高校细胞生物学实验课程数字资源库建设探究

孙虎男 韩英浩

摘要 数字化实验教学是高校细胞生物学实验课程教学方式发展的趋势之一，数字资源库的建设是支撑数字化实验教学的重要手段之一。本文分析了细胞生物学实验课程的教学现状，提出了高校细胞生物学实验课程数字资源库建设的建议与方案，为高校细胞生物学实验课程的建设提供参考。

关键词 大数据；高等农业院校；细胞生物学实验课程；数字资源库

中图分类号 G647.38；Q2-4 文献标识码 A

文章编号 1007-7731（2024）03-0115-03

细胞生物学是生命科学的前沿学科之一，是高等农业院校的重要基础课程。细胞生物学是实践与理论高度统一的学科，其实验课程对于培养和提高学生的学习能力具有重要作用。随着大数据、云计算等行业的兴起，网络直播课、云教学和视频公开课等教学模式被不断开发和利用，推动了学校教育模式改革，线上线下相结合的教学模式已经成为高校课堂教学的常态。在细胞生物学课程教学改革中，学者们进行了多元化、5S管理模式以及多方位优化方法等教学模式的尝试和研究，促进了细胞生物学实验课程的发展。实践中，细胞生物学实验教学课程要求具有特殊性，其网络教学模式难以满足学生对实验原理和操作过程的掌握需求。为提高细胞生物学实验课程的教学效果，本文分析了该课程的教学现状，提出了高校细胞生物学实验课程数字资源库建设的建议，为高校细胞生物学实验课程的建设提供参考。

1 高校细胞生物学实验课程数字资源库建设基本情况

1.1 细胞生物学实验课程建设现状

高校细胞生物学实验课以“夯实基础、注重素质、提高能力、瞄准创新”为原则，以培养高素质的专业人才为主要目标，对于培养学生独立思考，并科研创新的能力具有重要作用。该课程在学生的学习过程中起着至关重要的作用，其与实际操作结合，可深化学生对理论课程的理解，增强学生的动手能力、实践能力以及理性思维能力等，提高学生的实验操作技能和科学素养。在教学过程中，教师需要明确课程安排和授课内容，并根据实验课程的教学目标和学生发展的实际需求合理安排实验内容，以提高学生综合素质，培养社会需要的应用型人才。同时，良好的实验环境是实验课程开展的重要基础。实验设备和实验材料须满足教学需求，及时更新和维护实验室的设备和材料，保证学生在安全的环境中进行实验操作。

实践中，高校细胞生物学实验课程存在发展短板，主要体现在以下几个方面。首先，有限的实验室资源和教学设备在一定程度上限制了实验教学的开展，且部分实验操作耗时、耗材，教学效果不够理想。其次，部分传统的实验教学过程中可能存在安全隐患，给实验教学带来一定的风险。最后，在传统的实验教学方式下，部分耗时较长的实验教学难以在课堂上完整完成，学生对实验操作细节掌握程度有限，从而影响实验结果的准确性。细胞生物学的研究内容广泛且复杂，对于实验教学的要求也日益提高，因此，需要确立更加专业化的教学内容，并优化教学方法。

1.2 数字资源库实验教学优势

数字化实验教学是高校细胞生物学实验课程教学方式发展的趋势之一，不仅可以为学生提供更丰富、更具挑战性的实验内容，还可以为教师提供更多的教学辅助功能。数字资源库的实验教学优势如下。首先，数字资源库可以提供更加丰富和灵活的实验教学内容。数字资源库收录了大量的实验教学资料和研究成果，使学生可以更加方便地获取实验资料。数字资源库中的实验内容更加灵活、多样，满足学生的不同需求和兴趣。其次，数字资源库可以提供更加便捷的实验教学方式。学生可以在任何时间和地点，通过数字资源库进行学习，提高了实验教学的灵活性和便捷性。同时，数字资源库还可以通过在线交流和互动的方式促进师生之间的交流和合作，提高实验教学效果。最后，数字资源库可以提供更加安全和可靠的实验教学环境。数字资源库可以通过虚拟实验等方式模拟实验过程，从而减少实验操作过程中产生的安全隐患和潜在风险。因此，数字资源库在细胞生物学实验课程中的应用，将进一步提高实验教学的质量和效果，为细胞生物学实验教学带来更多发展机遇。

2 数字资源库在实验教学中的应用

2.1 数据分析和挖掘

在建设数字资源库的过程中，可以收集和整理大量的实验数据，并利用数据分析和挖掘技术，为学生提供更深入、全面的实验教学内容。实验数据的处理和分析是数字资源库的重要应用之一。学生在实验过程中产生的数据可以通过数字资源库中的软件进行处理和分析，提高数据处理的效率和准确性。立体化地分类、比较、统计和分析数据，可以帮助学生更好地理解实验原理，掌握数据处理技能，提高实验设计和数据分析的能力。

2.2 传统教学与技术相融合

数字化实验教学能推动科研与教学一体化，提高学生的科研能力。在数字化实验教学平台上，学生可以自主选择实验课题，并在资源库中获取相关资料进行实验设计，这不仅能提高学生的自主学习能力，还能培养其实验设计能力。同时，学校可以在数字化实验教学平台上发布相关的研究进展和成果，为学生提供最新的科研信息，激发学生的科研兴趣和热情。教师可以通过数字资源库提供的实验视频、图表等资料来辅助教学，使实验过程更加直观和生动，帮助学生更直观地理解实验内容，提高实验效率。

2.3 移动学习与虚拟现实技术相结合

数字资源库有助于解决部分高校实验设备的不足问题。利用数据资源库进行虚拟实验模拟，使学生在条件受限的情况下进行实验操作，从而提高实验操作能力和实验设计能力。移动设备和虚拟现实技术可以为数字化实验教学提供更便利、真实的学习体验。一方面，学生可以通过手機应用或移动端网页随时随地进行学习和实验操作；另一方面，利用虚拟现实技术，可以创建虚拟实验室，让学生在数字虚拟环境中进行实验，增强实验教学效果。

2.4 人工智能教学与评测

人工智能技术可以为实验教学提供智能化的辅助和评测功能。学校可以利用人工智能技术，创建智能化的实验操作系统和教学辅助工具，让学生在实验过程中得到全面、精准指导和评测。人工智能技术还可以为学生提供个性化的学习内容和效果评测，帮助学生更好地掌握实验知识。

3 数字资源库的建设方案

3.1 建立数字化实验教材库

建立数字化实验教材库，整合实验教材、指导书、视频和图片等相关资源，给学生提供独立的学习空间。同时，采用云存储技术，将资源库的访问权限分配给学生，方便学生学习和使用，提高资源获取的便捷性、时效性。

3.2 开发虚拟实验平台

开发虚拟实验平台，模拟实验操作过程，让学生在虚拟环境下进行实验操作，达到实验教学的目的。同时，虚拟实验平台还可以丰富实验内容，提高学生的实验操作技能，增强学生的实验教学效果。

3.3 开展数字化实验教学

教师可以通过线上平台和微信群等方式开展数字化实验教学，为学生提供在线辅导和答疑服务。同时，教师还可以通过视频的方式，讲解实验原理、方法和技巧等，帮助学生了解实验操作过程，提高学生实验操作技能。开设相关数字化课程，可以提供相关教材，提高学生信息素养和数字化应用能力。

4 数字资源库的整体设计

数字资源库主要分为2个部分：前端和后端。前端主要包括网站的设计和实现，后端主要包括数据库的设计和实现。前端和后端之间通过接口进行交互。

4.1 前端设计

前端采用响应式设计，以确保用户能够在不同尺寸屏幕的设备上访问网站。前端主要采用HTML5、CSS和JavaScript技术。主页展示部分基本信息，如数字资源库介绍、使用方式以及实验教育资源。同时，在该页面设置搜索栏，用户可以通过输入关键字搜索资源。

资源列表提供所有可用资源的概述，并给出资源的元数据（如资源类型、作者、发布日期、关键字和主题等）。用户可以使用过滤器进一步缩小搜索范围。單击资源页列表中的任意资源，将导航到详细信息页，该页面将提供有关该资源的详细信息，包括资源的描述、教学用途、资源类型、作者、发布日期、关键字和主题。此外，该页面还包含实验数据和注释。上传资源的页面将允许用户将自己的资源上传到数字资源库中。在此页面，用户需要填写必填字段，如资源类型、作者、发布日期、关键字和主题，同时可以选择上传资源的数据类型和数据来源。

4.2 后端设计

后端部分使用MySQL数据库管理系统，将所有元数据和实验数据进行存储。数据库的设计根据实验数据进行分配，所有数据均需要分类存储。对于元数据和实验数据，分别分配不同的表。在每张表中，所有对应的测试选项（如实验数据类型、用途、作者和出版日期）都作为一个抽象的字段。

4.3 接口设计

前端和后端之间采用自定义APIs 的方式实现。后端将使用Flask框架作为API的主要工具，用来设置API路由和处理请求。同时，增加身份验证机制，确保数据安全。

5 结语

在大数据时代，数字资源库成为教育领域的重要组成部分之一。本文分析了细胞生物学实验课程教学现状，提出了高校细胞生物学实验课程数字资源库建设的实践，为高校细胞生物学实验课程的建设提供参考。

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（责编：王 菁）

基金项目 黑龙江八一农垦大学教育教学研究课题“大数据背景下的细胞生物学实验课程数字资源库的建设研究”（NDJY2240）。

作者简介 孙虎男（1978—），男，吉林和龙人，博士，副教授，从事细胞生物学研究。

收稿日期 2023-11-06