從歷史問卷中勾選題干，使用者可以將其適當修改或直接加入至新的問卷中，這使編題更靈活的同時減少使用者的時間。

除了傳統的單選題、多選題，問卷星還包括填空題、評分題、排序題、情景隨機題等[16]。豐富的題型能幫助使用者更加全面地了解被調查者的選擇，也能幫助調動被調查者的答題樂趣。

問卷星的部分題型見圖7。

圖7 問卷星的部分題型

2.2.2 隨時隨地可發布、收卷

除了使用網頁版問卷星發布或收回進行問卷，微信也可以作為發、收卷的平臺。問卷星以小程序存在于微信中，使用者可以直接在此創建或者發布、收回問卷、試題等。因此，使用者能自由設定作答者的作答時間。

2.2.3 快速統計與分析

收卷后問卷星便可以用圖表方式統計出被調查者的作答信息，并根據不同地理位置或者作答時間進行統計分析。使用者能很方便地查看結果或下載保存統計數據。

3 虛擬仿真實驗教學系統聯合問卷星用于“食品毒理學”動物實驗教學的可行性分析

3.1 適用對象

該教學方法適用于擁有智能手機，并能簡易操作電腦的大學生群體。

3.2 設備條件

當今，高校基本都配有機房，可供學生自主上機使用，這為虛擬仿真實驗教學系統的應用提供了良好的使用平臺。筆記本電腦早已成為大學生的學習必備品之一，因此學生能更加方便地使用系統。此外，虛擬仿真教學系統已實現網頁化，只需在電腦上安裝小型插件，就可以快速登錄并使用。教學系統同時擁有異端登錄功能，在一臺電腦上使用賬號登錄保存后，在另一臺電腦登錄后便可通過歷史找到自己學習過的課程。教學系統的方便化成為學生更加靈活自主學習“食品毒理學”動物實驗的基石之一。

隨著社會進步，智能手機發展迅速，在人群中普及推廣，特別是大學生群體的智能手機擁有率日益上升。智能手機的便捷性造就了其在大學生群體中不可替代的地位。智能手機在大學生群體中的普遍使用為問卷星的應用奠定了基礎。

由于現代信息媒體發展迅速，將虛擬仿真教學系統與問卷星結合的方式應用于“食品毒理學”動物實驗具有較強的可行性。

4 結語

教學手段隨著信息快速發展而不斷創新，現代化的技術手段逐漸融入到各高校的教學中。將虛擬仿真教學系統與問卷星相結合，作為輔助教學手段應用于“食品毒理學”動物實驗課，能夠增強實驗教學的趣味性，調動學生的學習積極性，提高實驗的正確率和教學效率。未來，仍將不斷探索更加適合“食品毒理學”動物實驗教學的技術方法，提高實驗正確率和教學效果。