微生物学虚拟仿真实验平台建设策略分析

孙红艳

关键词：微生物学;虚拟仿真实验平台;建设策略

微生物学是生物学的重要组成部分，研究微生物学能为我国生物学、医学、人机交互等领域奠定良好的理论基础。微生物学实验是能帮助学生在实际学习过程中明晰相关理论知识的重要教学手段，但是传统的微生物学实验教学具有不可逆性、固定操作性等缺点，学生在接受教育的过程中，对实验教学的兴趣不高，实验教学的质量和教学效果也不能达到培养高质量微生物学人才的要求。因此，在现阶段信息技术发展的背景下，需建设微生物学虚拟仿真实验平台来提高学生的学习质量和效率。

1构建微生物虚拟实验模型

虚拟实验模型是构建微生物虚拟仿真实验平台的基础，也是學生能在虚拟仿真实验平台中开展真实化实验的基础，因此，一定要构建良好的微生物虚拟实验模型。在微生物虚拟仿真实验中，主要涉及的实验设备及材料有酒精灯、培养皿、接种环、实验台、药品柜、超净台以及药品柜中的各种药品等，这些都是学生在进行微生物实验过程中必须使用的，所以相关技术人员在构建虚拟仿真实验平台时，应该将其展示出来，并且在系统中明确相关使用方法、注意事项以及具体功能。构建微生物虚拟实验模型能从两个角度进行，首先是构建全仿真模拟的实验流程背景，其次是仅针对实验步骤构建仿真模拟实验背景。第一种难度较大，但是相对真实，可在实验平台中构建仿真实验环境以及操作动作，如果学生需要指挥自己的虚拟人物来回取药或者取用实验器材，这种虚拟模式能帮助学生切身体会到具体实验中的各种动作。但是这种虚拟模拟形式和第二种虚拟实验形式对学生的知识教学效果是接近的，所以现在大多数微生物虚拟仿真实验平台采用的都是第二种模式，即只需将实验过程以及实验结果进行仿真模拟展示的平台构建模式。

相关技术人员需要使用计算机编程技术将实验图形元素设置内部实验逻辑，或者技术人员可以使用Flash、3DMax等动画制作软件来实现实验元素的构建。技术人员使用动画软件构建相关实验元素的难度较低，更容易实现，缺点是相关视频或者音效具有一定的模拟性，所以不能带给学生更真实的实验过程。在现阶段信息技术和虚拟现实技术的发展背景下，技术人员可以使用3D拍摄设备在真实的实验室中取材，进而在仿真虚拟实验平台中构建1∶1还原的实验室以及内部实验元素。同时，技术人员可以应用虚拟现实技术对实验元素的功能进行设置，如技术人员能针对酒精灯设置点燃、加热等常见的功能，这样学生在实际使用时，就能对实验材料实施点燃操作或者加热动作，通过设置的时间功能实现接近真实实验结果的效果。这样不仅能显著提高学生的实验体验感，而且在虚拟仿真实验平台进行实验时，能有效提高学生的学习质量和效率，培养学生良好的创新能力和实践能力。

2整合教学资源，构建综合性和设计性相结合的虚拟实验平台

在不同的虚拟仿真实验平台构建过程中，技术人员应结合不同的教学内容进行构建。在微生物实验中，不同的教学内容所涉及的实验元素不同，所以构建的主要实验元素应该也不同。同时，在微生物实验过程中，涉及的各种实验变化也不同，如果设置统一的虚拟实验平台，难度非常大，因此，要整合教学资源，构建综合性与设计性相结合的虚拟实验平台，以此满足不同教材版本的实验教学需求[1]。

技术人员应该按照实际的微生物实验教学大纲、教学目标以及实验要求，将相关实验需要用到的部件、反应过程数据、教学视频和音频、课件、图片数据等导入虚拟实验平台，帮助学生构建更加真实的实验场景，帮助教师构建更加完善的教学平台。通过这种微生物虚拟仿真实验平台的学习，能有效提高学生的实践操作能力，使其在仿真的实验过程中掌握实验思路，加强自己对微生物学相关知识的认识和掌握。

在实际的微生物实验项目中，有一些实验需要耗费的时间较长、实验步骤复杂、实验反应速度慢，也有一些实验碍于具体的实验场地、技术、设备等条件的限制，不能开展真实的实验学习活动[2]。鉴于这种限制，往往个人是难以完成这种实验的，而技术人员能根据不同类型的综合实验的限制，设置不同的虚拟仿真模拟条件，比如对于“土壤中淀粉酶产生菌”的筛选实验，就能使用这种技术方式帮助学生实现个人独立完成实验的目标。技术人员能将该实验的整体内容分解成不同的实验单元模块，这样学生在虚拟平台中就能看见整个实验过程以及实验结果，进而掌握更多的理论知识。此外，教师能在平台中发布虚拟实验任务，通过这种方式，让学生积极参与教师的课题研究，帮助学生了解微生物学的前沿知识，进而激发学生的学习兴趣。

3构建学习效果反馈以及师生交流平台

对学生的学习效果进行检核，是教师检核自己教学质量的重要组成部分，所以技术人员能结合具体的教学内容构建学习效果反馈以及师生交流平台。随着我国信息技术在教育中的广泛使用，很多教师可以通过虚拟仿真实验平台实现线上教学的目标，帮助学生充分利用自己的课余时间提高自己的专业能力，夯实理论基础。如微生物学专业教师能将相关教学数据以及教学视频上传至虚拟仿真实验平台，同时，教师能在后台数据管理中心查看学生对哪些知识感兴趣、学生做了哪些虚拟实验，进而对学生在学习过程中遇到的重难点问题进行充分了解，最终实现教学目标;技术人员能优化平台内部的教学模式，能在平台内部设置预习、操作、复习等课堂教学流程，这样既能提高教师的教学质量，还能充分激发学生的学习兴趣，最终提高学生的学习质量和效率。技术人员应该重视学习效果反馈功能以及考核功能的构建。教师能通过虚拟仿真实验平台中学生的实践操作对学生的学习效果进行客观评价;技术人员可以结合教师的教学重点，充分检核学生的实验操作，将平时的实验得分作为学生期末学习成绩的一部分，然后教师通过实验教学平台，在最后期末检核时设置大型微生物实验任务，这样既能保证学生平时的学习效果，还能完成对学生微生物实验任务完成情况的考核工作。如教师可以提前在虚拟仿真实验平台中设置期末问卷，并针对学生的回答进行自动批改，对平时的实验操作准备、过程以及结果进行赋分[3]。在最后的期末试卷中设置实验基本原理、技能掌握以及过程相关问题，帮助教师充分了解学生的学习效果，为学生下一阶段的学习提供一定的指导。学生在利用实验平台的过程中，可以根据自己所学知识咨询教师，而教师的答案可以用关键词的形式展示在疑问解答中，这样下一批学生在学习时，就能在数据库中搜索。这种方式可以提高学生的学习质量和效率，减少教师的工作量，帮助教师将精力放在更有意义的教学工作中。

4构建教学评价以及学生评价平台

技术人员应该构建教学评价以及学生评价功能。如技术人员构建教师评价、学生互评以及学生自我评价3个功能板块，通过这3个板块的功能落实，帮助学生清晰地认识到自我学习效果以及实验水平。此外，还能充分发挥教师评价的积极作用，激发学生的学习兴趣，提高学生学习专业知识的质量和效率[4]。这3个评价功能可以设置4个评价维度，分别为学习兴趣、自主学习能力、实践操作能力以及创新性。这4个维度的设置基本体现了教师使用仿真虚拟实验平台的教学目标，所以在功能落实过程中，学生能通过教师的评价了解自己的知识掌握程度，能通过同学的评价发现自己在实验过程中能否进一步提高质量和效率，通过自我评价对自我学习过程进行充分的反思和总结。通过以上方式，学生能进一步提高自己对微生物学相关知识的学习效率，进而提高综合能力。

5结语

虚拟仿真实验平台的出现大大提高了微生物教师的教学质量和效率，同时也降低了珍贵实验资源被浪费的概率。需要注意的是，技术人员在构建虚拟仿真微生物实验平台时，应该结合教师具体的教学目标以及教学内容进行设计，以切实提高学生的综合能力。