虚拟仿真+微课线上实验教学研究

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【摘要】随着新媒体时代的飞速发展，传统教学模式受到巨大冲击和挑战，传统教学方式方法亟待改进和更新，各种混合式教学模式日新月异。研究将虚拟仿真实验项目、微课、翻转式教学、思维导图构建、案例导入等形式有机融入到《分子医学实验技术》课程的线上教学中，立足于学生实践能力以及创新能力的培养，以临床胜任力为导向，进行线上实验教学改革设计并实施，学生学习的参与度、主动性和积极性均得到大幅提高，分析问题和解决问题、科研思维和创新思维能力均得到有效锻炼。统计学分析结果显示，学生期末理论考核成绩较以往呈显著上升，并因课程特色突出、教学效果良好被评为校线上实验教学典型案例。

【关键词】虚拟仿真；微课；线上；能力；思考；操作

实验课程与理论课程的线上教学有着本质的区别，实验教学更加注重学生的实践操作能力、科研思维能力和创新思维能力的锻炼和培养，使用单一的理论直播讲述形式显然无法达到预期实验教学目的。本研究在《分子医学实验技术》课程常规理论直播授课的基础上，充分融合各种资源和手段，利用各大虚拟仿真实验云平台的相关资源，并依托平台自建微课和操作视频，进行线上实验教学设计，强调以学生为中心，注重学生综合能力的培养，并进一步融入思维导图构建、翻转式教学、案例导入等方式锻炼学生的自主学习和独立思考能力、分析问题和解决问题能力、科研思维以及创新思维能力，达到高素质应用型医学人才培养目标。本研究为学生量身打造一套理想的线上实验教学方案，以期达到与线下实验教学实质等效。

1基于“虚拟仿真+微课”的线上实验教学的设计与应用

1.1以虚促实，虚实结合

虚拟仿真实验是对课堂理论及硬件实验教学的补充和延展[1]。该技术是在多媒体、虚拟现实、人机交互、网络和通信等技术不断发展的基础上将仿真技术与虚拟现实等技术相结合而产生的更高层次的仿真技术，具有沉浸性、交互性、虚幻性和逼真性4个基本特征。虚拟仿真技术把传统实验教学中毒性高、难度大、时间长、设备贵、不易实现的实验转化为虚拟实验，实现“长时程实验短时化、大尺度实验微缩化、微观实验可视化、危险实验安全化、复杂实验熟练化、难重复实验再现化”[2]。由于线上实验教学存在着学生无法亲自动手操作的重大缺憾，而实验教学最核心的内容恰恰是让学生通过亲自实践、动手操作来达到学习的目的。为解决这一难题，本研究采用“以虚促实”的方式，利用梦之路公司提供的虚拟仿真实验云平台、国家虚拟仿真实验项目共享平台以及锦州医科大学虚拟仿真实验平台提供的虚拟仿真实验资源让学生进行虚拟实验项目的操作演练，学生按照系统提示可以一步一步进行实验操作，仿佛置身其中，有着较为真实的体验和感受。而且虚拟实验项目还会在实验过程中的恰当节点多次加入选择题、判断题、试剂剂量计算等内容，能够随时激发学生的主动思考能力，有利于提高学生学习兴趣和学习效果，这一点优于本课程的线下教学。总之，虚拟仿真实验项目虽不能达到完全与线下实体操作实质等效，但确是弥补线上实验教学缺陷的有效途径，也成为最能有效提高学生实践操作能力的线上授课方式之一。另外，由于梦之路公司为学生免费开放的虚拟仿真实验项目比较全面，使得学生还可以虚拟操作课程内容以外的其他相关实验项目，实现知识和操作的拓展。例如，本门课程第一次实验内容为真核基因组DNA的提取及鉴定，除了虚拟操作该项实验内容之外，学有余力的学生可以课后进一步拓展学习RNA的提取及鉴定等相关实验，而RNA的提取及鉴定恰恰是毒性高、试剂贵、操作要求高的实验，而且由于课时的限制，无法进行课上学习，更适合于本科生通过虚拟实验方式进行自主学习和操作。为了让学生对具体实验操作有更加真实的体验，课题组成员完成《分子医学实验技术》各个实验内容（共计6项）实操视频录制工作，并进行了后期剪辑、配音以及美化，内容完整、清晰、与6项实验内容完全一致，可为学生提供真实的实体操作体验，有效地弥补了线上实验教学模式下学生不能亲自操作的不足，从而实现了“虚实结合”。

1.2原创微课，独具匠心

微课是指以流媒体形式展示的围绕某个知识点或教学环节开展的简短、完整的教学活动[3]。作为一种线上的教学资源，微课以其主题突出、形式多样、短小精悍、便于反复观看等优点，为学生创造了个性化学习的条件，是传统课堂教学的一种重要补充和拓展[4]。随着时代的飞速发展，微课的内容和形式也在不断地丰富和发展，体现出信息技术与教育教学深度融合的时代特征[5]。将微课应用于线上实验教学，必将是一种行之有效的教学方法。课题组成员完成多个微课录制工作。每次实验课所需讲述内容包括主体内容以及其他相关知识点两大部分，课题组成员将相关知识点均录制成为微课（共计8个），成为课上主体教学内容的有效补充和知识扩展。不同教师制作的微课风格各异、各具特色，注重内容的针对性和表达的友好性[6]，具有较高的观赏性、趣味性，又恰当融入思政元素，或与时政密切相关、或引经据典、或用科学家的科研与创新精神激励学生，比如课题组成员董颖和孟智超老师特别善于将与医学相关的时政热点引入微课（以及课堂）中，这样，不仅实现了理论联系实际，而且还能够润物细无声地将正确人生观、价值观、审美观以及人文情怀等渗透到学生思想中，实现教师的价值引领作用。

1.3翻转课堂，角色互换

教师将“翻转课堂”形式应用于线上实验教学中，根据课程内容合理分配学生自主学习和教师讲授时间，使授课模式更加灵活，教师成为真正的指明灯，学生成为了学习的主体，自主学习效率更高[7]。笔者具体的做法是在教学过程中（或者课前）将试剂盒说明书（如质粒DNA小量提取试剂盒）分发放给学生，学生设想自己在做科研实验，学生以小组讨论方式，自行查看、研究、分析、讨论试剂盒说明书内容，对于小组内部讨论后仍然不懂的地方，鼓励小组之间互相解答，如果仍然无法找出答案，则由教师进行指导和答疑。这样一种翻转式教学的方式，必将使学生的头脑在不断的磨擦和碰撞中，大幅度提升独立思考能力、分析问题解决问题能力、科研思维能力和团队协作能力。对于实验结果的分析，也采取小组讨论的方式。让学生学会认真的思考问题，敢于提出质疑、不耻下问、不怕犯错、不怕被嘲笑。大家畅所欲言、热烈讨论，最终将讨论结果落实到实验报告里，成就一篇高质量的实验报告。而在翻转式教学中教师也实现了自我成长和专业能力的提升，形成了教学相长的良性循环。

1.4基础临床，完美融合

分子医学是分子生物学在医学领域的应用，是从分子水平对疾病发病机制进行研究，以及对疾病进行基因诊断、基因治疗和预防的一门前沿学科，其技术在临床领域的应用为大势所趋。因此，将《分子医学实验技术》课程内容与临床案例进行有机结合势在必行。比如，癌症在基因水平上的诊断用到的关键技术就包括分子医学技术课程中的核酸提取技术以及聚合酶链式反应技术；乙型肝炎病毒两对半的检测用到的关键技术就是分子医学技术课程中的酶联免疫吸附实验。分子医学实验技术每个实验内容都与临床或者科研有着密不可分、千丝万缕的联系，是每名医学生必须掌握的一门医学基础实验技术。

1.5思维导图，创新思维

思维导图不仅可以使教师的讲授过程更加清晰、更加具有条理性，而且可以帮助学生更好地掌握知识脉络，促进发散性思维的形成，并有利于创新思维的产生[8]。课上教师会教会大家如何绘制思维导图，要求学生课下自行绘制思维导图，并作为课业考核的一部分。教师建议学生绘制思维导图应不拘一格、形式多样、有个人的风格和特色，有利于自身记忆。除了纯文字之外，可以加入图片、符号、颜色、英文等等，学生依据自身理解，将所有学习内容一并体现在思维导图中。通过这种方式对所学知识进行梳理、总结，使学生获得对知识脉络的整体认知，使学习效率大增。同时，学生通过构建思维导图，令其个体思维得到了有效延展、发散，可能发现课上未发现之问题，并产生头脑风暴和创新思维，对学生创新能力、综合能力的提高以及对教师思维和知识的扩展都会产生良性的促进作用。

2基于“虚拟仿真+微课”的线上实验教学效果的反馈与分析

2.1教学效果反馈

《分子医学实验技术》的线上实验教学的开启与实施，从一开始的迷茫、到中间的不断适应、不断完善、再到最后的圆满完成，经历了一个较为艰难的过程。笔者与课题组成员在本轮线上实验教学前给予了充分的思考，为了最大限度上弥补线上实践教学的不足（学生无法亲自动手操作），从线上实践教学方式、方法以及内容等各个方面多次进行视频会议沟通、研讨、商议，群策群力，集思广益，最终设计出一套较为理想的线上实验教学方案。丰富多彩的线上实践教学形式确实有效提高了学生学习的积极性和主动性、兴趣度和参与度，促进了学生自主学习和独立思考能力、科研思维和创新思维能力的发展。在师生充分的互动过程中，不断发现问题、提出问题、分析问题并解决问题，真正实现教学相长。本课程因特色突出、效果良好被评为学校线上实验教学典型案例，为同行起到一定的引领示范作用。

2.2考核成绩分析

利用SPSS22.0统计学软件，将2020年上半年临床医学专业（卓越医师班）所有学生（共计65名）的期末理论考核成绩（线上实验教学）与2019年同期同专业所有学生（共计67名）的期末理论考核成绩（传统线下实验教学）差异进行统计学分析。结果显示，线上实验教学组理论考试平均分（71.30±10.29）分，传统线下实验教学组理论考试平均分（55.53±11.71）分。利用独立样本t检验，t=8.210，P=0.000，说明试验组和对照组期末理论考核成绩差异有统计学意义（P＜0.05），线上实验教学组平均分数明显高于传统线下实验教学组。

3结语

无论线上教学也好，线下教学也好，线上线下混合式教学也好，以学生为中心，充分利用各种资源和手段使学生便于理解，并能融会贯通、勤于思考、自主学习，才是我们想要达到的目的。线上教学虽然不能面对面交流，但是通过在线答题、投票、弹幕等方式再加上精心设计的形式和内容，也能收到良好的教学效果[9]。本研究立足于学生实践能力以及创新能力的培养，以临床胜任力为导向，进行多元化的教学设计，颇受学生欢迎，学生学习的参与度、主动性和积极性均得到大幅提高，分析问题和解决问题、科研思维和创新思维能力均得到有效锻炼，试验组学生期末理论考核成绩较对照组呈显著上升，本课程也因特色突出、教学效果良好被评为校线上实验教学典型案例。同时，线上实验教学也促进了教师专业水平、职业道德感、责任感以及综合能力的大幅提升，推动了教师的长足发展。以上结果均表明本次线上实验教学效果良好，值得今后在线上—线下混合式实验教学中借鉴、应用并推广。孔子曰：学而不思则罔，思而不学则殆。学习不仅仅是单向输入、死记硬背、应付考试。而更应该学会独立思考，学会举一隅而以三隅反，学习和思考同等重要。本研究通过独立操作虚拟实验项目、思维导图构建、翻转式教学、自学微课等方式达到了培养和提高学生自主学习、独立思考能力的目的。同时，在线上教学过程中（包括微课中）恰当融入思政元素，为学生树立正确的三观起到了价值引领作用。最后，特别感谢课题组成员的通力合作，衷心希望本门课程能够为社会培养德才兼备的医学人才贡献绵薄之力。

作者：吴囡 王冰 董颖 孟智超 黄艳丽