实验生理科学虚实融合实验在应用型本科教学的探索与实践

刘 琼，张韦深，吴欣慧，龙天澄，汪雪兰

(1．中山大学新华学院；2.中山大学医学院，广东 广州 510520)

独立学院设置护理、药学这类应用性、实践性较强的专业，它具有对实验实践条件要求高，实验室建设投入大、实验仪器设备和耗材需要量多，实验产生的三废对环境易造成污染、安全要求高等特点。为破解实验教学资源困境，2015年学校建成了“生物医学虚拟仿真实验教学中心”(虚拟中心)[1-3]。虚拟中心建成至今，经过护理、药学等专业实验生理科学实验教学、教学公开课、泰盟杯生物医学虚拟仿真大赛的使用，在“信息技术与教育教学深度融合”方面进行了有益的探索。本文将实践经验和存在的问题用定性与定量相结合的方法，分析教学改革成果，供同行参考。

一、虚实融合教学实践介绍

根据学校应用型人才培养定位和教学大纲的要求，选取基础练习型和综合设计型实验进行虚实融合实验教学改革实践。考虑学生水平参差不齐，常规教学以强化学生基本实验技能为主，重点布置学生学习“实验动物操作”训练，以弥补因上课时间短，教师示教和辅导不够，不能满足学生在课堂规范、熟练的掌握基本技能。对综合性实验，操作难度大、要求高的大实验，要求学生在课前先完成虚拟仿真练习，达到预习实验目的、原理，清楚实验流程和内容。通过观看录像和虚拟操作练习，熟悉实验过程、操作要点，以此提高课堂实验成功率和效率[4]。实验课结束后进行实验技能操作考试和实验理论考试，并就虚拟仿真实验教学情况，进行问卷调查。调查具体项目和结果如下(见附表)。

二、存在问题及分析

(一)虚拟实验使用情况。

87%学生偶尔使用虚拟中心，说明使用率不高，可能新建，缺乏宣传，多数教师和学生不了解有关。90%学生使用虚拟中心是为了完成教师布置的任务，还有超过一半以上学生是为了考试和好奇心，仅18%学生是为预习，自主学习使用，说明虚拟中心还没有充分发挥其激发学生实验兴趣，充分调动学生自主学习，自主实验的效果，也反映出学生对虚拟中心和提高实验能力之间的关系认识不清。

(二)影响使用原因分析。

1．网络原因。68%学生认为是虚拟软件功能缺陷，54%是网络原因。学校虚拟中心是基于校园网平台建设的，暂不支持互联网和移动终端。多数学生习惯于，在下晚自习后在宿舍进行，受学校网络管理限制，导致学生不能登陆使用，或使用时间过短而影响使用效果。

2．软件原因。学校虚拟中心采用购买公司软件的方式建成，由于部分综合、科研型实验自身缺陷导致实验项目打不开或不完善，造成无法使用等问题，这导致51%学生认为虚拟中心使用效果一般，43%认为较差。分析其主要要原因是学生学习虚拟实验后再进入实验室进行实体实验，会感到虚拟场景和真实环境有差别，有些甚至和老师讲的不同，让部分学生觉得无所适从。因此，软件和网络问题对学生使用影响最大，尤其在虚拟大赛中导致部分同学多次考试。

(三)虚拟实验发展前景。

43%学生认为是发展趋势，可能与其可重复、无伤害、安全有关；70%认同现在开展的虚实结合的教学模式是理想的未来教学模式，但93%学生认为虚拟实验不能完全替代真实动物实验，仅起辅助提高实验效果作用，表明虚拟实验对教学促进作用、用“以虚促实、以虚扩实”的理念正确看待虚拟实验与实体实验关系以及虚拟实验发展前景问题得到多数学生认可。

(四)虚拟实验各模块评价。

90%学生认为虚拟模块中对实验帮助最大的是视频，这可能和虚拟软件不完善，学校网络受限有关。在开放性问题回答中89%学生认为虚拟实验仿真性差，没有手感，有虚拟操作和没有虚拟操作，和仅看视频录像效果没有差别。

附表 中山大学新华学院虚拟仿真实验教学问卷调查(n=215)

这也提醒学校和老师，目前建设的虚拟中心花费时间和经费最多、教育者认为最有用的虚拟操作部分并没有被学生(使用者)认可。另外，从药学系学生实验技能和实验理论考试平均分数和去年学生比没有差异(康复系是第一届学生)。虚拟实验对理论和实验学习帮助，分别是48%、30%，除去校园网使用方便性原因外，说明虚拟实验对理论和实验教学的作用和效果远未达到当初设计的要求，表明作为虚拟实验最核心的模块虚拟操作的制作水平，以及整个虚拟实验设计等方面还应该加强。

三、解决方案

(一)丰富虚拟资源建设，提高虚拟中心建设水平。

为了吸引学生使用，需要加强虚拟中心建设投入。希望有更多专业化大公司加入软件开发，丰富基于网络的虚拟资源建设，加快虚拟实验在移动终端的使用，方便学生随时随地学习。同时鼓励专业教师和软件开发公司联合，或培养即懂专业又懂软件开展的混合性人才，开发出适合学生使用、功能强大的软件，而不是现在的单线程播放式的虚拟实验，让设计性实验更多选择模块和不确定性，启发学生创新思维，在真实实验之前起辅助设计、模拟的作用，消除学生现在不喜欢使用虚拟实验的问题[2]。

(二)重视虚拟操作，达到以虚促实的效果。

此次虚实融合实验教学改革反映出的问题也体现在虚拟实验内容选择上[5]。对基础技能性实验，仅看视频预习能收到较好教学效果，不用虚拟操作练习。对综合性实验，因为实验步骤繁琐，需要具体多学科知识和实验方法，因此，采用虚拟实验进行预习可以提高实验效率和效果。对研究探索性实验，如何开展完全的虚拟化实验教学，是在课堂上开设还是布置自学形式，学习效果如何，怎样检验等问题，值得各学校继续探索。

[参考文献]

[1]刘 琼，张韦深，汪雪兰,等.独立学院机能学实验教学示范中心建设历程(一)[J].高校医学教学研究(电子版)，2016，6(1)：22-24.

[2]刘 琼，张韦深，汪雪兰,等.国家级生物医学虚拟仿真实验中心建设现状与思考[J].中国医学教育技术，2017，31(1)：15-18.

[3]刘 琼，张韦深，汪雪兰,等.对虚拟仿真实验室建设的再认识——基于“第三届高等学校国家级实验教学示范中心建设研讨会暨虚拟仿真技术与教学资源建设论坛”[J].中国医学教育技术，2017，31(2)：162-165.

[4]刘 琼，龙天澄，汪雪兰,等.基础医学开放实验室教学创新模式探索[J].实验技术与管理，2017，34(9)：233-235，242.

[5]马建荣.论应用型本科人才培养目标下的课程教学设计：从学科逻辑向问题逻辑转化的角度[J].中国高教研究，2011(4)：88-91.