基于虚拟仿真实验的线上线下混合式教学实践

胡艳秋，李 慧，李会敏，蒋杞英，王国英，王红菊 (河南大学基础医学院组织学与胚胎学教研室， 开封 475004)

教育信息化背景下，拓展教学内容的广度和深度、延伸教学的时间和空间，打破学习资源限制，摆脱学习时空制约，是值得深入研究的课题。随着互联网技术的快速发展，虚拟仿真实验教学平台已广泛应用于医学院校[1]。同时，随着“互联网+”时代的到来，大规模在线开放课程(massive open online courses,MOOC)、小规模限制性在线课程(small private online course,SPOC)、翻转课堂等新型教学模式，为高等院校本科教学改革与创新提供了新的思路[2]。

组织学与胚胎学是一门重要的医学基础课程，与其他基础课程(如生理学、病理学等)和临床课程(如内科学、妇产科学等)联系密切，但课程内容抽象、知识点繁多，学习难度大[3，4]。因此，采用更加有效的教学模式势在必行。2018年，在教育部召开的中国高等学校本科教育工作会议上，金课被首次提出，并写入教育部文件中。在未来两到三年内，建设五大类型金课，其中包括线上线下混合式金课[5]。本研究以此为契机，构建以虚拟仿真实验平台为依托、融合多元化教学方法的线上线下混合式教学模式，在组织学与胚胎学实验教学中实践以探析该教学模式的可行性和应用效果。

1 组织学与胚胎学实验教学现状分析

组织学与胚胎学是研究人体微细结构及其相关功能和个体发生发育及发生机制的学科，这门课程属于形态学范畴。课程教学分为理论和实验两部分，先理论教学、后实验教学，实验教学的目的是使学生通过自己操作和显微镜下观察,认知正常人体细胞、组织、器官的形态结构,从而进一步对理论教学内容融会贯通；同时也对学生进行基本技能训练,培养独立思考和独立研究的能力。因此，实验教学在提高学生对微细结构的认知和理论内容的理解方面起到非常重要的作用[6，7]。传统的教学模式是教师先以PPT形式讲解切片中的重点结构，然后学生使用显微镜观察玻片标本，并找到重点结构，教师在旁进行个别辅导，最后总结。

传统教学模式存在以下问题：①传统教学在使用时间与空间的局限性。实验课每周只安排一次，一次只有2学时。尽管学生在课堂上充分利用时间观察切片，但由于内容较多，镜下寻找重点结构费时较长，导致课上时间不够用。由于学生观察玻片标本需要显微镜，而显微镜又只能在实验室使用，如果学生想在课后观察切片，需要与实验教师在课余时间预约使用，这造成一定的不便。时间与空间的局限性限制了学生的自学能力，影响学习和复习效果。②传统教学难以激发学生学习的主动性和积极性。教师主动讲-学生被动找的教学模式，会导致很多学生对寻找重点结构产生倦怠心理，导致“只会认图片、不会认结构”的现象，严重降低了实验课的教学效果。③理论课和实验课两大教学环节不能很好地相互衔接、融会贯通。④传统教学无法满足学生自主性学习和个性化学习的需求。课前、课后缺乏与实验教学相关的自主学习资源，学生自主性学习和个性化学习的需求无法得到满足。

因此，如何提高组织学与胚胎学教学质量，探讨更加有效的教学模式，是课程改革必须解决的重点问题。

2 基于虚拟仿真实验的线上线下混合式教学的实践应用

2.1 虚拟仿真实验项目建设

组织学与胚胎学实验教学需要使用显微镜观察组织切片，以掌握人体各器官、组织、细胞的微细结构，而实验场地、教学时间、仪器设备难以满足学生的学习需求，需要寻找能补充实验教学的方式。虚拟仿真实验的诸多优点使之成为首选。2018年我校购入数字切片扫描系统。本教研室教师使用该系统将组织切片进行扫描、分类、归档并存储在服务器中，建立了河南大学数字切片库(http:∥172.32.16.70/DSE)。数字切片是利用全自动显微镜切片扫描系统，结合虚拟切片软件系统，将传统玻片标本进行扫描、无缝拼接，生成一张全视野的数字切片，数字切片具有传统切片的所有功能，在计算机上(如同显微镜下)可进行不同倍率(4倍，10倍，20倍，40倍，100倍)观察，并在一定范围内(1-100倍)无极连续变倍浏览切片。学生在电脑端和手机端即可观察，不受时间和空间的限制。

为了培养学生的实践能力和创新精神，调动学生参与实验教学的积极性和主动性，本教研室教师以数字切片库为基础，指导我校本科生申报了河南省大学生创新创业训练计划项目-组织学虚拟仿真实验项目开发，2019年获批立项，2020年以优秀结项，同时获得河南省本科高校大学生创新创业训练计划项目优秀成果一等奖。建设开发的“组织学虚拟仿真实验”包括基本组织和各个系统的实验内容，共有10项实验，每项实验均由知识点、数字切片、观察重点、在线测试和知识拓展五个模块构成，满足实验教学大纲的要求，既适合教学，又适合自学。组织学虚拟仿真实验项目于2020年并入河南大学基础医学院虚拟仿真实验平台(http:∥172.31.2.204/)上线运行，自上线以来，选修累计达8 000多人次。

虚拟仿真实验的建设既培养受教育者(学生)，也培养教育者(教师)，使教师和学生的信息素养和专业素养均得到提高，建设开发的虚拟仿真实验项目又应用于教学，使更多的学生受益，使教师与学生共同发展，真正实现教学相长。

2.2 基于虚拟仿真实验的线上线下混合式教学模式的实施方案

我们遵循以学生为主体、教师为主导的教学理念，实行以任务驱动为主线、问题引领为导向、虚拟仿真实验平台为支撑的线上线下混合式教学。教师在教学过程的三个阶段课前、课中、课后[8]，以虚拟仿真实验为平台，进行线上线下混合式教学，使实体实验和虚拟仿真实验虚实结合、相互补充。在教学中，教师既要发挥实体实验的优势，能实不虚；又借助于信息技术，以虚补实、以虚促实，拓展教学内容的广度和深度、延伸教学的时间和空间[9]。

2.2.1 课前线上自主学习、获取信息 课前教师通过雨课堂发布课程公告、实验课件和实验微课，发放用于翻转课堂的引导性问题。学生通过虚拟仿真实验平台进行预习,既包括文字内容，又可以观看操作视频,并反复在线操作,还可以通过平台向教师提问。

2.2.2 课中讲授、学生自主观察及师生互动 线下实验课为小班教学。我们在传统切片观察的基础上引入小组讨论和翻转课堂[10]。对于课堂教学，教师改进传统课堂教学内容，不再是重复PPT的讲述，而是授课教师通过简短性的总结和提炼本部分的内容，通过设计引导性问题，将线上学习内容进行总结概括，对学生的线上学习情况进行督导。学生通过在课前虚拟仿真实验平台预习的基础上，自主进行玻片标本观察；授课教师进行辅导；期间学生可以在小组长带领下进行小组讨论和翻转课堂，增强分析解决问题及团队合作的能力；教师进行巡视和答疑。下课前10 min，教师在雨课堂发布与本次实验内容相关的5道图像测试题，学生当堂完成，提交后系统即可显示测试成绩，以检测本次实验的教学效果。测试成绩可计入实验平时成绩。最后，教师对本次教学内容进行小结。

2.2.3 课后复习巩固、个性拓展提升 课后学生整理完成实验报告，进入虚拟仿真实验进行复习和在线测试，并与教师在QQ群和微信群互动、讨论问题。虚拟仿真实验的知识拓展模块可满足学生自主学习和个性化学习。

2.3 建立内容多元化的评价方式

线上线下混合式教学的考核评价采取过程性、多元化评价，课程总评成绩中理论期末考试成绩占60%，理论平时成绩占10%，实验成绩占30%。实验成绩中实验期末考试成绩(百分制)占50%，实验平时成绩(百分制)占50%，实验课期末考试采用实践操作的形式，由学生操作显微镜，观察、判读组织切片。过程性评价计入实验平时成绩(百分制)的内容包括：①雨课堂预习课件视频的完成程度，占10%。②虚拟仿真实验完成程度，占20%。③虚拟仿真实验内的在线测试成绩(取10次实验的平均值)，占20%。④课中雨课堂在线测试成绩(取各实验的平均值)，占20%。⑤实验报告成绩(取平均值)，占30%。①-④项由雨课堂和虚拟仿真实验平台自动统计，⑤项由带教老师批改统计汇总。过程性评价有别于传统教学的单一考核评价方式，避免了只看成绩不看过程的弊端，从而提高学生学习的积极性，提升学生专业水平和综合素质。

3 线上线下混合式教学的应用效果评价

表1 两组学生期末考试成绩比较 (分)

3.2 学生满意度调查

我们以实验组和对照组学生为调查对象，应用雨课堂的匿名投票功能，发布该调查问卷。实验组和对照组222名学生全部参与投票。结果显示，实验组对教学的满意度(90.99%)明显高于对照组(72.07%)。

3.3 学生对混合式教学的评价调查

我们以实验组学生为调查对象，应用雨课堂的匿名投票功能，发布该调查问卷。实验组111名学生全部参与投票。结果显示，90.99%的学生赞同线上线下混合式教学模式；100%的学生认为该教学模式有利于掌握微细结构和提高自主学习能力；87.38%的学生认为可促进对理论知识的理解和提高学生学习兴趣及积极性，83.78%的学生认为有助于提高独立思考能力；80.18%的学生认为可以提高分析解决问题的能力。

基于虚拟仿真实验的线上线下混合式教学在组织学与胚胎学中的实践与应用，是将传统学习方式的优势和虚拟仿真实验在线学习的优势结合起来，拓展了教学内容的广度和深度、延伸了教学的时间和空间，虚实结合，配合使用线上、线下教学资源，使个性化学习、自主学习和创新学习的需求得到满足，提高了学生学习兴趣和参与性，使学生从被动学习转化为主动学习，培养学生的思维能力。混合式教学不仅提高了学生的实验成绩，理论成绩也有很大提高，取得了良好的学习效果。混合式教学模式的应用对教师的能力和综合素质也提出了更高的要求和挑战。教师在混合式教学实施过程中需要精心设计教学过程，拓展知识面，丰富专业知识储备量，在与学生互动中提高教学技巧。混合式教学的应用提高了教师的信息化素养和教学水平，达到了教学相长的目的。

线上线下混合式教学是一种以教师为主导-学生为主体的教学模式[11]。这种教学模式更符合高等学校的教育教学特点，是高等学校教育的发展趋势，因此如何更好地应用、完善线上资源，使其更好地与课堂教学有机结合，达到1+1>2的效果，引导和督促学生自主学习，将知识传授、能力培养和价值塑造融为一体，这些是我们在今后的教学实践中需要进一步完善和优化的。

基于虚拟仿真实验的线上线下混合式教学的研究与实践,旨在创新与变革传统教学模式，加强医学教育优质资源建设与应用，推进信息技术与医学教育的融合,从而取得最优化的教学效果，满足教育信息化背景下快速发展的医学教育需求。