宋曉紅 李艷紅 張立浩 朱宗強 曾鴻鵠

[摘 要] 在傳統(tǒng)環(huán)境工程微生物實驗實際教學基礎(chǔ)上，探討多維應用現(xiàn)代教育信息技術(shù)構(gòu)建與課程密切相關(guān)的教學資源素材，專項整合環(huán)境工程微生物實驗虛擬仿真實驗項目庫、實體實驗項目庫、實驗現(xiàn)象圖庫、模擬動畫庫、規(guī)范操作視頻庫五大教學資源庫，搭建“環(huán)境工程微生物學實驗”教學網(wǎng)站，通過圖文并茂、動靜結(jié)合的形式，豐富實驗教學內(nèi)容，從而激發(fā)學生的學習興趣與熱情，增強學生對實驗原理、實驗內(nèi)容和實驗技巧的認識和理解，強化學生的實驗操作技能，有效提高實驗教學成效。

[關(guān)鍵詞] 環(huán)境工程微生物學實驗;虛擬仿真教學資源;教學改革

[基金項目] 2020年度廣西高等教育本科教學改革工程項目“‘新工科背景下基于信息化的環(huán)境類本科微生物學實驗教學改革與實踐”（2020JGA195）;2019年度廣西研究生教育改革課題“新工程教育改革背景下資源與環(huán)境領(lǐng)域?qū)I(yè)學位型研究生培養(yǎng)模式的改革與探索”（JGY2019090）;2020年度桂林理工大學本科教學改革工程立項項目“環(huán)境微生物實驗虛擬仿真教學資源的專項整合與建設(shè)”（2020B06）

[作者簡介] 宋曉紅（1990—），女（壯族），廣西荔浦人，碩士，桂林理工大學環(huán)境科學與工程學院實驗師，主要從事環(huán)境毒理學研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）09-0107-04? ? [收稿日期] 2020-12-29

隨著現(xiàn)代教育理念的不斷深入，“互聯(lián)網(wǎng)+”引發(fā)了教育的歷史性變革，如何利用信息技術(shù)改革教學方式、提高教學效率、擴大教學規(guī)模、實現(xiàn)學生自主學習等是高等教育教學改革發(fā)展的必然趨勢[1]。虛擬仿真實驗教學和傳統(tǒng)實體實驗兩種實驗方式相互補充、相得益彰，能拓展常規(guī)實驗的教學功能，提高實驗教學效果，進一步促進對學生創(chuàng)新精神與實踐能力的培養(yǎng)。教學團隊重點圍繞“環(huán)境工程微生物學實驗”虛擬仿真教學資源的建設(shè)開展了探討與構(gòu)思。

一、開展虛擬仿真實驗教學可有效彌補傳統(tǒng)實驗教學的不足

虛擬仿真技術(shù)通過模擬構(gòu)建實驗操作環(huán)境和實驗對象，再現(xiàn)真實實驗場景，營造出高效、安全、的實驗環(huán)境[2]，具有沉浸性、交互性等特點，體驗直觀、真實，在實驗教學領(lǐng)域格外受到關(guān)注。相比傳統(tǒng)實驗教學，虛擬仿真實驗具有以下優(yōu)點。

（一）實現(xiàn)實驗教學的再現(xiàn)性，確保實驗教學的安全性

虛擬仿真實驗教學可輔助教師直觀演示復雜或危險的實驗、實驗結(jié)果不易觀察的實驗、實驗周期過長的實驗、無法控制反應過程等傳統(tǒng)實驗教學中無法完成的實驗，虛擬再現(xiàn)實驗過程，降低實驗過程中毒、爆、腐、火、水等風險，確保實驗教學的重復性和安全性。

（二）增強實驗課堂的趣味性，保障實驗教學的實效性

虛擬仿真實驗教學綜合應用多種技術(shù)，立體逼真地演示抽象的實驗內(nèi)容，豐富課堂教學手段，彌補由于實驗室生物安全和場地設(shè)施緊張等問題而不能開設(shè)的教學內(nèi)容，擴充課前預習階段的學習資源，從而激發(fā)學生的自主實驗興趣，強化學生實驗基本技能，提高預習的效果，保證實驗教學的完整性和有效性。

（三）降低設(shè)備使用試劑消耗，提高實驗教學的集約性

教師可根據(jù)實際教學需求建設(shè)不同類型的虛擬仿真實驗，學生實驗和學習不受時空限制，降低大型儀器設(shè)備的使用消耗，減少器材和藥劑損耗，綠色減排，降低實驗室運行成本，實現(xiàn)實驗教學的集約性和持續(xù)性。

二、虛擬仿真技術(shù)在“環(huán)境工程微生物學實驗”的應用具有廣闊空間

基于傳統(tǒng)實驗教學的限制和虛擬仿真實驗教學無可比擬的優(yōu)勢，從2013年開始，教育部做出了進一步建設(shè)國家級虛擬仿真實驗教學中心的部署，許多院校在各個領(lǐng)域都開展了虛擬仿真實驗的建設(shè)并取得了較好的成效。虛擬仿真實驗教學也成了“金課”建設(shè)的重要內(nèi)容，如何圍繞“金課標準”構(gòu)建具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的虛擬仿真實驗課程是當前的重點研究內(nèi)容。

教育部在2017—2020年開展了示范性國家虛擬仿真實驗教學項目的建設(shè)和認定工作，涉及多個專業(yè)類別，2017—2019年分別認定了105、296和327項國家虛擬仿真實驗教學項目，2020年認定了728門首批國家級虛擬仿真實驗教學一流課程。其中，與微生物相關(guān)的項目主要集中于醫(yī)學、公共衛(wèi)生和生命科學領(lǐng)域，比如揚州大學的“高致病性病原微生物檢測虛擬仿真實驗”、青島大學的“單純皰疹病毒的分離與鑒定虛擬仿真實驗”、四川大學的“結(jié)核分枝桿菌實驗室檢測的虛擬仿真項目”、中山大學的“禽類交易市場外環(huán)境禽流感病毒監(jiān)測采樣操作虛擬仿真實驗”、華南農(nóng)業(yè)大學的“高致病性禽流感診斷虛擬仿真實驗”、武漢大學的“病毒感染與檢測虛擬仿真綜合實驗”、安徽醫(yī)科大學的“腸道致病菌分離與鑒定虛擬實驗”等。

目前，虛擬仿真教學在食品、農(nóng)業(yè)等專業(yè)的微生物實驗課程中具有一定的研究或應用，比如微生物數(shù)字切片系統(tǒng)、大型真菌虛擬3D模擬識別系統(tǒng)、細菌分子生物學分類鑒定仿真系統(tǒng)、根瘤菌發(fā)酵工藝仿真實驗、真菌栽培工藝仿真實驗、污水微生物處理工藝仿真實驗等。虛擬仿真技術(shù)在微生物實驗教學中的應用實現(xiàn)了可視化、形象化、立體化的教學，但也存在相關(guān)教學數(shù)據(jù)庫不足、教師在制作教學數(shù)據(jù)庫較傳統(tǒng)、教學方法需要花費較多時間和精力、教學投入不夠、共享性不強等問題。虛擬仿真實驗在環(huán)境工程微生物實驗教學中的研究與應用還處于起步階段，具有廣闊的研究和建設(shè)前景。開發(fā)和建設(shè)與實際教學密切契合的環(huán)境工程微生物實驗虛擬仿真教學資源，可為環(huán)境工程微生物虛擬仿真實驗教學實踐奠定基礎(chǔ)，促進傳統(tǒng)實驗教學與虛擬仿真實驗的深入融合，激發(fā)學生的學習興趣，擴展學生自主學習的選擇空間。

三、“環(huán)境工程微生物學實驗”虛擬仿真教學資源的建設(shè)內(nèi)容構(gòu)思

“環(huán)境工程微生物學實驗”是桂林理工大學環(huán)境工程專業(yè)的重要專業(yè)核心必修課，課堂上的實驗內(nèi)容包括微生物的顯微鏡觀察、微生物的染色、培養(yǎng)基的制備和滅菌、水中細菌總數(shù)的測定、水中大腸菌群數(shù)的測定、細菌的分離純化、細菌生化特性的測定、綜合實驗等內(nèi)容，本教學團隊圍繞實驗教學全過程進行了教學改革研究與持續(xù)性改進[3，4]。依托水污染控制國家級實驗教學示范中心，以及環(huán)境污染防治與生態(tài)保護虛擬仿真國家級實驗教學中心的建設(shè)，教學團隊改變傳統(tǒng)實驗觀念，以“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的科學發(fā)展理念為指導，在本課程虛擬仿真教學資源的建設(shè)方面開展了構(gòu)思與探討（見表1）。