關(guān)松磊

摘要：一直以來，農(nóng)業(yè)院校的動物性實驗開設(shè)的項目多，動物種類多，費用高，教學效果差。吉林農(nóng)業(yè)大學生命科學學院針對動物實驗教學的具體問題，開展了部分實驗的虛擬仿真實驗教學平臺和教學模塊，該文主要介紹在部分涉及動物性實驗的操作中開展虛擬仿真教學的過程、方法及取得的效果，為今后更大范圍地開展動物性實驗的虛擬仿真項目奠定基礎(chǔ)，同時也為其他院校開展虛擬仿真實驗提供參考和經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；農(nóng)業(yè)院校；動物實驗

doi：10.16083/j.cnki.1671-1580.2018.03.016

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1671-1580（2018）03-0057-03

在國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略的大力促進下，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。虛擬仿真實驗教學是高等教育信息化建設(shè)的重要內(nèi)容，也是近年來我國在高等學校實驗教學中主要推進的項目。根據(jù)教育部《關(guān)于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設(shè)工作的通知》精神，2013年至今，全國已經(jīng)建成了300個國家級的虛擬仿真實驗教學中心。全國各級高校根據(jù)自身的特點已經(jīng)建設(shè)了一批虛擬仿真實驗平臺，這些平臺有力地促進了高等學校教學理念和模式的發(fā)展，尤其是在實驗教學中發(fā)揮了積極的作用。

吉林農(nóng)業(yè)大學作為農(nóng)業(yè)類大學，動物性實驗操作是教學過程中必不可少的內(nèi)容。在某些專業(yè)，如動物醫(yī)學，預(yù)防獸醫(yī)、醫(yī)學基礎(chǔ)概論、細胞與免疫學技術(shù)、動物免疫學、藥理學等課程中，動物性的實驗和實習幾乎要貫穿整個教學過程。然而，動物性實驗是一門技能教學，操作難度大，對操作者的要求很高，學生往往需要更多的實踐技能訓(xùn)練才能夠掌握其中的技巧。但是長期以來，農(nóng)業(yè)院校由于受到實驗條件和經(jīng)費的限制，能夠提供給學生親自動手的實驗動物很有限，導(dǎo)致實驗的成功率較低，而且有些實驗項目由于不具備實驗條件難以開展。所以，動物性實驗的教學效果一直較差。虛擬仿真實驗平臺的建設(shè)恰好可以彌補這一教學環(huán)節(jié)的缺憾。通過虛擬交互平臺的建設(shè)，可以讓學生在動手操作之前就進行預(yù)實驗，實驗教師預(yù)先進行網(wǎng)上答疑，使學生熟悉和掌握整個實驗的環(huán)節(jié)及要點，反復(fù)練習，然后再用真正的動物進行操作，這樣可以做到虛實結(jié)合。本研究以吉林農(nóng)業(yè)大學生命科學學院的虛擬仿真實驗室為平臺，通過引進和建立動物性實驗?zāi)K，首先在3個專業(yè)，2門課程中開始仿真訓(xùn)練和測試，然后對虛擬仿真實驗的效果進行評價，目的是提高農(nóng)業(yè)院校動物性實驗的教學效果，為全省范圍內(nèi)高等學校動物性虛擬實驗的開展提供寶貴的經(jīng)驗。

一、研究方法

（一）建立動物性實驗操作模塊

主要包括醫(yī)學基礎(chǔ)概論和免疫學兩門課程的3D虛擬實驗操作仿真訓(xùn)練，具體實驗項目包括：小鼠的解剖、組織切片的制作和觀察、蛙心灌流、蛙的腓腸肌標本制備、兔頸總動脈分離、兔子尿道插管、小鼠脾細胞懸液制備、巨噬細胞吞噬實驗、小鼠多克隆抗體的制備等，將各個實驗項目按照驗證性實驗、綜合性實驗進行歸納分類。形成基于動物器官、組織、細胞為核心的實驗體系。同時支持學生進行綜合性實驗項目的創(chuàng)新。

（二）建立實驗測試模塊

包括考試模擬題目訓(xùn)練、隨機自動測試演練、測試評分系統(tǒng)，其中考試測試模塊納入自動錯誤提示和糾錯功能，能夠幫助學生糾正操作的不良習慣。在實驗測試前，學生可以自主預(yù)約實驗練習的時間和項目。

（三）錄制示教視頻

對以上醫(yī)學基礎(chǔ)概論和免疫學兩門課程的所有涉及動物性實驗的項目，實驗教師均需錄制操作教學視頻。

（四）學生的組織管理

要求生命科學學院所有選擇醫(yī)學基礎(chǔ)概論和細胞與免疫學技術(shù)課程的學生必須在實驗項目開始前1周，與本院實驗中心的實驗員老師預(yù)約演練的時間，獲得批準后，進入虛擬仿真實驗室觀看教學視頻，并進行仿真操作演練，實驗教師要動態(tài)掌握學生演練的情況，督促學生進行操作演練，并進行演練指導(dǎo)。

（五）效果反饋與調(diào)查

在實際實驗操作中，教師仍然要詳細講解實驗原理與目的、實驗操作細節(jié)和規(guī)范等問題，然后在學生自由操作過程中注意觀察操作規(guī)范程度，實驗細節(jié)和成功率，并與以往未建立虛擬平臺前的學生技能水平進行對比，驗證虛擬仿真教學系統(tǒng)的積極效果；制訂效果調(diào)查表，對進入虛擬實驗室的學生和以往未進入虛擬實驗室的學生進行調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括學生的實驗興趣，學生對實驗原理與目的理解程度，實驗規(guī)范程度，實驗細節(jié)，實驗成功率，學生的滿意度，實驗教師對學生實驗操作的評價，實驗經(jīng)費的節(jié)省情況等。

二、結(jié)果

由表1可見，實行仿真教學后，實驗成績優(yōu)秀和良好的學生數(shù)量明顯提高，教學經(jīng)費有所下降，教師對學生的滿意度明顯提高，尤其是在蛙心灌流、腓腸肌標本制作這類比較難以掌握的實驗中效果更明顯。由表2可見，通過事先的演練和熟悉，學生們實驗的成功率明顯提升（47.8%vs78.2%；40.0%vs 70.0%），調(diào)查中學生認為虛擬演練提高了他們學習的興趣和能力，對基礎(chǔ)理論知識有了更深刻的了解，滿意度大幅度提升。

三、討論

（一）效果評價

在實際應(yīng)用過程中，動物性實驗操作成功率提高，實驗教師可以同時通過交互平臺指導(dǎo)多個班級的學生，學生的熱情高，教學效果好，虛擬實驗平臺可以使學生、教師、學校三方受益。首先，教師錄制好視頻后，請專業(yè)公司按照教師錄制的視頻操作要點制作虛擬仿真的實驗程序，虛擬步驟與真實的操作契合度良好，學生從觀看視頻到邊看邊操作，效果明顯提升。其次，錄制的視頻精細地演示操作難點，如蛙心灌流的插管部分以及成功后的實驗現(xiàn)象，可以幫助學生克服難點，激發(fā)學生的實驗熱情。再次，在教師指導(dǎo)和分析學生實驗失敗的過程中，可以通過虛擬平臺演示錯誤的操作方式，引起學生注意和警惕，可以在實驗過程中降低失敗率。另外，虛擬實驗中心還注意整合其他高校的教學資源，制作的較多的動物性實驗的操作視頻，比如兔子的尿道插管，羊產(chǎn)仔分娩助產(chǎn)等實驗。雖然目前虛擬平臺還沒有正式開展此項實驗，但是學生在虛擬平臺上也可以觀看視頻和操作，大大地提高了學生的動手操作能力和實驗的范圍。

（二）遇到的困難與策略

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

2.學生的管理問題：動物性實驗一般操作難度較大，在未建立虛擬平臺前，學生對于動物性實驗的操作普遍存在懼怕，操作不熟練，實驗成功率低等問題，所以學生對于動物性實驗積極性一直較低。本項目針對學生積極性不高的問題，由實驗指導(dǎo)教師組織學生在實驗項目開始前1周必須進入虛擬實驗室進行仿真演練，熟悉實驗原理和操作過程。教師需要動態(tài)掌握學生的練習情況，督促學生進行練習。虛擬仿真平臺的日常管理和維護則專門有1名實驗中心的教師負責，主要負責管理學生進入虛擬仿真實驗平臺的紀律、衛(wèi)生、記錄時間和次數(shù)等，不負責解答學生的疑難問題。

（三）總結(jié)

綜上，虛擬仿真實驗平臺的建立，大大提高了動物性實驗的成功率。建立了虛擬仿真實驗平臺后，可以適當?shù)卦趧游锟茖W和動物醫(yī)學等相關(guān)的專業(yè)陸續(xù)開展大型動物的虛擬仿真實驗，這樣可以給學生提供很好的演練機會，再結(jié)合真實的實驗操作就可以明顯提供學生的動手操作能力。

[責任編輯：馬妍春]