胡嘉淼，葉倩文，賴丹寧，曾紹校

（福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建福州 350002）

0 引言

“食品毒理學(xué)”作為食品的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是運(yùn)用毒理學(xué)的方法研究食品中可能存在或混入有毒、有害物質(zhì)而對(duì)人體健康的損害作用，并研究其作用機(jī)理的一門學(xué)科，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性[1-2]。“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)作為“食品毒理學(xué)”的重要組成部分之一，需要較強(qiáng)的實(shí)踐操作能力。

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，越來(lái)越多的新技術(shù)新方法已經(jīng)融入到高校的課程教學(xué)中，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高自主學(xué)習(xí)能力。虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)是通過(guò)計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)，高度模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境及實(shí)驗(yàn)操作，讓學(xué)生更加真實(shí)地沉浸在動(dòng)畫游戲界面中理解實(shí)驗(yàn)步驟與注意事項(xiàng)[3]。

問(wèn)卷星是一個(gè)集考試、問(wèn)卷調(diào)查、投票等功能于一體的免費(fèi)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)[4]，以設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、操作便捷等特點(diǎn)獲得了使用者的好評(píng)。

以虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)作為學(xué)生預(yù)習(xí)復(fù)習(xí)的工具，運(yùn)用問(wèn)卷星統(tǒng)計(jì)分析學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的掌握程度，及時(shí)調(diào)整教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)講解重點(diǎn)。這兩種新型教學(xué)手段的結(jié)合，能夠更加高效地輔助完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高教學(xué)效率。主要探討了虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)聯(lián)合問(wèn)卷星統(tǒng)計(jì)分析對(duì)提升“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果的推動(dòng)作用。

1 虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)在“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)受到經(jīng)費(fèi)、設(shè)備等條件限制。特別是慢性毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)需要長(zhǎng)期觀察動(dòng)物的生長(zhǎng)狀態(tài)，若實(shí)驗(yàn)操作出現(xiàn)失誤，實(shí)驗(yàn)周期將翻倍延長(zhǎng)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，許多學(xué)生對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)存在恐懼心理，過(guò)度緊張容易對(duì)動(dòng)物造成機(jī)械性損傷，甚至導(dǎo)致其死亡，因此實(shí)驗(yàn)需要準(zhǔn)備較多實(shí)驗(yàn)動(dòng)物以避免無(wú)法順利展開(kāi)，學(xué)生的身心健康也會(huì)受到不良影響[5]。虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用能在很大程度上使學(xué)生利用虛擬仿真手段充分熟悉實(shí)驗(yàn)操作，減少這些限制，降低動(dòng)物使用量。

1.1 虛擬仿真系統(tǒng)在“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

1.1.1 課前預(yù)習(xí)

“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)內(nèi)容復(fù)雜，涉及方面廣，學(xué)生很難通過(guò)書本或視頻做到完全理解整個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程[6]。傳統(tǒng)的毒理學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生只能通過(guò)教材或視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)，教師只能在學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)操作前才讓學(xué)生親眼觀察小鼠反應(yīng)，如在小鼠的灌胃實(shí)驗(yàn)視頻中，灌胃針要從小鼠的何處插入、不同規(guī)格的灌胃針需插入多深等，都不曾清楚地展示出來(lái)。虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)能夠通過(guò)游戲的方式，極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣[7]，讓學(xué)生以第一視角了解實(shí)驗(yàn)的原理、探索實(shí)驗(yàn)的具體操作步驟和注意事項(xiàng)。

1.1.2 課后復(fù)習(xí)

復(fù)雜的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)有各種失敗的原因，但多數(shù)學(xué)生在課后缺少切實(shí)的分析，容易再次失敗。虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的視頻可以反復(fù)觀看，學(xué)生可以通過(guò)比對(duì)視頻和自己的實(shí)驗(yàn)操作步驟，找出自己失敗的原因，做到準(zhǔn)確分析，避免問(wèn)題重現(xiàn)。在部分高校，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也需要期末操作考試，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作步驟與手法是教師打分的側(cè)重點(diǎn)。學(xué)生在考前重復(fù)觀看視頻，能夠強(qiáng)化對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)，喚醒對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的記憶，對(duì)提高期末考試的成績(jī)有益處。

1.1.3 師生互動(dòng)

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通常是一個(gè)教師面對(duì)多個(gè)學(xué)生，當(dāng)學(xué)生同時(shí)提出不同的問(wèn)題時(shí)，教師難以快速給予每個(gè)學(xué)生答案。虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的師生溝通渠道，學(xué)生可以通過(guò)系統(tǒng)發(fā)起提問(wèn)，后臺(tái)有多個(gè)教師同時(shí)回答，做到“問(wèn)答一對(duì)多”，能幫助學(xué)生更快速全面地理解問(wèn)題。學(xué)生也能利用系統(tǒng)向教師或軟件工程師反饋教學(xué)系統(tǒng)出現(xiàn)的錯(cuò)誤，提出建議和意見(jiàn)，幫助系統(tǒng)優(yōu)化。

1.2 虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)在“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

1.2.1 擴(kuò)大學(xué)生實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)范圍

傳統(tǒng)“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)只適合在實(shí)驗(yàn)室展開(kāi)教學(xué)與操作。虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)可以拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)范圍，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室外也能高效學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)操作步驟[8]。只要學(xué)生有可以聯(lián)網(wǎng)的電腦，便可以隨時(shí)隨地登錄系統(tǒng)進(jìn)行“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的課前預(yù)習(xí)或課后復(fù)習(xí)。

1.2.2 游戲式浸入實(shí)驗(yàn)教學(xué)

過(guò)去，“食品毒理學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)常采用實(shí)驗(yàn)步驟視頻與現(xiàn)場(chǎng)操作等虛實(shí)相結(jié)合的教學(xué)手段。實(shí)驗(yàn)步驟教學(xué)視頻常作為課前預(yù)習(xí)的工具，但有許多學(xué)生反映，由于許多特殊的手法較為復(fù)雜，難以通過(guò)視頻理解透徹，以至于難以完全置身于視頻的實(shí)驗(yàn)操作中，導(dǎo)致預(yù)習(xí)雖充分但效果有限。教師在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)直接操作教學(xué)雖然能直接與學(xué)生面對(duì)面互動(dòng)，也能讓學(xué)生親身感受動(dòng)物的反應(yīng)。

虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)運(yùn)用動(dòng)畫界面向?qū)W生展示動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的真實(shí)環(huán)境，學(xué)生以第一視角學(xué)習(xí)，根據(jù)動(dòng)畫提示逐步探索實(shí)驗(yàn)操作步驟，有身臨其境的感覺(jué)[9]。游戲式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法能極大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。學(xué)生在系統(tǒng)中能夠自主發(fā)現(xiàn)操作的各種小細(xì)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)細(xì)節(jié)的印象，有助于減少實(shí)際操作帶來(lái)的失誤。

1.2.3 幫助整理實(shí)驗(yàn)思路

虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)能讓學(xué)生在探索式的游戲教學(xué)中理清實(shí)驗(yàn)步驟，更好地記憶實(shí)驗(yàn)操作步驟，為實(shí)際操作打下基礎(chǔ)。而且游戲探索后，還會(huì)有一段操作視頻，能幫助學(xué)生鞏固實(shí)驗(yàn)流程，加深他們對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟的印象。

1.2.4 有利于幫助學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)操作一部分是因?yàn)樾枰@取學(xué)分，更多的是為了掌握操作手法，為今后在工作中自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。虛擬仿真系統(tǒng)向?qū)W生展示了清晰的實(shí)驗(yàn)思路與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟，基本上做到每個(gè)步驟對(duì)應(yīng)了每條原理，幫助學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟，整理設(shè)計(jì)思路極大地提升了學(xué)生的自主性和創(chuàng)新性[10]。

1.2.5 有利于幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的“3R 原則”

目前，世界普遍認(rèn)知的“動(dòng)物福利”主要包括五大自由：不受饑渴，生活舒適，不受痛苦傷害和疾病，生活無(wú)恐懼和悲傷感，表達(dá)天性。因此，目前在動(dòng)物痛苦與科研欲求之間，3R 原則，即替代（Replacement）、減少（Reduction）、優(yōu)化（Refinement） 是普遍認(rèn)可的平衡點(diǎn)，是維護(hù)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利的一種原則[11]。通過(guò)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，可以使學(xué)生減少毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)所消耗的動(dòng)物數(shù)量，在此過(guò)程中可以幫助學(xué)生充分意識(shí)到動(dòng)物實(shí)驗(yàn)“3R 原則”的意義，達(dá)到科學(xué)理論知識(shí)學(xué)習(xí)同人文教育的有機(jī)融合。虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)有節(jié)約資源、讓學(xué)生聯(lián)機(jī)共同浸入實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)等優(yōu)點(diǎn)。但由于“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)存在復(fù)雜性，教學(xué)系統(tǒng)的使用與實(shí)際操作仍有差別，系統(tǒng)難以完整反映實(shí)驗(yàn)操作的各個(gè)方面，特別是動(dòng)物在不同階段的反應(yīng)難以完全被刻畫出來(lái)，學(xué)生在實(shí)際操作時(shí)常因不知如何根據(jù)動(dòng)物的反應(yīng)進(jìn)行下一步操作，易造成實(shí)驗(yàn)失誤。所以，虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)作為“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的輔助教學(xué)手段，可對(duì)提高教學(xué)效果起到事半功倍的效果。

2 問(wèn)卷星在“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

問(wèn)卷星是一款功能多、操作簡(jiǎn)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，常被應(yīng)用于滿意度調(diào)查、信息登記、在線考試、討論投票等，快捷、成本低、易操作是多數(shù)使用者為其貼的標(biāo)簽。

2.1 問(wèn)卷星在“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

將問(wèn)卷星應(yīng)用于“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，教師能夠靈活統(tǒng)計(jì)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的掌握程度，改進(jìn)教學(xué)方式。

2.1.1 隨堂小測(cè)

問(wèn)卷星應(yīng)用于“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的互動(dòng)小測(cè)中，增加教學(xué)的趣味性[12]，再次提醒學(xué)生各個(gè)實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)和要點(diǎn)。教師提前通過(guò)問(wèn)卷星編寫測(cè)試題，在實(shí)驗(yàn)操作前將測(cè)試題的二維碼或網(wǎng)頁(yè)鏈發(fā)給學(xué)生（見(jiàn)圖1），學(xué)生通過(guò)掃描二維碼或直接訪問(wèn)鏈接進(jìn)入答題，答題后提交即可[13]。全體答題結(jié)束后，教師便可直接通過(guò)問(wèn)卷星平臺(tái)或微信中的問(wèn)卷星小程序查看學(xué)生的答題正確率，由于IP 地址無(wú)法更改，教師無(wú)法隨意篡改數(shù)據(jù)，有效避免師生糾紛。

“動(dòng)物實(shí)驗(yàn)”小測(cè)試二維碼見(jiàn)圖1。

圖1 “動(dòng)物實(shí)驗(yàn)”小測(cè)試二維碼

例如，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的測(cè)試中，題目1 的答案D，準(zhǔn)確率為94.74%（見(jiàn)圖2），題目6 的正確率偏低，僅為75%（見(jiàn)圖3），題目9 的正確率為82.2%（見(jiàn)圖4）。從小測(cè)試的正確率，教師可以針對(duì)性地對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)化、重點(diǎn)講解及演示。

綜上所述，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，當(dāng)教師了解了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的掌握情況后，可適當(dāng)調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)的講解重點(diǎn)、難點(diǎn)，有效提高課堂效率。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)小測(cè)試第1 題的題干及其正確率見(jiàn)圖2，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)小測(cè)試第6 題的題干及其正確率見(jiàn)圖3，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)小測(cè)試第9 題的題干及其正確率見(jiàn)圖4。

圖2 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)小測(cè)試第1 題的題干及其正確率

圖3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)小測(cè)試第6 題的題干及其正確率

圖4 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)小測(cè)試第9 題的題干及其正確率

2.1.2 教學(xué)反饋

2017—2018 學(xué)年第二學(xué)期，福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院2016 級(jí)食品質(zhì)量與安全專業(yè)學(xué)生對(duì)“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效果的部分反饋結(jié)果見(jiàn)圖5。

問(wèn)卷星還可以充當(dāng)起師生有效溝通的又一座橋梁。由圖5 可知，該專業(yè)學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)課的掌握度較高，僅有1.56%的學(xué)生認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)課全面易懂程度為一般，82.81%的學(xué)生認(rèn)為教師不僅傳授具體實(shí)驗(yàn)操作，也把學(xué)習(xí)方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路等都一并傳授給學(xué)生。

圖5 2017—2018 學(xué)年第二學(xué)期，福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院2016 級(jí)食品質(zhì)量與安全專業(yè)學(xué)生對(duì)“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效果的部分反饋結(jié)果

學(xué)生對(duì)教學(xué)效果的反饋能幫助教師改進(jìn)教學(xué)方法，教師還可以通過(guò)問(wèn)卷星為學(xué)生答疑解惑。問(wèn)卷星能有效減輕教師工作量[14]，但依然存在局限性，如當(dāng)有學(xué)生填寫問(wèn)卷后，教師若再想修改問(wèn)卷的題干，已收集的問(wèn)卷會(huì)消失，無(wú)法直接記入最終統(tǒng)計(jì)，也無(wú)法確保所有問(wèn)卷的真實(shí)性[15]。所以，問(wèn)卷星仍有改進(jìn)的空間，只能作為“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的輔助教學(xué)手段。

2.2 問(wèn)卷星在“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中的優(yōu)勢(shì)

2.2.1 豐富考試題型

問(wèn)卷星的操作界面簡(jiǎn)單清楚，沒(méi)有過(guò)多繁雜的裝飾，使用者能依據(jù)問(wèn)卷星的提示快速創(chuàng)建并編寫自己需要的問(wèn)卷或投票。

問(wèn)卷星的不同應(yīng)用見(jiàn)圖6。

圖6 問(wèn)卷星的不同應(yīng)用

問(wèn)卷星有單題增加和批量增加2 種增加題目的方法，并且允許從歷史問(wèn)卷中勾選題干，使用者可以將其適當(dāng)修改或直接加入至新的問(wèn)卷中，這使編題更靈活的同時(shí)減少使用者的時(shí)間。

除了傳統(tǒng)的單選題、多選題，問(wèn)卷星還包括填空題、評(píng)分題、排序題、情景隨機(jī)題等[16]。豐富的題型能幫助使用者更加全面地了解被調(diào)查者的選擇，也能幫助調(diào)動(dòng)被調(diào)查者的答題樂(lè)趣。

問(wèn)卷星的部分題型見(jiàn)圖7。

圖7 問(wèn)卷星的部分題型

2.2.2 隨時(shí)隨地可發(fā)布、收卷

除了使用網(wǎng)頁(yè)版問(wèn)卷星發(fā)布或收回進(jìn)行問(wèn)卷，微信也可以作為發(fā)、收卷的平臺(tái)。問(wèn)卷星以小程序存在于微信中，使用者可以直接在此創(chuàng)建或者發(fā)布、收回問(wèn)卷、試題等。因此，使用者能自由設(shè)定作答者的作答時(shí)間。

2.2.3 快速統(tǒng)計(jì)與分析

收卷后問(wèn)卷星便可以用圖表方式統(tǒng)計(jì)出被調(diào)查者的作答信息，并根據(jù)不同地理位置或者作答時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。使用者能很方便地查看結(jié)果或下載保存統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)聯(lián)合問(wèn)卷星用于“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可行性分析

3.1 適用對(duì)象

該教學(xué)方法適用于擁有智能手機(jī)，并能簡(jiǎn)易操作電腦的大學(xué)生群體。

3.2 設(shè)備條件

當(dāng)今，高校基本都配有機(jī)房，可供學(xué)生自主上機(jī)使用，這為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用提供了良好的使用平臺(tái)。筆記本電腦早已成為大學(xué)生的學(xué)習(xí)必備品之一，因此學(xué)生能更加方便地使用系統(tǒng)。此外，虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)化，只需在電腦上安裝小型插件，就可以快速登錄并使用。教學(xué)系統(tǒng)同時(shí)擁有異端登錄功能，在一臺(tái)電腦上使用賬號(hào)登錄保存后，在另一臺(tái)電腦登錄后便可通過(guò)歷史找到自己學(xué)習(xí)過(guò)的課程。教學(xué)系統(tǒng)的方便化成為學(xué)生更加靈活自主學(xué)習(xí)“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的基石之一。

隨著社會(huì)進(jìn)步，智能手機(jī)發(fā)展迅速，在人群中普及推廣，特別是大學(xué)生群體的智能手機(jī)擁有率日益上升。智能手機(jī)的便捷性造就了其在大學(xué)生群體中不可替代的地位。智能手機(jī)在大學(xué)生群體中的普遍使用為問(wèn)卷星的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

由于現(xiàn)代信息媒體發(fā)展迅速，將虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)與問(wèn)卷星結(jié)合的方式應(yīng)用于“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)具有較強(qiáng)的可行性。

4 結(jié)語(yǔ)

教學(xué)手段隨著信息快速發(fā)展而不斷創(chuàng)新，現(xiàn)代化的技術(shù)手段逐漸融入到各高校的教學(xué)中。將虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)與問(wèn)卷星相結(jié)合，作為輔助教學(xué)手段應(yīng)用于“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)課，能夠增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的趣味性，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高實(shí)驗(yàn)的正確率和教學(xué)效率。未來(lái)，仍將不斷探索更加適合“食品毒理學(xué)”動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的技術(shù)方法，提高實(shí)驗(yàn)正確率和教學(xué)效果。