虚拟仿真平台在实验教学改革的应用

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自2013年国家教育部高教司发文在全国构建国家级虚拟仿真实验教学中心以来，虚拟仿真教学在医学高等院校的应用研究已逐渐成为一个热点［1］。新型冠状病毒肺炎疫情的暴发促使全国开展了全民在线教学，也为虚拟仿真平台在高校线上教学中的应用提供了机遇与挑战。组织学与胚胎学实验作为医学专业基础课程教学中的重要组成部分［2］，可以加深学生对理论知识的理解与运用，锻炼学生的空间想象能力，增强学生的实践能力与创新精神。本研究将虚拟仿真实验平台、直播平台、慕课学习平台等应用于实验课程，实现了移动学习，使实验教学不再受到时间和空间的限制，对在疫情及后疫情期间进行实验教学、改革教学模式、提升教学质量有着重要作用［3］。

1虚拟仿真实验平台的优势

模拟仿真，立体直观。基于虚拟仿真实验平台开展实验教学，学生可以充分获取虚拟环境所蕴涵的各种空间信息［4］。同时，一些因危险度高、耗时较长、材料获取困难、高成本等因素导致的日常难以开展的实验也可以通过虚拟实验完成，对提高专业知识、激发学习兴趣、增强学习体验具有重要意义［5］。个性学习，自主灵活。基于虚拟仿真实验平台开展实验教学，可以打破时间和空间的限制，实现以学生为中心的个性化、碎片化、自主化学习，充分发挥互联网时代下数字化资源的优势，更好地促进教育公平和教育均衡发展。扩充内容，改变教学。虚拟仿真实验可以为学生提供更丰富的实验资源与环境，紧密贴合科学前沿，拓展学生的视野及知识面。同时，虚拟仿真实验平台的应用也可以改革传统教学模式，加入设计性实验项目，提高学生的创新意识与创新能力。除上述优势外，虚拟仿真平台还可具有在线共享、在线评价、加强师生交互、操作安全、节约资源等特点，学生可反复多次的进行实验操作，加强学习效果。

2医学虚拟仿真实验平台应用现状

2019年教育部在教育信息化和网络安全工作要点中表示：要加快推进示范性虚拟仿真实验教学项目建设，推动虚拟现实在教育教学中的深入应用。目前，国内百余所高校入选国家级虚拟仿真实验教学中心，逐步建立健全相应的虚拟仿真平台。随着高校及社会上虚拟仿真实验平台的建设日益完善，“互联网+教育”时代的到来，近几年相关研究热点也有从平台的开发建设向基于虚拟平台开展的“智慧教育”，实现虚拟仿真教学与教育信息化技术的深度融合转变的趋势，虚拟现实的研究逐渐趋向于创新融合发展［6］。

3虚拟仿真实验平台在组织学与胚胎学实验线上教学的应用

3.1教学设计

从知识传授、能力培养和价值引领3个方面设定教学目标。使学生不但能按照科学的步骤观察识别微观结构，也能科学利用信息化资源有效获取知识，提高自学能力、实践能力和创新精神，以德育人、以文化人，培养适应社会发展的高综合素质医学人才。以混合式学习为教学理念，以自主学习为手段，以虚拟仿真平台为工具，“以学生为中心”，进行教学设计，开展线上教学，实施“以学生为主体，以教师为主导”的线上教学（图1）。

3.2教学效果

课程运行期间，结合课堂表现与调查问卷结果，从专业知识、综合能力、课程满意度调查几个方面分析教学效果。选取2019级本科护理学专业41~48班共264名学生作为研究对象。以随机抽选的一次教学内容为例，对随堂测试及课后作业统计可见：83.3%的学生随堂测试成绩在60分以上，61.2%的学生随堂测试成绩在80分以上；86.2%的学生课后作业成绩在8分以上（图2）。调查问卷结果显示，线上教学与传统教学相比具有更好的师生交互、课堂气氛、学习兴趣与学习效果（图3A）；学生的自学能力、思考能力、提问能力、表达能力都获得了提高（图3B）。82.35%的学生认为使用虚拟平台更有利于理解切片整体结构；半数以上的学生愿意返校后继续使用线上模式学习本课程，也赞成将本模式应用到其他实验课程（图4）。

3.3教学反思

基于虚拟仿真实验平台开展的组织学与胚胎学实验线上教学，贴合形态学科的“教”“学”需求，克服了传统教学中典型的组织切片获取困难、长时间使用显微镜体验感差等问题，适合组织学与胚胎学的实验教学［7］。以解决问题的方式指导学生进行探究式学习，结合环境逼真、资源日益精细的虚拟平台，充分的调动了学生的活跃度和积极性，也提高了学习兴趣及学习效果［8］，锻炼培养了学生的思维辨析能力、自学能力、表达能力及沟通能力，“同质高效”地完成了线上教学。自古有言，“授人以鱼不如授人以渔”。教师不应仅仅教会学生有限的专业知识，更应该传授学生学习的能力。通过对教学效果分析显示，学生能够完成预设目标，也掌握了自主学习的方法，综合素质得到提高，师生双方都在教学过程中不断反思、进步。

4存在问题

4.1学生动手能力有待提高

基于虚拟仿真实验平台开展组织学与胚胎学实验，学生不必使用显微镜就能观察切片，虽然学习体验有所改善，但学生使用显微镜的技能也随之下降，不利于提高学生的实际操作能力。

4.2实验结果过于理想

虚拟平台中所显示都是精选出的结构典型、染色均匀的切片，而现实的组织学与胚胎学实验过程中，由于切片来源及制片技术的不统一，观察的切片结构会呈现很多不同之处，学生在进入临床工作后看到的切片也是如此。因此，虚拟平台的使用不利于培养学生对不典型的切片结构分析、应对的能力。

4.3其他线上教学存在的问题

调查问卷显示：虽然98.4%的学生可以完成课前预习，但其中67.7%的学生需要教师发布课前任务进行督促；也只有17.65%的学生每周自主使用虚拟平台学习时长能达到1小时以上。网络的不稳定性、远程沟通的距离感、长时间看手机的不适感，这些也都是线上教学需要克服的问题。

5应对措施

5.1虚实结合、以虚促实

虚拟实验和实体实验都是教学信息化背景下培养创新人才不可分割、相互补充的两个方面，必须坚持虚实结合［9］的原则进行教学设计。学生通过虚拟平台预习实验内容，理解典型切片具备的结构特征；在实验课中动手操作练习显微镜的使用，通过真实切片的观察发现问题，提高动手能力、思考分析能力及自主识片的能力。以虚拟仿真平台作为一种重要的辅助手段，达到以虚促实的目的。这在解剖学、组织学课程教学中尤其有其优势[10-12]。

5.2建立健全评价体系

“互联网+教育”背景下，教师更需要做的不是填鸭式的灌输知识，而是通过信息化教学手段，督促学生学习，进而提高学习的主动性。结合形成性评价及终结性评价，全方面、多角度的评价学习过程及学习效果。加强过程管控，将教学监控从“挂在口头”转为“落到实处”，教师要及时将课前任务完成情况、课堂出勤、随堂测试及课后作业成绩反馈给学生，激励学生的学习动机［13］。同时也需要社会、学校、学习小组及个人等多方面、多角度的督促。

5.3加强虚拟资源共建共享

虚拟资源的建设需要大量人力、物力、财力的投入，加强校企及校际间的共建共享机制，不但能促进教育公平、提高教学质量，也能避免资源浪费。虚拟平台的构建，也能进一步促进相关课程间的整合。在教学过程中将相关课程如人体解剖学、组织胚胎学与病理学进行整合，有助于学生理解相关内容、形成更加科学的知识体系。但如何建设可以满足不同高校人才培养目标和现实情况的虚拟平台，如何进行设计、建设、评估、使用，需要进一步思考。总而言之，基于虚拟平台开展的组织学与胚胎学实验教学较传统教学模式有利有弊，但是，我们必须要意识到基于移动终端的智慧教学在以后的教学模式中必将占有一席之地。未来的教育，必然是基于网络环境、更加开放、更加人本、更加可持续的教育，这就要求我们要更新教育理念、把握发展重点、提高能力素养。机遇与挑战共存，高校教师要敢于接受时代的挑战，顺应发展的潮流，通过合理的教学设计开展教学改革，使医学实验教学模式更加多样。

作者：魏慧平 周薇 李勇莉 单位：新乡医学院三全学院组织学与胚胎学教研室