新農科背景下動物醫學虛擬仿真實驗教學平臺建設與思考

鄭一民，黃欽華，蘇接瑜，許惠艷，王曉曄

（廣西大學動物科學技術學院，廣西 南寧 530004）

1 引言

“新農科”建設以強農興農為己任，積極培養創新型農業人才，是當前我國涉農本科專業改革的重要指南。習近平總書記給全國涉農高校的書記校長和專家代表回信則為新農科建設指明了前進方向，提供了根本遵循和行動指南。

動物醫學是我國農業科學的重要組成部分，也是醫學的一個分支。在新農科背景下，動物醫學專業在研究對象、研究領域、研究方法、培養體系和社會需求上不斷豐富拓展，這要求培養的學生必須具備扎實的基礎知識、廣闊的視野和創新能力。然而，傳統的動物醫學試驗受制于教學資源不足、成本高等諸多因素，線下開設難度大，這在一定程度上影響了高素質動物醫學人才的培養。

虛擬仿真實驗教學是課程建設與信息技術深度融合的產物，在很大程度上可彌補傳統實踐條件的不足。對虛擬仿真教學平臺的建設與應用研究也成為目前高等教育領域的焦點。

本文對廣西大學動物科學技術學院虛擬仿真實驗教學平臺的構建進行概述，旨在為新農科背景下動物醫學類專業試驗教學的改進、提高和發展提供參考。

2 動物醫學專業試驗教學現狀

動物醫學專業是一門技術性和操作性很強的專業，培養的學生具備扎實的專業知識的同時還需要進行長期大量的臨床實踐和技能學習。而很多試驗教學課程的完成必須在實驗室進行，學生也只能在規定的時間和地點進行試驗操作訓練。但受試驗資源和試驗成本的限制，很多涉及高危或高成本、高消耗的試驗項目無法開展，如一些高致病性病原微生物試驗、放射性和劇毒類物質試驗的開設對試驗條件要求高；某些分子生物學試驗開設要求的設備昂貴、試驗動物缺少、試驗試劑耗材價格過高等。這些都導致了該專業學生在操作技能訓練中得不到足夠練習，創新意識不足已經成為制約動物醫學人才培養的瓶頸。

3 動物醫學虛擬仿實驗教學平臺的建設背景和思路

隨著科技的不斷進步，以人工智能、AR/VR、云計算為代表的現代信息技術的出現，為建設虛擬仿真實踐教學資源提供了全新的手段。2013年，教育部開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作，要求將虛擬仿真技術引入到本科實踐教學。

立足人才培養，從本科教學需求出發，以提高學生實踐能力和創新能力為宗旨，以校企合作為抓手，以信息化試驗教學資源建設為重點，以試驗教學資源的共享為核心，以現代化的學校信息平臺為依托，以規范的管理和運行機制為保障，以“共建、共管、共享”為原則，在虛擬仿真實驗項目的建設上，把涉及高危、極端、不可逆試驗的操作虛擬化，把高成本、高消耗的實驗項目虛擬化，把一些大型或綜合訓練及現有試驗實訓條件不足的試驗項目虛擬化，以達到本科專業人才培養目標和試驗教學大綱的要求。此外，平臺積極探索“校—企合作、校—校合作”的新模式和新途徑，共建開放共享團體，搭建虛擬仿真實驗教學資源共享平臺（簡稱“平臺”），逐步建立起可持續發展的虛擬仿真實驗教學服務體系。

4 動物醫學虛擬仿真實驗教學平臺建設的資源和管理

廣西大學動物科學技術學院高度重視試驗教學與現代信息技術的深度融合，以試驗教學資源建設為重點，積極加大試驗教學信息化建設力度和虛擬仿真實驗教學平臺建設力度。早在2013年，學院與成都泰盟科技有限公司合作建設了首個VBL-100虛擬仿真實驗項目，該項目涵蓋動物生理學、動物藥理學等課程的試驗教學內容。主要包括家兔動脈血壓調節及藥物的影響、家兔失血性休克、家兔急性高鉀血癥及搶救、家兔血壓的調節、蛙心灌流及藥物對離體蛙心的影響、給藥途徑對藥物濃度的影響、家兔呼吸運動的調節、家兔急性肺水腫、刺激強度與肌肉收縮反應的關系、刺激頻率與肌肉收縮之間的關系、影響尿生成的因素及利尿藥的作用、藥物對大鼠離體心臟功能的影響、藥物對動物學習記憶的影響、急性心力衰竭、胸膜負壓的觀察、神經干動作電位引導、減壓神經放電、大腦皮層誘發電位記錄、消化道平滑肌的生理特性、蛙心起搏及起源分析、藥物急性毒性試驗、藥物劑量對藥物血濃度的影響、ABO血型等試驗項目。至今，學院通過以購置引進、校企合作聯合開發及科研成果轉化等形式加大了虛擬仿真實驗教學資源的建設力度，搭建了形態學數字化教學模塊、機能學虛擬實驗模塊、分子生物學虛擬實驗模塊、試驗動物操作技能仿真訓練模塊、試驗儀器設備虛擬實驗模塊和PBL教學模塊等六個高水平的虛擬仿真實驗教學模塊，形成了涵蓋動物生理學、動物組織胚胎學、動物解剖學、動物病理學、動物病理生理學、動物藥理學、動物傳染病學、動物寄生蟲病學、動物繁殖學、分子生物學等多個動物醫學虛擬仿真實驗教學資源的虛擬仿真實驗教學平臺。

為保障規范有序的運行，平臺實行主任負責制下的統一管理，全面實現虛擬實驗室全天候開放和網絡化管理，形成資源共享、集約高效的實驗室管理運行模式。依托學校制定的教學質量保障和監控體系，平臺堅持“管理機制—質量體系—評估制度”三維并舉，保證實驗室“以人為本、高效集約”的運行，制定了切實可行的管理制度，建立了現代化的網絡信息管理平臺，保證了動物醫學虛擬仿實驗教學平臺的規范、有序運行。

同時，學院成立了動物科學虛擬仿真實驗中心工作小組，由主管教學和試驗的副院長擔任組長，試驗中心常務副主任擔任副組長，成員由試驗中心老師和企業管理人員等組成。工作小組負責對中心建設的規劃，試驗、實踐教學質量檢查與教學督導，并對科研、科學管理與試驗技術人員的業務學習和培訓等重大問題進行研究；依托學院教學督導組，對虛擬仿真實驗教學實施教學質量檢查與督導，對中心的試驗教學進行檢查監督，及時向教學工作委員會反饋試驗環節中存在的問題和建議，有效地保證虛擬仿真實驗教學試驗教學質量。

5 動物醫學虛擬仿真實驗教學平臺特色與創新

平臺網絡訪問為B/S構架，設計的用戶界面用以適應不同移動終端，方便用戶在手機上、平板電腦上進行相應的操作，虛擬教學內容視頻化、三維化、網絡化、虛擬化，增強互動性和多感知性，學生可在任意移動終端訪問虛擬中心，學習平臺資源，在平臺完成考試等，學生不再需要固定的時間去學習教學內容，也不必固定在具體的教室完成相關的教學過程，擴展了學生學習、考試、答疑等互動式學習的時間和空間范疇，擁有極好的用戶體驗，提升學生學習興趣，取得了良好的教學效果。

平臺的建成解決了很多動物醫學專業真實試驗教學無法開展的問題，比如一些耗時、過程較長的試驗；涉及病原微生物和放射性元素方面的高危試驗；由于教學經費、設備不足或動物倫理等因素，有部分試驗需要用到昂貴大型精密儀器和耗材，或用到大量試驗動物的試驗；臨床手術難度大，操作復雜的試驗，比如瘤胃切開術、剖腹產手術等。在開展虛擬實驗過程中依照以虛補實、虛實結合原則，重點培養學生的實踐能力和創新能力，把平臺建設成高素質動物科技人才的培養基地。

平臺的建成改變了傳統的試驗教學模式，探索出了新型的虛擬實驗教學模式，例如動物解剖學試驗，以各種虛擬動物器官為中心的教學模式，從動物解剖學、動物組織胚胎學、動物生理學、動物病理學和動物遺傳學等核心課程多角度描述器官的功能，便于學生構建完整的知識體系。

6 依托動物醫學虛擬仿真實驗教學平臺取得的試驗教學成果

依托動物醫學虛擬仿真實驗教學平臺，近幾年學院試驗教學取得豐碩成果，例如，學院學生自行組織開展動物標本制作的課外科技活動，在教師的指導下，學生利用課余時間進入虛擬實驗室和動物標本制作室進行科研訓練和動物標本制作，制作的標本曾多次獲得了廣西大學生挑戰杯大賽獎。活動開拓了同學們的創新意識，提高了同學們的綜合能力。此外，組織學生在“生泰爾”杯全國動物醫學類專業技能大賽中屢獲佳績；在第四屆全國大學生動物科學技能大賽中獲得團體二等獎和生態牧場規劃設計單項二等獎的佳績，在第三屆全國漁菁英挑戰賽中喜獲二等獎、三等獎，在“強國”杯第五屆牛精英挑戰賽奶牛組二等獎、肉牛組三等獎；“畜禽人工授精虛擬仿真教學實驗”課程獲得第三批國家級一流本科課程（虛擬仿真實驗教學課程）等。

7 結語

新農科背景下，加強動物醫學專業虛擬仿真實驗教學平臺的建設，有利于提升新時代動物醫學類專業人才培養質量。虛擬仿真實驗教學平臺為學生創造安全的試驗操作環境，是傳統試驗教學的重要補充，未來將繼續補充虛擬教學資源，改進、優化和提高平臺的實用性，對進一步提升一流本科專業的人才培養質量和一流學科的建設具有積極意義。