農(nóng)業(yè)院校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展動(dòng)物性實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)

關(guān)松磊

摘要：一直以來(lái)，農(nóng)業(yè)院校的動(dòng)物性實(shí)驗(yàn)開設(shè)的項(xiàng)目多，動(dòng)物種類多，費(fèi)用高，教學(xué)效果差。吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院針對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體問(wèn)題，開展了部分實(shí)驗(yàn)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)和教學(xué)模塊，該文主要介紹在部分涉及動(dòng)物性實(shí)驗(yàn)的操作中開展虛擬仿真教學(xué)的過(guò)程、方法及取得的效果，為今后更大范圍地開展動(dòng)物性實(shí)驗(yàn)的虛擬仿真項(xiàng)目奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也為其他院校開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)提供參考和經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；農(nóng)業(yè)院校；動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

doi：10.16083/j.cnki.1671-1580.2018.03.016

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-1580（2018）03-0057-03

在國(guó)家信息化發(fā)展戰(zhàn)略的大力促進(jìn)下，教育部于2013年3月頒布的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011～2020年）》，分別制定了基礎(chǔ)教育、職業(yè)教育、高等教育、繼續(xù)教育和教育管理信息化發(fā)展水平框架。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)的重要內(nèi)容，也是近年來(lái)我國(guó)在高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中主要推進(jìn)的項(xiàng)目。根據(jù)教育部《關(guān)于開展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》精神，2013年至今，全國(guó)已經(jīng)建成了300個(gè)國(guó)家級(jí)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。全國(guó)各級(jí)高校根據(jù)自身的特點(diǎn)已經(jīng)建設(shè)了一批虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，這些平臺(tái)有力地促進(jìn)了高等學(xué)校教學(xué)理念和模式的發(fā)展，尤其是在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮了積極的作用。

吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)作為農(nóng)業(yè)類大學(xué)，動(dòng)物性實(shí)驗(yàn)操作是教學(xué)過(guò)程中必不可少的內(nèi)容。在某些專業(yè)，如動(dòng)物醫(yī)學(xué)，預(yù)防獸醫(yī)、醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)概論、細(xì)胞與免疫學(xué)技術(shù)、動(dòng)物免疫學(xué)、藥理學(xué)等課程中，動(dòng)物性的實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)幾乎要貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程。然而，動(dòng)物性實(shí)驗(yàn)是一門技能教學(xué)，操作難度大，對(duì)操作者的要求很高，學(xué)生往往需要更多的實(shí)踐技能訓(xùn)練才能夠掌握其中的技巧。但是長(zhǎng)期以來(lái)，農(nóng)業(yè)院校由于受到實(shí)驗(yàn)條件和經(jīng)費(fèi)的限制，能夠提供給學(xué)生親自動(dòng)手的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物很有限，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的成功率較低，而且有些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由于不具備實(shí)驗(yàn)條件難以開展。所以，動(dòng)物性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果一直較差。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)恰好可以彌補(bǔ)這一教學(xué)環(huán)節(jié)的缺憾。通過(guò)虛擬交互平臺(tái)的建設(shè)，可以讓學(xué)生在動(dòng)手操作之前就進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教師預(yù)先進(jìn)行網(wǎng)上答疑，使學(xué)生熟悉和掌握整個(gè)實(shí)驗(yàn)的環(huán)節(jié)及要點(diǎn)，反復(fù)練習(xí)，然后再用真正的動(dòng)物進(jìn)行操作，這樣可以做到虛實(shí)結(jié)合。本研究以吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室為平臺(tái)，通過(guò)引進(jìn)和建立動(dòng)物性實(shí)驗(yàn)?zāi)K，首先在3個(gè)專業(yè)，2門課程中開始仿真訓(xùn)練和測(cè)試，然后對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，目的是提高農(nóng)業(yè)院校動(dòng)物性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果，為全省范圍內(nèi)高等學(xué)校動(dòng)物性虛擬實(shí)驗(yàn)的開展提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

一、研究方法

（一）建立動(dòng)物性實(shí)驗(yàn)操作模塊

主要包括醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)概論和免疫學(xué)兩門課程的3D虛擬實(shí)驗(yàn)操作仿真訓(xùn)練，具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括：小鼠的解剖、組織切片的制作和觀察、蛙心灌流、蛙的腓腸肌標(biāo)本制備、兔頸總動(dòng)脈分離、兔子尿道插管、小鼠脾細(xì)胞懸液制備、巨噬細(xì)胞吞噬實(shí)驗(yàn)、小鼠多克隆抗體的制備等，將各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目按照驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行歸納分類。形成基于動(dòng)物器官、組織、細(xì)胞為核心的實(shí)驗(yàn)體系。同時(shí)支持學(xué)生進(jìn)行綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的創(chuàng)新。

（二）建立實(shí)驗(yàn)測(cè)試模塊

包括考試模擬題目訓(xùn)練、隨機(jī)自動(dòng)測(cè)試演練、測(cè)試評(píng)分系統(tǒng)，其中考試測(cè)試模塊納入自動(dòng)錯(cuò)誤提示和糾錯(cuò)功能，能夠幫助學(xué)生糾正操作的不良習(xí)慣。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試前，學(xué)生可以自主預(yù)約實(shí)驗(yàn)練習(xí)的時(shí)間和項(xiàng)目。

（三）錄制示教視頻

對(duì)以上醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)概論和免疫學(xué)兩門課程的所有涉及動(dòng)物性實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)教師均需錄制操作教學(xué)視頻。

（四）學(xué)生的組織管理

要求生命科學(xué)學(xué)院所有選擇醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)概論和細(xì)胞與免疫學(xué)技術(shù)課程的學(xué)生必須在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開始前1周，與本院實(shí)驗(yàn)中心的實(shí)驗(yàn)員老師預(yù)約演練的時(shí)間，獲得批準(zhǔn)后，進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室觀看教學(xué)視頻，并進(jìn)行仿真操作演練，實(shí)驗(yàn)教師要?jiǎng)討B(tài)掌握學(xué)生演練的情況，督促學(xué)生進(jìn)行操作演練，并進(jìn)行演練指導(dǎo)。

（五）效果反饋與調(diào)查

在實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作中，教師仍然要詳細(xì)講解實(shí)驗(yàn)原理與目的、實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)和規(guī)范等問(wèn)題，然后在學(xué)生自由操作過(guò)程中注意觀察操作規(guī)范程度，實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和成功率，并與以往未建立虛擬平臺(tái)前的學(xué)生技能水平進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的積極效果；制訂效果調(diào)查表，對(duì)進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生和以往未進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理與目的理解程度，實(shí)驗(yàn)規(guī)范程度，實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，實(shí)驗(yàn)成功率，學(xué)生的滿意度，實(shí)驗(yàn)教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的節(jié)省情況等。

二、結(jié)果

由表1可見(jiàn)，實(shí)行仿真教學(xué)后，實(shí)驗(yàn)成績(jī)優(yōu)秀和良好的學(xué)生數(shù)量明顯提高，教學(xué)經(jīng)費(fèi)有所下降，教師對(duì)學(xué)生的滿意度明顯提高，尤其是在蛙心灌流、腓腸肌標(biāo)本制作這類比較難以掌握的實(shí)驗(yàn)中效果更明顯。由表2可見(jiàn)，通過(guò)事先的演練和熟悉，學(xué)生們實(shí)驗(yàn)的成功率明顯提升（47.8%vs78.2%；40.0%vs 70.0%），調(diào)查中學(xué)生認(rèn)為虛擬演練提高了他們學(xué)習(xí)的興趣和能力，對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)有了更深刻的了解，滿意度大幅度提升。

三、討論

（一）效果評(píng)價(jià)

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，動(dòng)物性實(shí)驗(yàn)操作成功率提高，實(shí)驗(yàn)教師可以同時(shí)通過(guò)交互平臺(tái)指導(dǎo)多個(gè)班級(jí)的學(xué)生，學(xué)生的熱情高，教學(xué)效果好，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以使學(xué)生、教師、學(xué)校三方受益。首先，教師錄制好視頻后，請(qǐng)專業(yè)公司按照教師錄制的視頻操作要點(diǎn)制作虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)程序，虛擬步驟與真實(shí)的操作契合度良好，學(xué)生從觀看視頻到邊看邊操作，效果明顯提升。其次，錄制的視頻精細(xì)地演示操作難點(diǎn)，如蛙心灌流的插管部分以及成功后的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可以幫助學(xué)生克服難點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情。再次，在教師指導(dǎo)和分析學(xué)生實(shí)驗(yàn)失敗的過(guò)程中，可以通過(guò)虛擬平臺(tái)演示錯(cuò)誤的操作方式，引起學(xué)生注意和警惕，可以在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中降低失敗率。另外，虛擬實(shí)驗(yàn)中心還注意整合其他高校的教學(xué)資源，制作的較多的動(dòng)物性實(shí)驗(yàn)的操作視頻，比如兔子的尿道插管，羊產(chǎn)仔分娩助產(chǎn)等實(shí)驗(yàn)。雖然目前虛擬平臺(tái)還沒(méi)有正式開展此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，但是學(xué)生在虛擬平臺(tái)上也可以觀看視頻和操作，大大地提高了學(xué)生的動(dòng)手操作能力和實(shí)驗(yàn)的范圍。

（二）遇到的困難與策略

1.軟件的配置問(wèn)題：軟件配置問(wèn)題直接涉及到模塊的建立，后續(xù)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目需要建立更多的實(shí)驗(yàn)?zāi)K和多媒體形式的教學(xué)，教學(xué)視頻和教學(xué)操作模擬情景要與實(shí)際操作的情況相結(jié)合。因此，虛擬平臺(tái)的軟件需要完善和補(bǔ)充，這一問(wèn)題可以與企業(yè)協(xié)調(diào)解決，目前已經(jīng)基本達(dá)成一致，供應(yīng)商可以在實(shí)驗(yàn)中心和實(shí)驗(yàn)教師的協(xié)助下將實(shí)驗(yàn)?zāi)K功能擴(kuò)展。

2.學(xué)生的管理問(wèn)題：動(dòng)物性實(shí)驗(yàn)一般操作難度較大，在未建立虛擬平臺(tái)前，學(xué)生對(duì)于動(dòng)物性實(shí)驗(yàn)的操作普遍存在懼怕，操作不熟練，實(shí)驗(yàn)成功率低等問(wèn)題，所以學(xué)生對(duì)于動(dòng)物性實(shí)驗(yàn)積極性一直較低。本項(xiàng)目針對(duì)學(xué)生積極性不高的問(wèn)題，由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師組織學(xué)生在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開始前1周必須進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行仿真演練，熟悉實(shí)驗(yàn)原理和操作過(guò)程。教師需要?jiǎng)討B(tài)掌握學(xué)生的練習(xí)情況，督促學(xué)生進(jìn)行練習(xí)。虛擬仿真平臺(tái)的日常管理和維護(hù)則專門有1名實(shí)驗(yàn)中心的教師負(fù)責(zé)，主要負(fù)責(zé)管理學(xué)生進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的紀(jì)律、衛(wèi)生、記錄時(shí)間和次數(shù)等，不負(fù)責(zé)解答學(xué)生的疑難問(wèn)題。

（三）總結(jié)

綜上，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立，大大提高了動(dòng)物性實(shí)驗(yàn)的成功率。建立了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)后，可以適當(dāng)?shù)卦趧?dòng)物科學(xué)和動(dòng)物醫(yī)學(xué)等相關(guān)的專業(yè)陸續(xù)開展大型動(dòng)物的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，這樣可以給學(xué)生提供很好的演練機(jī)會(huì)，再結(jié)合真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作就可以明顯提供學(xué)生的動(dòng)手操作能力。

[責(zé)任編輯：馬妍春]