基于虚拟仿真的线上线下混合式教学模式——以甲壳动物实验及实习为例

何玉慧 甘 炼 陈世俊 孙际佳

甲壳动物增养殖学是研究甲壳动物，尤其是经济虾蟹类生物学知识和生产技术的一门学科，是水产养殖专业必修的专业课之一，具备极强的理论性、技术性和实践性。甲壳动物实验及实习课程教学是培养学生理论联系实际能力的重要途径，是培养学生实践创新能力与综合素质的重要手段。通过对该门课程的学习，学生可了解甲壳动物增养殖的意义，掌握甲壳动物生物学、分类学、育苗和养殖管理技术等，提高实践动手能力、创新思维能力以及运用所学知识分析和解决养殖领域实际问题的能力，为今后从事虾蟹类养殖、科研和生产服务打下坚实的基础[1-4]。

一、当前实验课程教学存在的问题

目前，甲壳动物实验及实习课程内容主要包括以下两方面：第一，甲壳动物解剖和分类；第二，水体中不同钙、镁比例对南美白对虾淡化养殖的影响。实验的主要目的是使学生了解常见甲壳动物的形态特征，认识常见甲壳动物经济品种，学习南美白对虾淡化养殖技术，深入理解水产养殖技术原理。通过课程教学实践、调研及反馈，本课程教学尚存在三方面不足。

第一，实验教学内容简单。本门实验课程包括验证性（甲壳动物形态学观察及解剖）、综合性（甲壳动物分类）和设计性（不同钙、镁比例对南美白对虾淡化养殖的影响）实验项目。通过开展实验，学生能初步掌握甲壳动物的生物学特性。但在实际生产应用中，甲壳动物养殖技术环节繁多，涉及人工繁殖、苗种培育、饵料培养、养殖管理和水质监测等。学生在室内开展养殖实验时，只能简单地体验对虾养殖的部分过程，缺乏对养殖全程操作流程的学习、观察与实践，难以对甲壳动物增养殖形成深入、全面的理解。因此，现有的教学内容难以完全满足本课程的教学需求。

第二，实验教学模式单一。在实验教学过程中，首先由教师对实验内容进行讲解，随后学生根据课程要求开展实验，教师进行课堂指导。实验教学整体上存在以教师讲解为主、学生积极性不强、教学方法陈旧等问题。经常有学生对实验原理理解不到位，导致在开展实验的过程中错误百出，对实验效果造成了严重的影响。因此，如何更好地利用现代信息技术，创新教学手段，优化教学方法，打通“教”与“学”之间的壁垒，提升学生对实验课程的学习兴趣，调动学生的积极性，激发学生的创新思维，提升课堂教学效果，值得我们研究与探讨。

第三，实验评价考核固化。传统的实验课程考核以考勤、课堂表现和实验报告为依据，考核方式单一，成绩区分度较小。由于课堂上教师的精力有限，不能时刻监督每位学生的实验情况，因此课堂表现的评判在一定程度上缺乏公正性。此外，因教学资源有限，实验一般为两个人一组，使得部分学生存在懈怠心理，不愿意动手操作，忽视实验过程，只看重实验结果，将重心放在实验报告的撰写中，导致沟通协作能力、动手能力、分析和解决问题能力、理论联系实际能力得不到有效提升，人才培养质量与培养目标之间存在一定的差距。

基于以上问题，为了适应社会经济发展需求，培养理论知识扎实、实践动手能力和辩证思维能力强的复合型水产人才，实现行业需求与人才培养同频共振，促进甲壳动物养殖业乃至水产养殖业的高效、可持续发展，迫切需要对该门实践课程教学进行改革与创新。

二、基于虚拟仿真的线上线下混合式教学模式改革

随着信息化技术在教育领域的深度应用，以MOOC（慕课）、虚拟仿真实验为代表的在线开放课程和实验项目发展迅猛[5-6]。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》提出“加快教育信息化进程”的战略措施，所以高校应利用在线教育的优势，推动在线教育资源的开放及应用。由于受到新冠肺炎疫情的影响，全国高校停止线下教学的情况时有发生。为了实现“停课不停学”的目标，各高校充分挖掘网络教学资源，积极开展在线教学活动，以保障教学进度的平稳推进。由此可见，打破传统教学模式，利用线下教学针对性强、授课效果佳和线上教学资源丰富、手段灵活的优势，采用信息技术开展“线上+线下”教学，将成为未来教育的主流。

虚拟仿真实验教学依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库、网络通信等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境，具备实验内容多元化、实验过程自主化、能力评价科学化等优点，受到了社会各界的广泛关注[7]。甲壳动物养殖时间跨度长，并且受季节与地域的限制，而甲壳动物实验及实习课程学时短，且实验场地受限，因此本研究依托国家虚拟仿真实验教学项目共享平台，开展教学改革实践，探讨如何将线上资源合理地融入实验课程教学，优化教学内容，创新教学组织形式，开展“线上+线下”教学（见图1），提升实验教学效果。

图1 甲壳动物实验及实习“线上+线下”教学模式

（一）完善实验教学内容， 融合线上线下教学资源

高校应根据人才培养需求，重构实践课程体系，保留内容优质、综合性强的线下实验教学项目，增加优质的线上教学课程资源，优化实验教学内容。

第一，高校可引入符合人才培养目标、切合经济社会产业发展的课程，如对虾人工育苗虚拟仿真实验、河蟹池塘生态育苗虚拟仿真、循环水养殖系统构建虚拟仿真实验等，并有效解决传统实践教学过程中出现的经费有限、学时有限、实验资源和场地有限等问题，促进实验项目科学化、系统化和规范化，使学生全面掌握甲壳动物的主要形态特征和与养殖相关的技术。

第二，教师应合理分配线上与线下实验课程学时，调整演示性、验证性、综合性、设计性实验比例，拓展教学资源，丰富教学内容，使学生掌握甲壳动物基础生物学、分类学等知识，以及人工育苗、饵料培养、养殖管理、水质监测等技术。

（二）创新实验教学方法， 合理利用信息化平台

教师应充分利用信息化平台，创新实践课程“线上+线下”混合联动的教学方法，提高育人水平，并以学院在线学习软件为平台，建设甲壳动物实验及实习微课堂。一方面，教师可以在课前发布实验讲义、教学PPT、图片素材等教学资源，布置预习任务，引导学生带着问题进行预习，了解实验目的、实验原理、实验内容和实验步骤、仪器设备的使用方法，提高课堂教学效率；另一方面，学生可以利用碎片化时间进行学习，并在课后根据自身的知识掌握情况，对薄弱环节进行巩固和复习，提升学习效果。

同时，教师应建立课程微信群或QQ 群，与学生在课前、课中、课后开展交流与互动。第一，在课前，教师可采集学生自主学习过程中遇到的问题，有针对性地设计线下实验教学环节。第二，在课中，教师可开展课堂测验，检验学生的预习效果。第三，在课后，教师要对学生在实验过程中及实验报告撰写中存在的问题进行分析，并对学生存在的疑问进行解答，建立“实验疑问有解答、实验操作有反馈、实验报告有分析”的长效机制，更好地优化实验教学效果。

（三）优化实验教学策略， 培养学生的主体及创新意识

教师应丰富教学手段，树立以“学生实践为主，教师指导为辅”的实验教学理念，将“线上+线下”教学模式与翻转课堂相结合，实施以问题为导向的教学方法。同时，教师还应发挥“领路人”作用，提出问题，引导学生针对问题收集、分析和整理相关资料，并进行课堂汇报，培养学生的主体意识，发挥学生的主观能动性，激励学生开展自主学习，提升学生的资料检索能力、逻辑思维能力和语言表达能力。

教师还可通过线下实验及线上虚拟仿真实验，强化学生的实践应用能力与创新能力，鼓励学生自主开展综合性及设计性实验，运用自动化水质检测仪等智能化设备，统筹水质测定及调控、卤虫培养、饲料投喂、养殖管理等事项，促进学生深入理解甲壳动物养殖的关键点，掌握综合实验设计思路，提高学生自主探索专业理论知识的能力，为今后从事相关生产及研究工作奠定基础，培养真正有能力解决行业痛点问题的应用型、创新型、科技型人才。

（四）改进实验考核机制， 健全评价与考核体系

为了适应新课程内容和教学模式，教师应重构实验课程考核评价体系，注重过程性评价，建立过程性评价方法。教师可构建线上评价和线下评价“两位一体”教学评价机制：线上评价包括签到、问答、测验以及虚拟仿真实验；线下评价包括实验操作、实验报告等。同时，考核项目要全面，内容要翔实、客观，涵盖课前预习、课堂表现以及课后完成情况三个维度，以保障考核结果的客观性、公正性和全面性。通过评价结果，教师可及时了解学生在实验过程中遇到的问题，并给予学生相应的指导，反思实验教学效果，改进教学方法，提高教学质量。

综上所述，本研究依托国家虚拟仿真实验教学项目共享平台，通过在线学习软件、微信群等渠道，采用翻转课堂等教学方法，创建甲壳动物实验及实习课程“线上+线下”教学模式，建立全过程监管与考核评价方法，以解决实验教学中存在的实验教学内容简单、教学模式单一、考核评价固化等问题。同时，还构建了集“自主学习、课堂教学、实践应用、答疑解惑”四模块及“基础认知、巩固提高、综合应用”三层次于一体的实验互动教学体系，以提升实验教学效果，提高学生的综合实践能力，加深学生对甲壳动物养殖产业的理解，培养学生的宏观和前瞻性思维，有效推动高等院校水产类实验课程教学改革，为助力“科技兴农”提供人才支撑。