“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下虛實(shí)結(jié)合的線上線下混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式淺析

丁悅敏 沈偉達(dá) 戴 寧 曾玲暉

（1.浙大城市學(xué)院醫(yī)學(xué)院 浙江·杭州 310015；2.浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院 浙江·杭州 310020）

2013年教育部啟動(dòng)了國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作，極大推動(dòng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化建設(shè)，使得優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源通過互聯(lián)網(wǎng)得到開放共享。2015年國(guó)家層面“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃的提出使傳統(tǒng)教學(xué)模式和教育理念發(fā)生深刻變革，慕課和在線開放課程建設(shè)蓬勃興起。2020年初突發(fā)公共衛(wèi)生事件，教育部號(hào)召全國(guó)高校，積極開展互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)活動(dòng)[1]，短時(shí)間內(nèi)大部分的理論課教學(xué)實(shí)現(xiàn)了實(shí)質(zhì)等效的目的。但對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程來說，網(wǎng)課的實(shí)施存在技術(shù)上的困難。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及其項(xiàng)目的建設(shè)和應(yīng)用為實(shí)驗(yàn)課搬上互聯(lián)網(wǎng)提供了基礎(chǔ)。特殊時(shí)期，利用前期建設(shè)好的線上優(yōu)質(zhì)的慕課資源和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，各高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)迎來了新的機(jī)遇，關(guān)于高校實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式的改革和探索正如火如荼開展[2]。本文介紹我院在開展基于“互聯(lián)網(wǎng)+”背景的虛實(shí)結(jié)合的線上線下混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革的探索和思考，以期為進(jìn)一步推動(dòng)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供有益參考。

1 開展虛實(shí)結(jié)合的線上線下混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可行性

（1）在線資源：在線課程平臺(tái)和技術(shù)平臺(tái)是實(shí)施在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)的兩個(gè)關(guān)鍵因素。疫情防控期間，共計(jì)超過4萬門慕課和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)通過近40家在線課程和技術(shù)平臺(tái)向全國(guó)高校免費(fèi)開放，此舉為全國(guó)各高校的在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持和可靠的解決方案。

基于教育部《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》規(guī)劃，經(jīng)過近十年的建設(shè)，目前我國(guó)已經(jīng)建成以“實(shí)驗(yàn)空間”等為主的一系列國(guó)家級(jí)、省級(jí)、校級(jí)等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，為實(shí)施線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)[3]。以“實(shí)驗(yàn)空間”平臺(tái)為例，目前平臺(tái)共享了超過兩千個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，覆蓋面廣、適用性強(qiáng)，有力保障了在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利開展。

（2）硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：2020年，全國(guó)已基本實(shí)現(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋，人人享有優(yōu)質(zhì)教育資源的信息化學(xué)習(xí)環(huán)境基本建成。山東大學(xué)楊海軍等通過分析980份本科生的問卷，發(fā)現(xiàn)學(xué)生家庭的硬件和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境基本可以滿足在線教學(xué)所需的條件。其中，91.75%的學(xué)生有電腦，所有學(xué)生有智能手機(jī)，可以滿足互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)對(duì)硬件的要求。家中有WiFi和手機(jī)有流量包月的學(xué)生占比均超過80%[3]。我院在開課前也對(duì)所有選課學(xué)生做了摸底調(diào)查，結(jié)果與上述數(shù)據(jù)相仿，所有學(xué)生家庭都具備接受互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)的軟硬件條件。

2 虛實(shí)結(jié)合的線上線下混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及其項(xiàng)目的建設(shè)和應(yīng)用為實(shí)驗(yàn)課搬上互聯(lián)網(wǎng)提供了基礎(chǔ)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃寣W(xué)生身臨其境般進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，有助于加深知識(shí)理解、提高學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)創(chuàng)新精神[4]。但由于這種模擬實(shí)驗(yàn)操作還不能完全取代實(shí)際動(dòng)手操作，因此，我院在實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革過程中，把虛擬仿真實(shí)驗(yàn)作為一種很好的輔助手段，當(dāng)其與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，才能為廣大師生認(rèn)可，并發(fā)揮更好的作用。

圖1：虛實(shí)結(jié)合的線上線下混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式圖

基于“以學(xué)生為中心”的理念，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生探索知識(shí)、解決問題的能力是實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的主要目的[5]?；ヂ?lián)網(wǎng)+課程的特點(diǎn)是視頻學(xué)習(xí)不受時(shí)空影響、線上互動(dòng)和討論方便、可實(shí)現(xiàn)碎片化教學(xué)和學(xué)習(xí)等，這些特點(diǎn)恰好與現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)高度契合。在線下傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)上，增加線上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用，就可以使虛實(shí)結(jié)合的線上線下混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式得到實(shí)施（圖1）。

3 虛實(shí)結(jié)合的線上線下混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的實(shí)際應(yīng)用

以我院《生理學(xué)實(shí)驗(yàn)》這一門實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)為例，虛實(shí)結(jié)合的線上線下混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的設(shè)置是將學(xué)習(xí)分成課前、課中、課后三個(gè)階段。

（1）課前階段：教師利用MOOC、SPOC等在線平臺(tái)發(fā)布視頻，讓學(xué)生通過觀看視頻了解實(shí)驗(yàn)原理、操作過程等基本內(nèi)容，并在生—師、生—生之間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前討論，為實(shí)驗(yàn)做好準(zhǔn)備。

（2）課堂教學(xué)階段：根據(jù)情況可分成互聯(lián)網(wǎng)+線上課堂和線下課堂兩種，線上課堂可采用直播模式開展線上翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，結(jié)合使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，讓學(xué)生進(jìn)行虛擬操作，完成結(jié)果記錄；線下課堂則通過面授、小組討論、測(cè)試、小組比賽等更靈活多樣的方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，著重協(xié)助學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室完成相應(yīng)的操作，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，探索背后機(jī)理，并答疑解惑。

（3）課后階段：可分為線下和線上兩塊內(nèi)容。學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫和提交，該部分為線下內(nèi)容。教師通過在線上平臺(tái)布置相應(yīng)的作業(yè)，組織更深層次的討論，促進(jìn)學(xué)生自主探索、創(chuàng)新能力的提高，這些又是線上的內(nèi)容。

可以看到，以上實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的應(yīng)用徹底改變了原來實(shí)驗(yàn)教學(xué)較為單一的方式，將原來課堂教學(xué)中的理論講解、操作演示、小組討論模塊搬到線上提前進(jìn)行；而課堂上則充分發(fā)揮翻轉(zhuǎn)課堂的作用，激發(fā)學(xué)生積極性和主動(dòng)性；配合實(shí)物實(shí)驗(yàn)（約占 60%-80%）和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)（約占20%-40%）操作，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，并培養(yǎng)他們自主、探究、創(chuàng)新的素質(zhì)；借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不受時(shí)空限制的特點(diǎn)，結(jié)合課后的拓展性討論和作業(yè)，達(dá)到知識(shí)外延的目的。如此形成的線上線下混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，有助于提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

4 虛實(shí)結(jié)合的線上線下混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的優(yōu)點(diǎn)

（1）更好地鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主性，幫助鞏固理論知識(shí)，提高分析和解決實(shí)際問題的能力，提高了學(xué)習(xí)效率。

（2）更廣地拓展了實(shí)驗(yàn)開設(shè)的范圍，既突破實(shí)驗(yàn)在時(shí)間上和空間上的限制，也打破了部分苛刻實(shí)驗(yàn)條件的制約。

（3）更大地提高實(shí)物實(shí)驗(yàn)的成功率，學(xué)生通過虛擬實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練，使學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)具體細(xì)節(jié)和步驟，減少實(shí)物實(shí)驗(yàn)中的誤操作，顯著提高成功率。

（4）更強(qiáng)地培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，實(shí)物實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生仍可借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行反復(fù)強(qiáng)化練習(xí)，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解，強(qiáng)化學(xué)生的自主探究素養(yǎng)。

5 結(jié)語

基于互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的虛實(shí)結(jié)合線上線下混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是一條可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)信息化和現(xiàn)代化的有效途徑。在虛實(shí)結(jié)合的線上線下混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，實(shí)踐與知識(shí)之間得以形成一個(gè)不斷循環(huán)和促進(jìn)的閉環(huán)，極大促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和自主性，并促使學(xué)生養(yǎng)成勇于實(shí)踐、自主探究和求真創(chuàng)新的科學(xué)素質(zhì)。