虛擬仿真實驗與傳統(tǒng)實驗相結(jié)合的混合式動物學實驗教學模式的探索與實踐

摘" 要：文章主要探討了虛擬仿真實驗與傳統(tǒng)實驗相結(jié)合的混合式動物學實驗教學模式的探索與實踐。貴州大學動物科學學院的動物學課程實驗存在操作難度高、教學形式單一等問題，包括實驗動物種類有限、教學方式單一、評價方式不合理等，導致一些重要實驗無法有效開展。為解決這些問題，文章提出建立多元化實驗教學體系，引入虛擬仿真實驗項目，以彌補傳統(tǒng)實驗教學的不足。還提出了完善動物學實驗課程的教學評價方式，包括過程性評價和終結(jié)性評價兩階段的教學評價。這種模式可以激發(fā)學生的學習興趣，增強動手操作能力和實驗體驗感，同時深化實驗教學內(nèi)容的廣度和深度。文章最后通過實踐證明，虛擬仿真實驗與傳統(tǒng)實驗相結(jié)合的教學模式能夠提高實驗教學中學生的參與感及實驗的創(chuàng)新性，有利于取長補短，提高實驗教學質(zhì)量。

關鍵詞：虛擬仿真；動物學實驗；教學模式；探討

中圖分類號：G642文獻標志碼：A

文章編號：1674-2419（2024）06-0771-04

貴州大學動物科學學院開設的動物學課程是學院各專業(yè)都必修的一門重要專業(yè)基礎課程，該門課程包括理論教學和實驗教學兩部分。理論教學主要以生物的演化和適應為主線，內(nèi)容上注重生物形態(tài)結(jié)構(gòu)與生理機能的結(jié)合，也會給學生介紹生物多樣性保護的理念。實驗教學部分是對理論知識的深化，可以幫助學生更好地理解和記憶課堂中所講授的知識內(nèi)容。有利于激發(fā)學生的學習積極性，提高獨立分析解決問題的能力，增強創(chuàng)新意識。因此，動物學課程的合理開設至關重要，之前在動物學實驗教學實踐中發(fā)現(xiàn)有些實驗項目無法開展，實驗材料獲得困難或?qū)嶒瀯游镉邢?，教師無法演示，學生更無法親自操作，嚴重影響動物學的實驗教學效果。近幾年對實驗內(nèi)容逐漸進行了調(diào)整和優(yōu)化[1]，引入虛擬仿真實驗項目，以彌補傳統(tǒng)實驗教學的不足，完善動物學實驗課程的教學評價方式，提高實驗教學質(zhì)量[1]。

1 傳統(tǒng)動物學實驗教學存在的問題

1.1 傳統(tǒng)實驗教學中選取的實驗動物存在的問題

在貴州大學動物科學學院以往的動物學實驗課中，共開設了8個實驗，有5個是解剖實驗，其余3個是動物活體觀察與裝片的觀察。在動物學理論課程中所講授的動物種類是非常多的，但在實驗課程中學生只能接觸到5種實驗動物，學生所能觀察和解剖的動物非常有限。而且在解剖的時候是分組進行的，并不是每個同學都能親自解剖觀察。究其原因：一是因為購買的實驗材料有限，不能保證在實驗課上每個同學都有一只實驗動物可供解剖和觀察，特別是觀察和解剖鳥綱代表性動物家雞和哺乳綱代表動物家兔的時候，只能保證每個組有一只實驗動物供學生解剖和觀察，學生的參與度較低，學習效果也較差；二是一些代表性動物屬于珍稀野生動物，根本不可能用于實驗室解剖；三是實驗動物的安全性問題，比如所購買的活體實驗動物是否感染病毒、細菌或者寄生蟲，在解剖家雞的時候，如果家雞感染了禽流感病毒，學生接觸到這樣實驗動物也有被感染的風險。

1.2 傳統(tǒng)實驗課程教學方式存在的問題

動物學實驗課程中所開設的傳統(tǒng)實驗項目由于教學方式單一，不能調(diào)動學生學習的主動性和學習熱情。實驗項目的前三個就是在光學顯微鏡下觀察原生動物門纖毛綱的代表動物草履蟲的外形及結(jié)構(gòu)特點，還有就是觀察腔腸動物門、扁形動物門、假體腔動物門、環(huán)節(jié)動物門的代表性動物的橫切或縱切裝片。在實驗課中，教師都是先講授本次課所要觀察的動物的典型結(jié)構(gòu)特點，學生再自己進行觀察，大多數(shù)學生沒有主動預習的習慣，師生之間就缺乏互動。在實驗課上學生就會感覺老師講的內(nèi)容很枯燥，學生又急于想拿到裝片觀察，觀察的時候也是照著老師講的幾個主要結(jié)構(gòu)觀察完就結(jié)束，不會去認真思考這些形態(tài)結(jié)構(gòu)與動物生理機能之間的相互關系。在解剖動物的時候，由于學生大多是第一次解剖這些動物，有些動物結(jié)構(gòu)較復雜，解剖難度較大，加之學生缺乏經(jīng)驗，即便學生按照老師講授的要點去做，也不能保證解剖100%的成功。如果解剖得不好，也沒有新的動物再供學生去解剖，所以單憑一次實驗根本無法達到好的教學效果。比如在解剖牛蛙和家雞的時候，要求學生觀察這兩種動物的腦的結(jié)構(gòu)，但很多學生在第一次分離腦組織多數(shù)不成功，也就不可能觀察到腦的完整組成結(jié)構(gòu)。如果為了讓學生觀察到完整的腦組織，多次取實驗動物來解剖也有悖于動物倫理學。

1.3 傳統(tǒng)實驗課評價方式存在的問題

傳統(tǒng)實驗課程每次課結(jié)束后要求學生對所觀察的動物的主要形態(tài)結(jié)構(gòu)進行繪圖并標注，對實驗成績評定的時候教師主要是依據(jù)學生的實驗報告打分，但實際上一些在實驗解剖過程中非常認真的同學，由于實驗報告中的繪圖不夠美觀，實驗成績并不理想，也不能真實反映學生的實驗操作情況，這種輕實驗過程、重實驗報告的評價方式會嚴重影響學生的學習積極性，教師也無法真正了解掌握學生的真實學習情況以及學生在實驗操作中存在的問題。造成學生的學習過程缺乏正確地監(jiān)督、合理地反饋和激勵。

2 虛擬仿真實驗在動物學實驗教學中的優(yōu)勢

近年來，在國內(nèi)很多高中、大學已經(jīng)利用虛擬仿真實驗軟件開展生物仿真實驗、物理仿真實驗和化學仿真實驗[2]。虛擬仿真實驗不需要一些傳統(tǒng)的實驗必備器材，而是在計算機上用仿真軟件模擬現(xiàn)實的效果，在動物學實驗教學中一部分之前不能開展或者不能開展好的實驗項目就可以采用虛擬仿真實驗來開展。虛擬仿真實驗教學可以使學生像在真實環(huán)境一樣去體驗并完成實驗項目，它的推進與實現(xiàn)也可以有效緩解很多高校在實驗經(jīng)費、實驗材料、實驗器具等方面面臨的困難和壓力，能夠突破傳統(tǒng)實驗對時空的限制，教師和學生可以進入虛擬實驗室操作儀器，進行各種實驗[3]。虛擬仿真實驗是推進現(xiàn)代信息技術融入傳統(tǒng)的實驗教學項目的重要舉措。它可以拓展實驗教學內(nèi)容的廣度與深度，提升實驗教學質(zhì)量和水平。

2.1 虛擬仿真實驗在拓展實驗項目上的優(yōu)勢

在動物學的實驗教學中，采用傳統(tǒng)實驗項目與虛擬仿真實驗項目相結(jié)合的混合式實驗教學方式，可以將一些之前在實驗室中無法開設或者不能完全呈現(xiàn)給學生的實驗項目開設出來?？梢詮浹a傳統(tǒng)實驗動物存在的一些問題，實驗豐富拓展了授課內(nèi)容，增加了課程實驗教學的時代性、創(chuàng)新性和前沿性。引入虛擬仿真實驗，讓學生在高度仿真的虛擬實驗環(huán)境中，接觸高度仿真的實驗對象。也可以激發(fā)學生的學習熱情，鍛煉提升學生的操作能力和綜合素質(zhì)。

2.2 虛擬仿真實驗在教學方式及教學評價上的優(yōu)勢

在教學方式上，虛擬仿真實驗VR和3D還原技術具有非常出色的逼真感和沉浸感，相較于傳統(tǒng)實驗中的圖片和視頻而言，更能激發(fā)學生學習主動性和學習興趣[4]。教師也能夠?qū)φ麄€實驗教學過程進行更好的觀察與控制，便于及時發(fā)現(xiàn)學生存在的主要問題并加以規(guī)范和更正，避免學生在實驗中學習效果不佳。在教學評價方面，由于虛擬仿真實驗可以及時向教師呈現(xiàn)出實驗過程中每個學生的操作時長、操作規(guī)范程度、操作次數(shù)等，教師可通過該虛擬仿真實驗反饋的多元化數(shù)據(jù)對學生的學習情況進行評價，保證評價的全面性、客觀性及合理性。

3 虛擬仿真實驗與傳統(tǒng)實驗相結(jié)合的教學模式實踐

3.1 針對實驗項目因地制宜地選擇實驗教學手段

在動物學實驗課程中，對于解剖操作難度較大的實驗，學生在實驗室實際操作的時候不容易一次成功，可采用課前學生自主通過虛擬仿真實驗進行預習，熟悉具體操作步驟與方法。這樣比教師在課堂中口頭講授更有效果，也提升了學生學習的主動性和學習熱情。然后再在實驗室進行動物實體的解剖操作，這樣實驗的成功率更高，也能保證學生在有限的實驗操作次數(shù)下取得好的操作成績[5]。學生實驗課后還可以通過虛擬仿真實驗進行多次的復習鞏固，達到加深記憶的效果，還可以查缺補漏，更好地完成實驗報告；對于裝片的觀察實驗項目，因為實驗難度較小，教師在課堂中講述清楚需要觀察的重要形態(tài)結(jié)構(gòu)，大多數(shù)學生就能夠掌握要點，還可以提問，讓學生思考這些形態(tài)結(jié)構(gòu)與動物機能之間的聯(lián)系，比較這些形態(tài)結(jié)構(gòu)與其他動物形態(tài)結(jié)構(gòu)的異同。因此，這類實驗仍然可以沿用之前的傳統(tǒng)實驗方法，不必采用虛擬仿真實驗。因為大量的虛擬仿真實驗會占用學生過多的課余時間去預習和復習鞏固；對于一些包含珍稀野生動物內(nèi)容的創(chuàng)新性實驗教學，由于這類實驗動物難以獲得，且不能在實驗室進行觀察與解剖，那么就可以通過分小組查閱資料、討論研究后，再讓學生通過虛擬仿真實驗平臺進行學習。如果教學時間允許的情況下，還可以讓學生將學習及討論成果在課堂上進行分享，也能讓教師掌握學生的興趣所在，教師還能從平臺數(shù)據(jù)中所記錄的操作考試分數(shù)和知識問答分數(shù)中了解學生對實驗項目的掌握情況，能及時解答學生學習中存在的普遍問題，能在后期的實驗教學中進行改進和完善。

3.2 完善動物學實驗課程的教學評價方式

由于在動物學課程中，隨著虛擬仿真實驗的代入，之前的實驗課堂教學評價方式也需要完善。要構(gòu)建多元化的動物學實驗評價方式，包括過程性評價和終結(jié)性評價兩階段的教學評價。學生課前在平臺的自主預習，教師在平臺的后臺數(shù)據(jù)中可以看到學生預習及復習時間的長短，操作的易失誤點等數(shù)據(jù)，學生還可以就預習中的問題向教師留言[6]。這些數(shù)據(jù)可以作為過程性評價的參考依據(jù)。終結(jié)性評價則可以依據(jù)學生的實際操作情況和實驗報告的完成情況。這樣的評價方式相較于以前，更合理更完善。

4 結(jié)語

在貴州大學動物科學學院動物學課程的實驗教學中，用虛擬仿真實驗部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)實驗，采用傳統(tǒng)實驗與虛擬仿真實驗相結(jié)合的實驗教學模式，將動物學實驗教學需求與虛擬仿真技術的優(yōu)勢相結(jié)合，有利于取長補短，提高了實驗教學中學生的參與感及實驗的創(chuàng)新性。

參考文獻：

[1]陳一兵，杜坤，傅媛媛，等.基于“虛實融合”的動物學通識實驗課程教學的探索與實踐[J].中國家禽，2022，44（2）： 117-120.

[2]熊宏齊.基于虛擬仿真的線上線下融合專業(yè)實驗教學體系構(gòu)建[J].實驗技術與管理，2022，39（3）：5-10+25.

[3]張紅梅，朱道玉，張貴生，等.雙一流背景下動物學混合式教學模式的探索與實踐[J].黑龍江科學，2020，11（11）：22-23.

[4]賈小東.動物學實驗教學中的思考與探索[J].安徽農(nóng)學通報，2018，24（19）：134-135.

[5]楊玲，張泉，王怡，等.實驗動物學實驗教學改革的探索和實踐[J].教育教學論壇，2016（45）：174-175.

[6]周權(quán)，阮君，張洪茂，等.珍稀動物生物學習性觀察研究虛擬仿真實驗項目的建設[J].實驗技術與管理，2020， 37（7）：132-135.

The exploration and practice of hybrid zoological experiment teaching mode combining virtual simulation experiment and traditional experiment

TANG Li

（College of Animal Science， Guizhou University， Guiyang 550025， Guizhou China）

Abstract：This paper mainly discusses the exploration and practice of hybrid zoological experiment teaching model， which combines virtual simulation experiment and traditional experiment. The zoology course experiment of the College of Animal Science of Guizhou University has some problems， such as high operational difficulty， single teaching form， etc.， including limited types of experimental animals， single teaching method， unreasonable evaluation method， etc.， resulting in some important experiments can not be carried out effectively. In order to solve these problems， the paper proposes to establish a diversified experimental teaching system and introduce virtual simulation experiment projects to make up for the shortcomings of traditional experimental teaching. It also puts forward the teaching evaluation method of zoological experiment course， including process evaluation and final evaluation. This model can stimulate students’ interest in learning， enhance their hands-on ability and sense of experimental experience， and deepen the breadth and depth of experimental teaching content. Finally， the paper proves through practice that the combination of virtual simulation experiment and traditional experiment can improve students’ sense of participation and innovation of experiment teaching， which is conducive to learning from each other and improving the quality of experiment teaching.

Keywords：virtual simulation; zoological experiments; teaching mode; probe into

基金項目：教育部“動物科學國家級一流本科專業(yè)建設項目（項目編號：[2021]06號）”；農(nóng)業(yè)農(nóng)村部“瀾滄江—湄公河熱帶種養(yǎng)殖技術集成示范與推廣項目（項目編號：12200114）”。

作者簡介：唐黎（1981- ），女，重慶潼南人，副教授；研究方向：動物學，水產(chǎn)動物營養(yǎng)與飼料。E-mail：tang_xiao_xia@163.com。