微生物學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)策略分析

孫紅艷

關(guān)鍵詞：微生物學(xué);虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái);建設(shè)策略

微生物學(xué)是生物學(xué)的重要組成部分，研究微生物學(xué)能為我國(guó)生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、人機(jī)交互等領(lǐng)域奠定良好的理論基礎(chǔ)。微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是能幫助學(xué)生在實(shí)際學(xué)習(xí)過程中明晰相關(guān)理論知識(shí)的重要教學(xué)手段，但是傳統(tǒng)的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有不可逆性、固定操作性等缺點(diǎn)，學(xué)生在接受教育的過程中，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的興趣不高，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和教學(xué)效果也不能達(dá)到培養(yǎng)高質(zhì)量微生物學(xué)人才的要求。因此，在現(xiàn)階段信息技術(shù)發(fā)展的背景下，需建設(shè)微生物學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來(lái)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量和效率。

1構(gòu)建微生物虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪菢?gòu)建微生物虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)，也是學(xué)生能在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中開展真實(shí)化實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，因此，一定要構(gòu)建良好的微生物虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。在微生物虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，主要涉及的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料有酒精燈、培養(yǎng)皿、接種環(huán)、實(shí)驗(yàn)臺(tái)、藥品柜、超凈臺(tái)以及藥品柜中的各種藥品等，這些都是學(xué)生在進(jìn)行微生物實(shí)驗(yàn)過程中必須使用的，所以相關(guān)技術(shù)人員在構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)時(shí)，應(yīng)該將其展示出來(lái)，并且在系統(tǒng)中明確相關(guān)使用方法、注意事項(xiàng)以及具體功能。構(gòu)建微生物虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍軓膬蓚€(gè)角度進(jìn)行，首先是構(gòu)建全仿真模擬的實(shí)驗(yàn)流程背景，其次是僅針對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟構(gòu)建仿真模擬實(shí)驗(yàn)背景。第一種難度較大，但是相對(duì)真實(shí)，可在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中構(gòu)建仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境以及操作動(dòng)作，如果學(xué)生需要指揮自己的虛擬人物來(lái)回取藥或者取用實(shí)驗(yàn)器材，這種虛擬模式能幫助學(xué)生切身體會(huì)到具體實(shí)驗(yàn)中的各種動(dòng)作。但是這種虛擬模擬形式和第二種虛擬實(shí)驗(yàn)形式對(duì)學(xué)生的知識(shí)教學(xué)效果是接近的，所以現(xiàn)在大多數(shù)微生物虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用的都是第二種模式，即只需將實(shí)驗(yàn)過程以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行仿真模擬展示的平臺(tái)構(gòu)建模式。

相關(guān)技術(shù)人員需要使用計(jì)算機(jī)編程技術(shù)將實(shí)驗(yàn)圖形元素設(shè)置內(nèi)部實(shí)驗(yàn)邏輯，或者技術(shù)人員可以使用Flash、3DMax等動(dòng)畫制作軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)元素的構(gòu)建。技術(shù)人員使用動(dòng)畫軟件構(gòu)建相關(guān)實(shí)驗(yàn)元素的難度較低，更容易實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是相關(guān)視頻或者音效具有一定的模擬性，所以不能帶給學(xué)生更真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程。在現(xiàn)階段信息技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展背景下，技術(shù)人員可以使用3D拍攝設(shè)備在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室中取材，進(jìn)而在仿真虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中構(gòu)建1∶1還原的實(shí)驗(yàn)室以及內(nèi)部實(shí)驗(yàn)元素。同時(shí)，技術(shù)人員可以應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)元素的功能進(jìn)行設(shè)置，如技術(shù)人員能針對(duì)酒精燈設(shè)置點(diǎn)燃、加熱等常見的功能，這樣學(xué)生在實(shí)際使用時(shí)，就能對(duì)實(shí)驗(yàn)材料實(shí)施點(diǎn)燃操作或者加熱動(dòng)作，通過設(shè)置的時(shí)間功能實(shí)現(xiàn)接近真實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的效果。這樣不僅能顯著提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)感，而且在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量和效率，培養(yǎng)學(xué)生良好的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

2整合教學(xué)資源，構(gòu)建綜合性和設(shè)計(jì)性相結(jié)合的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

在不同的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建過程中，技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合不同的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行構(gòu)建。在微生物實(shí)驗(yàn)中，不同的教學(xué)內(nèi)容所涉及的實(shí)驗(yàn)元素不同，所以構(gòu)建的主要實(shí)驗(yàn)元素應(yīng)該也不同。同時(shí)，在微生物實(shí)驗(yàn)過程中，涉及的各種實(shí)驗(yàn)變化也不同，如果設(shè)置統(tǒng)一的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，難度非常大，因此，要整合教學(xué)資源，構(gòu)建綜合性與設(shè)計(jì)性相結(jié)合的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以此滿足不同教材版本的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求[1]。

技術(shù)人員應(yīng)該按照實(shí)際的微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱、教學(xué)目標(biāo)以及實(shí)驗(yàn)要求，將相關(guān)實(shí)驗(yàn)需要用到的部件、反應(yīng)過程數(shù)據(jù)、教學(xué)視頻和音頻、課件、圖片數(shù)據(jù)等導(dǎo)入虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，幫助學(xué)生構(gòu)建更加真實(shí)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，幫助教師構(gòu)建更加完善的教學(xué)平臺(tái)。通過這種微生物虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的學(xué)習(xí)，能有效提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力，使其在仿真的實(shí)驗(yàn)過程中掌握實(shí)驗(yàn)思路，加強(qiáng)自己對(duì)微生物學(xué)相關(guān)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和掌握。

在實(shí)際的微生物實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，有一些實(shí)驗(yàn)需要耗費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)、實(shí)驗(yàn)步驟復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)反應(yīng)速度慢，也有一些實(shí)驗(yàn)礙于具體的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、技術(shù)、設(shè)備等條件的限制，不能開展真實(shí)的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)活動(dòng)[2]。鑒于這種限制，往往個(gè)人是難以完成這種實(shí)驗(yàn)的，而技術(shù)人員能根據(jù)不同類型的綜合實(shí)驗(yàn)的限制，設(shè)置不同的虛擬仿真模擬條件，比如對(duì)于“土壤中淀粉酶產(chǎn)生菌”的篩選實(shí)驗(yàn)，就能使用這種技術(shù)方式幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)個(gè)人獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)。技術(shù)人員能將該實(shí)驗(yàn)的整體內(nèi)容分解成不同的實(shí)驗(yàn)單元模塊，這樣學(xué)生在虛擬平臺(tái)中就能看見整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)而掌握更多的理論知識(shí)。此外，教師能在平臺(tái)中發(fā)布虛擬實(shí)驗(yàn)任務(wù)，通過這種方式，讓學(xué)生積極參與教師的課題研究，幫助學(xué)生了解微生物學(xué)的前沿知識(shí)，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3構(gòu)建學(xué)習(xí)效果反饋以及師生交流平臺(tái)

對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行檢核，是教師檢核自己教學(xué)質(zhì)量的重要組成部分，所以技術(shù)人員能結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建學(xué)習(xí)效果反饋以及師生交流平臺(tái)。隨著我國(guó)信息技術(shù)在教育中的廣泛使用，很多教師可以通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)線上教學(xué)的目標(biāo)，幫助學(xué)生充分利用自己的課余時(shí)間提高自己的專業(yè)能力，夯實(shí)理論基礎(chǔ)。如微生物學(xué)專業(yè)教師能將相關(guān)教學(xué)數(shù)據(jù)以及教學(xué)視頻上傳至虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，同時(shí)，教師能在后臺(tái)數(shù)據(jù)管理中心查看學(xué)生對(duì)哪些知識(shí)感興趣、學(xué)生做了哪些虛擬實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的重難點(diǎn)問題進(jìn)行充分了解，最終實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo);技術(shù)人員能優(yōu)化平臺(tái)內(nèi)部的教學(xué)模式，能在平臺(tái)內(nèi)部設(shè)置預(yù)習(xí)、操作、復(fù)習(xí)等課堂教學(xué)流程，這樣既能提高教師的教學(xué)質(zhì)量，還能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，最終提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量和效率。技術(shù)人員應(yīng)該重視學(xué)習(xí)效果反饋功能以及考核功能的構(gòu)建。教師能通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中學(xué)生的實(shí)踐操作對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行客觀評(píng)價(jià);技術(shù)人員可以結(jié)合教師的教學(xué)重點(diǎn)，充分檢核學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，將平時(shí)的實(shí)驗(yàn)得分作為學(xué)生期末學(xué)習(xí)成績(jī)的一部分，然后教師通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，在最后期末檢核時(shí)設(shè)置大型微生物實(shí)驗(yàn)任務(wù)，這樣既能保證學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)效果，還能完成對(duì)學(xué)生微生物實(shí)驗(yàn)任務(wù)完成情況的考核工作。如教師可以提前在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中設(shè)置期末問卷，并針對(duì)學(xué)生的回答進(jìn)行自動(dòng)批改，對(duì)平時(shí)的實(shí)驗(yàn)操作準(zhǔn)備、過程以及結(jié)果進(jìn)行賦分[3]。在最后的期末試卷中設(shè)置實(shí)驗(yàn)基本原理、技能掌握以及過程相關(guān)問題，幫助教師充分了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，為學(xué)生下一階段的學(xué)習(xí)提供一定的指導(dǎo)。學(xué)生在利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的過程中，可以根據(jù)自己所學(xué)知識(shí)咨詢教師，而教師的答案可以用關(guān)鍵詞的形式展示在疑問解答中，這樣下一批學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)，就能在數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索。這種方式可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量和效率，減少教師的工作量，幫助教師將精力放在更有意義的教學(xué)工作中。

4構(gòu)建教學(xué)評(píng)價(jià)以及學(xué)生評(píng)價(jià)平臺(tái)

技術(shù)人員應(yīng)該構(gòu)建教學(xué)評(píng)價(jià)以及學(xué)生評(píng)價(jià)功能。如技術(shù)人員構(gòu)建教師評(píng)價(jià)、學(xué)生互評(píng)以及學(xué)生自我評(píng)價(jià)3個(gè)功能板塊，通過這3個(gè)板塊的功能落實(shí)，幫助學(xué)生清晰地認(rèn)識(shí)到自我學(xué)習(xí)效果以及實(shí)驗(yàn)水平。此外，還能充分發(fā)揮教師評(píng)價(jià)的積極作用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的質(zhì)量和效率[4]。這3個(gè)評(píng)價(jià)功能可以設(shè)置4個(gè)評(píng)價(jià)維度，分別為學(xué)習(xí)興趣、自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐操作能力以及創(chuàng)新性。這4個(gè)維度的設(shè)置基本體現(xiàn)了教師使用仿真虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的教學(xué)目標(biāo)，所以在功能落實(shí)過程中，學(xué)生能通過教師的評(píng)價(jià)了解自己的知識(shí)掌握程度，能通過同學(xué)的評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)自己在實(shí)驗(yàn)過程中能否進(jìn)一步提高質(zhì)量和效率，通過自我評(píng)價(jià)對(duì)自我學(xué)習(xí)過程進(jìn)行充分的反思和總結(jié)。通過以上方式，學(xué)生能進(jìn)一步提高自己對(duì)微生物學(xué)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)效率，進(jìn)而提高綜合能力。

5結(jié)語(yǔ)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的出現(xiàn)大大提高了微生物教師的教學(xué)質(zhì)量和效率，同時(shí)也降低了珍貴實(shí)驗(yàn)資源被浪費(fèi)的概率。需要注意的是，技術(shù)人員在構(gòu)建虛擬仿真微生物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)時(shí)，應(yīng)該結(jié)合教師具體的教學(xué)目標(biāo)以及教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，以切實(shí)提高學(xué)生的綜合能力。