王兆淼 黃孜豪 李嘉瀅 杜雨澎

（白城師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，吉林 白城 137000）

目前，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)成為高等院校信息化教育的重要建設(shè)內(nèi)容，也是高等院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的發(fā)展方向。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足、場地不足、管理人員不足、學(xué)生實(shí)踐時間不足等方面有著天然的優(yōu)勢，又因其具備仿真性、交互性、安全性等特點(diǎn)，而受到了各高校的擁躉[1]。

一、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)情況

（一）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)背景

2013 年教育部啟動國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)項(xiàng)目，各高校積極響應(yīng)，至2019 年，教育部公布首批國家級一流本科課程認(rèn)定結(jié)果，認(rèn)定5118 門課程為首批國家級一流本科課程，其中虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流課程728 門；2021 年，將認(rèn)定5000 門左右含虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的第二批國家級一流本科課程。

（二）國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共享平臺情況

在國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共享平臺，現(xiàn)有2079門各類型實(shí)驗(yàn)課程，其中動物類56 門，生物科學(xué)類73 門，涵蓋了動物科學(xué)、動物醫(yī)學(xué)專業(yè)理論學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、野外實(shí)習(xí)等多個教學(xué)環(huán)節(jié)，涉及動物解剖、動物營養(yǎng)、動物生產(chǎn)、動物繁殖、動物組織培養(yǎng)、動物微生物、動物生物化學(xué)等多門專業(yè)課程。

二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)的特點(diǎn)

（一）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)的優(yōu)勢

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)通過構(gòu)建高度仿真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可達(dá)到傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，尤其在涉及一些高危、極端的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，高消耗及大型綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以更加高效、安全、快速、經(jīng)濟(jì)、可重復(fù)[2]；同時，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)還縮短了實(shí)驗(yàn)人員在空間上的距離，將遠(yuǎn)距離實(shí)驗(yàn)變?yōu)榭赡埽岣吡诉h(yuǎn)程教育效率，可操作性更強(qiáng)。

（二）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)存在的問題

現(xiàn)階段，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目在各高校掀起了開設(shè)的高潮，但是各高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)存在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、資源兼容性差。管理平臺的系統(tǒng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)庫支持、功能模塊、運(yùn)轉(zhuǎn)流程等各不相同，相互對接存在障礙，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的共享還不能真正發(fā)揮效果。部分虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)為求新而求新，雜亂無章、硬件堆積的現(xiàn)象時有發(fā)生。因此，當(dāng)前亟需明確虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)規(guī)范[3]。

三、動物生產(chǎn)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的必要性

（一）克服動物生產(chǎn)學(xué)課程實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)不利因素的需要

動物生產(chǎn)學(xué)課程是為本科高校及高職類學(xué)校動物科學(xué)、動物醫(yī)學(xué)、畜牧學(xué)等專業(yè)開設(shè)的專業(yè)課程，課程內(nèi)容涉及豬、禽、牛、羊的品種與雜交利用、營養(yǎng)與飼料、繁殖技術(shù)、種畜禽飼養(yǎng)管理、幼畜禽培育、畜禽產(chǎn)品的安全生產(chǎn)、畜禽舍建筑設(shè)計(jì)與設(shè)備、畜禽場的籌措與經(jīng)營管理等有關(guān)知識與技術(shù)，實(shí)驗(yàn)課程利用豬、禽、牛、羊開展一系列涉及繁殖、飼養(yǎng)管理、畜產(chǎn)品安全檢驗(yàn)及畜牧場設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。以實(shí)驗(yàn)動物活體來操作，存在實(shí)驗(yàn)周期長、環(huán)境污染重、安全性低、動物福利水平不高等缺點(diǎn)，利用虛擬仿真技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上完成實(shí)驗(yàn)流程，克服了以上不利因素，學(xué)生可以在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺上先期完成整個實(shí)驗(yàn)流程，課下利用實(shí)驗(yàn)平臺做進(jìn)一步的知識點(diǎn)固化，因此有必要在動物生產(chǎn)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。

（二）實(shí)驗(yàn)動物福利的需要

實(shí)驗(yàn)動物的福利問題一直是困擾高校、科研機(jī)構(gòu)開展動物實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)，利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺，能夠通過計(jì)算機(jī)程序、互聯(lián)網(wǎng)平臺、VR 技術(shù)、大數(shù)據(jù)等資源，減少實(shí)驗(yàn)動物的使用數(shù)量，降低實(shí)驗(yàn)的不穩(wěn)定性，提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，因此有必要在動物生產(chǎn)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。

（三）實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新的需要

王紫薇[4]等提出將傳統(tǒng)的“理論+實(shí)驗(yàn)演示”教學(xué)模式轉(zhuǎn)變成“問題引導(dǎo)+虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺實(shí)驗(yàn)操作+總結(jié)”教學(xué)模式，并對使用虛擬仿真軟件和未使用虛擬仿真軟件的學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)使用虛擬仿真軟件的學(xué)生認(rèn)為對自身學(xué)習(xí)有幫助和對教師教學(xué)滿意的比例增加，學(xué)生的課前準(zhǔn)備也有很大的提高。

四、利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的效果

（一）教學(xué)效果

2019 年，我國經(jīng)歷了突然爆發(fā)的公共事件，為了達(dá)到“停課不停學(xué)”的教學(xué)要求，作者首次利用“國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程共享平臺”，完成了《馬的虛擬解剖實(shí)驗(yàn)》等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目；2020 年，完成了《豬的外形評分及肉質(zhì)鑒定》《雞胚孵化及蛋雞飼養(yǎng)》等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。通過兩年來的實(shí)際利用，作者發(fā)現(xiàn)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課程要求掌握的知識點(diǎn)更加易于理解，在實(shí)踐操作中上手快、準(zhǔn)確率高；同時減少了實(shí)驗(yàn)動物的浪費(fèi)，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)成本的支出。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺中的其他課程，如生物化學(xué)、組織培養(yǎng)、動物繁殖等相關(guān)的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，也有效支撐了動物生產(chǎn)學(xué)課程的教學(xué)效果。

（二）技能大賽效果

利用國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程共享平臺，組織開展學(xué)科技能大賽，在規(guī)定比賽時間1 小時內(nèi)，利用考核模式完成馬的消化系統(tǒng)和骨骼的虛擬解剖，其中消化系統(tǒng)34 個采分點(diǎn)，骨骼27 個采分點(diǎn)。2 個班級60 名同學(xué)，有38 人達(dá)到優(yōu)秀水平，20 人達(dá)到良好水平，2 人達(dá)到及格水平，技能大賽效果良好。

（三）實(shí)操效果

大多數(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)都設(shè)置了教學(xué)模式、練習(xí)模式和考核模式，利用教學(xué)模式，和理論課程相結(jié)合，直觀展示教學(xué)內(nèi)容，相比于傳統(tǒng)的利用多媒體教學(xué)，有效提升了學(xué)生對重點(diǎn)知識的理解；練習(xí)模式，學(xué)生在課上經(jīng)過理論知識的教學(xué)后，可以在課下進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)了學(xué)生對知識的鞏固，同時為實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)的實(shí)際上手操作提前進(jìn)行了準(zhǔn)備工作，提高了實(shí)操的準(zhǔn)確性；考核模式，減少了實(shí)驗(yàn)考試實(shí)驗(yàn)動物的使用數(shù)量，符合實(shí)驗(yàn)動物“3R”原則，同時為實(shí)驗(yàn)考核提供了一個新的考核方式。

五、教學(xué)過程中的幾點(diǎn)建議

（一）在加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的同時突出實(shí)驗(yàn)實(shí)踐操作環(huán)節(jié)

不能一味地依靠虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，而忽視實(shí)踐操作環(huán)節(jié)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)并不等于一切，培養(yǎng)動物科學(xué)、動物醫(yī)學(xué)、畜牧學(xué)專業(yè)的學(xué)生，理論知識和動手能力要相輔相成，缺一不可，在學(xué)生未來就業(yè)中，動手能力要更加突出，因此，在完善和不斷利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的同時，更要抓住實(shí)踐操作環(huán)節(jié)的能力培養(yǎng)。

（二）加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)共享成果

在現(xiàn)有的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)共享平臺中，關(guān)于動物科學(xué)、動物醫(yī)學(xué)、畜牧學(xué)專業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)還比較少、類型較為單一，或者部分虛擬仿真實(shí)驗(yàn)沒有共享，建議加大虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè)，加大虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的共享力度，滿足各高校相關(guān)專業(yè)對虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的需求。

（三）提高高校教師信息化水平

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)的運(yùn)用和推廣會越來越快，對高校教師的信息化應(yīng)用能力也提出了新的要求。因此，有必要加強(qiáng)高校教師在信息化技術(shù)應(yīng)用方面的能力再培養(yǎng)，拓寬高校教師的專業(yè)方向、創(chuàng)新能力。

（四）加強(qiáng)校企合作，服務(wù)人才需求

通過校企合作，資源優(yōu)勢互補(bǔ)，建立更多的能夠適應(yīng)地方特色、服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，調(diào)整虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)方向，與人才培養(yǎng)戰(zhàn)略相適應(yīng)，滿足地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的人才需要。

六、對未來虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的展望

通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)直觀、系統(tǒng)地講解理論知識和操作實(shí)驗(yàn)步驟，結(jié)合線下的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室操作進(jìn)一步鞏固所學(xué)原理和實(shí)驗(yàn)操作，以提高學(xué)生的興趣和時間利用效率。同時，這將為提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力提供新方式，也為改進(jìn)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，提供一定的幫助和參考[5]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是信息化教育的重要組成部分，教育部等相關(guān)部門對虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)寄予厚望，相信在教育主管部門的領(lǐng)導(dǎo)下，在各高校、各科研機(jī)構(gòu)、各技術(shù)公司的共同協(xié)作下，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)將越來越快地走進(jìn)高校、更加貼合人才培養(yǎng)需要。