新农科背景下动物医学虚拟仿真实验教学平台建设与思考

郑一民，黄钦华，苏接瑜，许惠艳，王晓晔

（广西大学动物科学技术学院，广西 南宁 530004）

1 引言

“新农科”建设以强农兴农为己任，积极培养创新型农业人才，是当前我国涉农本科专业改革的重要指南。习近平总书记给全国涉农高校的书记校长和专家代表回信则为新农科建设指明了前进方向，提供了根本遵循和行动指南。

动物医学是我国农业科学的重要组成部分，也是医学的一个分支。在新农科背景下，动物医学专业在研究对象、研究领域、研究方法、培养体系和社会需求上不断丰富拓展，这要求培养的学生必须具备扎实的基础知识、广阔的视野和创新能力。然而，传统的动物医学试验受制于教学资源不足、成本高等诸多因素，线下开设难度大，这在一定程度上影响了高素质动物医学人才的培养。

虚拟仿真实验教学是课程建设与信息技术深度融合的产物，在很大程度上可弥补传统实践条件的不足。对虚拟仿真教学平台的建设与应用研究也成为目前高等教育领域的焦点。

本文对广西大学动物科学技术学院虚拟仿真实验教学平台的构建进行概述，旨在为新农科背景下动物医学类专业试验教学的改进、提高和发展提供参考。

2 动物医学专业试验教学现状

动物医学专业是一门技术性和操作性很强的专业，培养的学生具备扎实的专业知识的同时还需要进行长期大量的临床实践和技能学习。而很多试验教学课程的完成必须在实验室进行，学生也只能在规定的时间和地点进行试验操作训练。但受试验资源和试验成本的限制，很多涉及高危或高成本、高消耗的试验项目无法开展，如一些高致病性病原微生物试验、放射性和剧毒类物质试验的开设对试验条件要求高；某些分子生物学试验开设要求的设备昂贵、试验动物缺少、试验试剂耗材价格过高等。这些都导致了该专业学生在操作技能训练中得不到足够练习，创新意识不足已经成为制约动物医学人才培养的瓶颈。

3 动物医学虚拟仿实验教学平台的建设背景和思路

随着科技的不断进步，以人工智能、AR/VR、云计算为代表的现代信息技术的出现，为建设虚拟仿真实践教学资源提供了全新的手段。2013年，教育部开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作，要求将虚拟仿真技术引入到本科实践教学。

立足人才培养，从本科教学需求出发，以提高学生实践能力和创新能力为宗旨，以校企合作为抓手，以信息化试验教学资源建设为重点，以试验教学资源的共享为核心，以现代化的学校信息平台为依托，以规范的管理和运行机制为保障，以“共建、共管、共享”为原则，在虚拟仿真实验项目的建设上，把涉及高危、极端、不可逆试验的操作虚拟化，把高成本、高消耗的实验项目虚拟化，把一些大型或综合训练及现有试验实训条件不足的试验项目虚拟化，以达到本科专业人才培养目标和试验教学大纲的要求。此外，平台积极探索“校—企合作、校—校合作”的新模式和新途径，共建开放共享团体，搭建虚拟仿真实验教学资源共享平台（简称“平台”），逐步建立起可持续发展的虚拟仿真实验教学服务体系。

4 动物医学虚拟仿真实验教学平台建设的资源和管理

广西大学动物科学技术学院高度重视试验教学与现代信息技术的深度融合，以试验教学资源建设为重点，积极加大试验教学信息化建设力度和虚拟仿真实验教学平台建设力度。早在2013年，学院与成都泰盟科技有限公司合作建设了首个VBL-100虚拟仿真实验项目，该项目涵盖动物生理学、动物药理学等课程的试验教学内容。主要包括家兔动脉血压调节及药物的影响、家兔失血性休克、家兔急性高钾血症及抢救、家兔血压的调节、蛙心灌流及药物对离体蛙心的影响、给药途径对药物浓度的影响、家兔呼吸运动的调节、家兔急性肺水肿、刺激强度与肌肉收缩反应的关系、刺激频率与肌肉收缩之间的关系、影响尿生成的因素及利尿药的作用、药物对大鼠离体心脏功能的影响、药物对动物学习记忆的影响、急性心力衰竭、胸膜负压的观察、神经干动作电位引导、减压神经放电、大脑皮层诱发电位记录、消化道平滑肌的生理特性、蛙心起搏及起源分析、药物急性毒性试验、药物剂量对药物血浓度的影响、ABO血型等试验项目。至今，学院通过以购置引进、校企合作联合开发及科研成果转化等形式加大了虚拟仿真实验教学资源的建设力度，搭建了形态学数字化教学模块、机能学虚拟实验模块、分子生物学虚拟实验模块、试验动物操作技能仿真训练模块、试验仪器设备虚拟实验模块和PBL教学模块等六个高水平的虚拟仿真实验教学模块，形成了涵盖动物生理学、动物组织胚胎学、动物解剖学、动物病理学、动物病理生理学、动物药理学、动物传染病学、动物寄生虫病学、动物繁殖学、分子生物学等多个动物医学虚拟仿真实验教学资源的虚拟仿真实验教学平台。

为保障规范有序的运行，平台实行主任负责制下的统一管理，全面实现虚拟实验室全天候开放和网络化管理，形成资源共享、集约高效的实验室管理运行模式。依托学校制定的教学质量保障和监控体系，平台坚持“管理机制—质量体系—评估制度”三维并举，保证实验室“以人为本、高效集约”的运行，制定了切实可行的管理制度，建立了现代化的网络信息管理平台，保证了动物医学虚拟仿实验教学平台的规范、有序运行。

同时，学院成立了动物科学虚拟仿真实验中心工作小组，由主管教学和试验的副院长担任组长，试验中心常务副主任担任副组长，成员由试验中心老师和企业管理人员等组成。工作小组负责对中心建设的规划，试验、实践教学质量检查与教学督导，并对科研、科学管理与试验技术人员的业务学习和培训等重大问题进行研究；依托学院教学督导组，对虚拟仿真实验教学实施教学质量检查与督导，对中心的试验教学进行检查监督，及时向教学工作委员会反馈试验环节中存在的问题和建议，有效地保证虚拟仿真实验教学试验教学质量。

5 动物医学虚拟仿真实验教学平台特色与创新

平台网络访问为B/S构架，设计的用户界面用以适应不同移动终端，方便用户在手机上、平板电脑上进行相应的操作，虚拟教学内容视频化、三维化、网络化、虚拟化，增强互动性和多感知性，学生可在任意移动终端访问虚拟中心，学习平台资源，在平台完成考试等，学生不再需要固定的时间去学习教学内容，也不必固定在具体的教室完成相关的教学过程，扩展了学生学习、考试、答疑等互动式学习的时间和空间范畴，拥有极好的用户体验，提升学生学习兴趣，取得了良好的教学效果。

平台的建成解决了很多动物医学专业真实试验教学无法开展的问题，比如一些耗时、过程较长的试验；涉及病原微生物和放射性元素方面的高危试验；由于教学经费、设备不足或动物伦理等因素，有部分试验需要用到昂贵大型精密仪器和耗材，或用到大量试验动物的试验；临床手术难度大，操作复杂的试验，比如瘤胃切开术、剖腹产手术等。在开展虚拟实验过程中依照以虚补实、虚实结合原则，重点培养学生的实践能力和创新能力，把平台建设成高素质动物科技人才的培养基地。

平台的建成改变了传统的试验教学模式，探索出了新型的虚拟实验教学模式，例如动物解剖学试验，以各种虚拟动物器官为中心的教学模式，从动物解剖学、动物组织胚胎学、动物生理学、动物病理学和动物遗传学等核心课程多角度描述器官的功能，便于学生构建完整的知识体系。

6 依托动物医学虚拟仿真实验教学平台取得的试验教学成果

依托动物医学虚拟仿真实验教学平台，近几年学院试验教学取得丰硕成果，例如，学院学生自行组织开展动物标本制作的课外科技活动，在教师的指导下，学生利用课余时间进入虚拟实验室和动物标本制作室进行科研训练和动物标本制作，制作的标本曾多次获得了广西大学生挑战杯大赛奖。活动开拓了同学们的创新意识，提高了同学们的综合能力。此外，组织学生在“生泰尔”杯全国动物医学类专业技能大赛中屡获佳绩；在第四届全国大学生动物科学技能大赛中获得团体二等奖和生态牧场规划设计单项二等奖的佳绩，在第三届全国渔菁英挑战赛中喜获二等奖、三等奖，在“强国”杯第五届牛精英挑战赛奶牛组二等奖、肉牛组三等奖；“畜禽人工授精虚拟仿真教学实验”课程获得第三批国家级一流本科课程（虚拟仿真实验教学课程）等。

7 结语

新农科背景下，加强动物医学专业虚拟仿真实验教学平台的建设，有利于提升新时代动物医学类专业人才培养质量。虚拟仿真实验教学平台为学生创造安全的试验操作环境，是传统试验教学的重要补充，未来将继续补充虚拟教学资源，改进、优化和提高平台的实用性，对进一步提升一流本科专业的人才培养质量和一流学科的建设具有积极意义。