基于虛擬仿真實驗及測評的混合式教學實踐

鄧可

[摘 要] 實驗教學能力是師范生專業素養的重要組成部分。在后疫情時代，如何更好地提升高校實驗課的教學質量，培養師范生的實驗教學能力已經成為當下教育關注的重點。通過師范生教師教育類“中學生物實驗教學研究”課程的教學改革，借助虛擬仿真實驗平臺和網絡課程平臺，將真實實驗與虛擬仿真實驗相結合，制定了虛擬仿真實驗線上新型混合式教學實踐方案，并構建了虛實結合的課前、課中和課后三階段混合式教學實踐過程，同時使用虛擬仿真測評系統進行了線上線下、定性定量的實驗教學評價的改革。

[關鍵詞] 生物實驗;虛擬仿真實驗;混合式教學;教學評價

[基金項目] 2020年度第一批教育部產學研合作協同育人項目“基于虛擬仿真測評技術的‘中學生物實驗教學研究’混合式教學實踐改革”（202002056021）

[作者簡介] 鄧 可（1973—），女，四川岳池人，生物學碩士，貴州師范學院生物科學學院副教授，主要從事生物學科教育研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）07-0145-04 [收稿日期] 2021-08-18

新冠肺炎疫情爆發以來，我國各大高校積極貫徹教育部指示精神，組織開展了豐富多樣的線上教學，并取得了顯著的成效。隨著疫情的常態化發展，線上教學已經成為日常教學的一種重要手段[1]。但是，由于實驗課程的特殊性，必須借助實驗儀器才能完成實踐教學活動，單純的線上教學很難完成真實課堂的實驗教學任務。因此，如何確保實驗教學的效果和質量，順應時代發展、積極應對教育課程改革和現實問題，已成為當前高校教學改革的研究熱點。

一、“中學生物實驗教學研究”虛擬仿真混合式教學改革思路

“中學生物實驗教學研究”是高等師范生物科學專業的教師教育類實踐課程。該課程的課程目標是，培養生物科學專業師范生從事中學實驗教學工作所必備的實驗操作技能和實驗教學能力，進而培養師范生進行中學生物實驗教學研究的能力。“中學生物實驗教學研究”課程的開設，為師范生將來踏入教師行業，進行生物學實驗教學奠定了基礎。由此可見，該課程對于生物師范生未來發展具有極其重要的意義和價值。

“中學生物實驗教學研究”的課程內容主要包含兩個部分：實驗操作部分和實驗教學研究部分，該課程要求師范生不僅要完成中學生物教科書中的實驗操作，還需要對中學生物實驗中的實驗材料、實驗方法和實驗器材等方面進行研究改進，但由于生物學實驗很容易受到地域、環境和季節等因素的影響，加之實驗教學課時有限，學生對中學生物實驗教學的研究往往浮于表面，僅能完成實驗操作。隨著教育信息化的改革逐漸深入，虛擬仿真實驗逐漸成為實驗教學中的重要手段和方法。虛擬仿真實驗在操作中具有安全、靈活、可重復等特點，并且不受時空的限制，因此，可以將真實的實驗教學與虛擬網絡環境相結合，兩者取長補短[2]。結合國家要求和專業特點，本課程對各類虛擬仿真實驗平臺進行了比較，最終，“中學生物實驗教學研究”課程采用“NOBOOK仿真實驗系統+學習通平臺”作為線上教學平臺，進行線上模擬實驗。同時，充分利用已有的實驗條件，開展線上線下相結合的混合式教學，并進行了相關的實踐和探索，取得良好的效果。

二、“中學生物實驗教學研究”虛擬仿真混合式教學實踐方案

為了達成“中學生物實驗教學研究”的課程目標要求，本課程的虛擬仿真混合式教學的具體實踐方案分為兩大板塊，分別是：教師板塊和學生板塊。教師板塊主要包含任課教師進行建設課程平臺、學生信息管理、課程實施管理三個方面。首先，教師會結合“中學生物實驗教學研究”教學實際情況，建設學習通課程平臺，并在其中發布相關學習任務，上傳課程視頻資源和文字材料等;學生板塊主要是學生進行個人學習任務管理、學習思維拓展與延伸、虛擬仿真—真實實驗結合三個板塊。在進行虛—實結合實驗時，學生可先利用任課教師搭建好的課程平臺進行課程預習，同時采用虛擬仿真實驗進行實驗操作，在真實實驗課堂時，針對虛擬仿真實驗操作中的問題，進行實驗改進，并上傳實驗結果，學生通過學習通網絡平臺進行分享交流，同時對實驗結果進行小組互評和教師評定。

三、“中學生物實驗教學研究”虛擬仿真混合式教學實踐過程

1.課前準備。在每次實驗開始前一周，任課教師通過已經建立好的課程資源平臺上傳相關資源、發布相關實驗學習任務，并在課程群討論組或班級QQ群告知學生利用學習通平臺進行預習，學生通過查看任務結合平臺資源，在NOBOOK虛擬仿真實驗進行實驗操作，系統自動記錄并評分，同時在學習通平臺完成預習。在課程前三天，學生組成學習小組，通過學習通和QQ群開展預習研討會，學生結合預習結果與虛擬仿真實驗操作，分小組討論實驗操作中易出現的錯誤、安全注意事項、實驗改進等方面問題，預習任務完成后，進行小組互評，任課教師予以評價。

2.課堂教學。活動一：請學生通過學習通，分組展示預習成果，并利用虛擬仿真實驗平臺演示實驗操作過程，引導學生針對教學中的實驗步驟和操作過程可能出現的問題，進行討論交流。教師歸納總結出該實驗在教學中可以研究的問題。活動二：教師引導學生分組，每組各選擇一個研究的問題，進行實驗方案設計，并請各組代表通過學習通上傳實驗方案，進行分享交流，教師加以點評。活動三：指導學生分組實驗，根據各組實驗方案，利用提前準備好的材料及儀器進行真實實驗，并在實驗過程中進行視頻的錄制和實驗結果的紀錄。實驗結束后，學生將實驗結果和實驗數據發布到學習通平臺，教師進行各組巡視，并提醒學生實驗注意事項。活動四：通過學習通平臺，學生對自己的實驗結果進行分享、交流、討論和反思，并進一步完善實驗設計方案，獨立完成真實實驗、記錄結果。

3.課后拓展。實驗課堂教學結束后，學生撰寫相關實驗報告，并將實驗過程視頻和實驗報告上傳到學習通中，學生也可以進一步拓展實驗研究的問題，將問題發布在學習通的討論板塊，全班學生共同進行討論。

四、“中學生物實驗教學研究”混合式教學評價改革

傳統的實驗教學評價，評價的形式比較單一，評價功能單薄，很難通過學業評價促進學生的專業發展，學生學習的主觀能動性不夠[3]。本課程的考核目標包含學生的知識、能力、師德修養等多方面，所以單一的終結性的考試，無法完成多方位、多層次的考核要求。因此，本課程基于OBE理念，將形成性評估和終結性評估相結合。評價中關注學生在課程學習中的階段性成果，在課程作業的布置中強化實踐，除了實驗報告、實驗教學設計等作業方式，還讓學生通過課程學習，轉換角色，以準生物學教師的身份進行教具的開發和實驗教學的改進，并集結成冊。同時，學生通過教學模擬，進行實驗教學微課的錄制，并上傳到學習通網絡平臺，進一步加強過程考核和能力考核。

同時，本課程以學生實驗操作評價為主要評價手段，注重定性評價與定量評價相結合。充分利用虛擬仿真實驗測評系統，借助網絡和VR測評裝備，進行實驗的操作考核。學生可以通過線上的虛擬仿真實驗測評系統，不限時間、空間和成本的進行考核，由于系統對操作的每個步驟能精準的評測，因此實驗操作考試的結果定量準確，較為公正，并且能及時將錯誤操作的問題反饋給學生，節省了大量的人力和物力，學生的實驗操作能力也獲得了較大的提升。虛擬仿真的測評系統，讓學生也參與到課程學習評價中，評價的主體不僅僅只是教師，學生也是評價的參與者，通過對多環節、多評價主體的評價意見的整合，形成最終評價結果[4]。多元化的評價方式充分激發師范生的學習興趣，促進學生學業水平質量的提高。

結語

師范類生物科學專業的“中學生物實驗教學研究”課程教學改革中，通過采用虛—實結合的混合式教學，利用先進的虛擬仿真技術及網絡課程平臺建立起獨特的“云課堂”。在此過程當中，既解決了實驗課時不足的問題，也保證了學生實驗的安全性和可行性，同時，也落實了國家疫情期間“停工不停學”的政策。虛擬仿真實驗融入“中學生物實驗教學研究”課程教學，拓展實驗教學內容廣度和深度，延伸實驗教學時間和空間，充分調動了學生的學習積極性，提升實驗教學質量和水平，也為師范生以后的職業發展打下堅實的基礎。

參考文獻

[1]劉巖，于洋，劉睿，等.基于虛擬仿真平臺的線上線下混合式教學改革研究——以《制藥過程檢測與控制》為例[J].教育教學論壇，2020（39）：385-386.

[2]李媛媛，劉樂，陳泉志，等.基于虛擬仿真實驗的混合式教學模式探索與實踐——以“涂料化學與工藝學實驗”為例[J].教育教學壇，2020（33）：213-215.

[3]王敏，任銀祥，谷弘，等.基于虛擬仿真+CBL+TBL的混合式教學在“醫學形態學實驗”中的應用[J].中國醫學教育技術，2020（1）：128-132.

[4]仇清海，肖蘇慧.“云平臺+虛擬仿真”信息技術手段在高職專業課混合式教學中的應用研究[J].教育教學論壇，2019（32）：235-236.

Mixed Teaching Practice Based on Virtual Simulation Experiment

—Taking “Research on Biology Experimental Teaching in Middle School” as an Example

DENG Ke

（School of Life Sciences， Guizhou Education University， Guiyang， Guizhou 550018， China）

Abstract： Experimental teaching ability is an important part of normal students’ professional quality. In the post epidemic era， how to better improve the teaching quality of experimental courses in colleges and universities and cultivate the experimental teaching ability of normal students has become the focus of current education. In order to reform the teaching of “Research on Biology Experimental Teaching in Middle School”， we combine the experiment with the virtual simulation experiment with the help of the virtual simulation experiment platform and the network course platform， formulate a mixed teaching practice scheme on the virtual simulation experiment line， and construct a three-stage mixed teaching practice process of the combination of pre-class， class and after class. At the same time， the virtual simulation evaluation system is used to reform the online and offline， qualitative and quantitative experimental teaching evaluation.

Key words： biological experiment; virtual simulation experiment; mixed teaching; teaching evaluation