虛擬仿真平臺在實驗教學改革的應用

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自2013年國家教育部高教司發文在全國構建國家級虛擬仿真實驗教學中心以來，虛擬仿真教學在醫學高等院校的應用研究已逐漸成為一個熱點［1］。新型冠狀病毒肺炎疫情的暴發促使全國開展了全民在線教學，也為虛擬仿真平臺在高校線上教學中的應用提供了機遇與挑戰。組織學與胚胎學實驗作為醫學專業基礎課程教學中的重要組成部分［2］，可以加深學生對理論知識的理解與運用，鍛煉學生的空間想象能力，增強學生的實踐能力與創新精神。本研究將虛擬仿真實驗平臺、直播平臺、慕課學習平臺等應用于實驗課程，實現了移動學習，使實驗教學不再受到時間和空間的限制，對在疫情及后疫情期間進行實驗教學、改革教學模式、提升教學質量有著重要作用［3］。

1虛擬仿真實驗平臺的優勢

模擬仿真，立體直觀?；谔摂M仿真實驗平臺開展實驗教學，學生可以充分獲取虛擬環境所蘊涵的各種空間信息［4］。同時，一些因危險度高、耗時較長、材料獲取困難、高成本等因素導致的日常難以開展的實驗也可以通過虛擬實驗完成，對提高專業知識、激發學習興趣、增強學習體驗具有重要意義［5］。個性學習，自主靈活?；谔摂M仿真實驗平臺開展實驗教學，可以打破時間和空間的限制，實現以學生為中心的個性化、碎片化、自主化學習，充分發揮互聯網時代下數字化資源的優勢，更好地促進教育公平和教育均衡發展。擴充內容，改變教學。虛擬仿真實驗可以為學生提供更豐富的實驗資源與環境，緊密貼合科學前沿，拓展學生的視野及知識面。同時，虛擬仿真實驗平臺的應用也可以改革傳統教學模式，加入設計性實驗項目，提高學生的創新意識與創新能力。除上述優勢外，虛擬仿真平臺還可具有在線共享、在線評價、加強師生交互、操作安全、節約資源等特點，學生可反復多次的進行實驗操作，加強學習效果。

2醫學虛擬仿真實驗平臺應用現狀

2019年教育部在教育信息化和網絡安全工作要點中表示：要加快推進示范性虛擬仿真實驗教學項目建設，推動虛擬現實在教育教學中的深入應用。目前，國內百余所高校入選國家級虛擬仿真實驗教學中心，逐步建立健全相應的虛擬仿真平臺。隨著高校及社會上虛擬仿真實驗平臺的建設日益完善，“互聯網+教育”時代的到來，近幾年相關研究熱點也有從平臺的開發建設向基于虛擬平臺開展的“智慧教育”，實現虛擬仿真教學與教育信息化技術的深度融合轉變的趨勢，虛擬現實的研究逐漸趨向于創新融合發展［6］。

3虛擬仿真實驗平臺在組織學與胚胎學實驗線上教學的應用

3.1教學設計

從知識傳授、能力培養和價值引領3個方面設定教學目標。使學生不但能按照科學的步驟觀察識別微觀結構，也能科學利用信息化資源有效獲取知識，提高自學能力、實踐能力和創新精神，以德育人、以文化人，培養適應社會發展的高綜合素質醫學人才。以混合式學習為教學理念，以自主學習為手段，以虛擬仿真平臺為工具，“以學生為中心”，進行教學設計，開展線上教學，實施“以學生為主體，以教師為主導”的線上教學（圖1）。

3.2教學效果

課程運行期間，結合課堂表現與調查問卷結果，從專業知識、綜合能力、課程滿意度調查幾個方面分析教學效果。選取2019級本科護理學專業41~48班共264名學生作為研究對象。以隨機抽選的一次教學內容為例，對隨堂測試及課后作業統計可見：83.3%的學生隨堂測試成績在60分以上，61.2%的學生隨堂測試成績在80分以上；86.2%的學生課后作業成績在8分以上（圖2）。調查問卷結果顯示，線上教學與傳統教學相比具有更好的師生交互、課堂氣氛、學習興趣與學習效果（圖3A）；學生的自學能力、思考能力、提問能力、表達能力都獲得了提高（圖3B）。82.35%的學生認為使用虛擬平臺更有利于理解切片整體結構；半數以上的學生愿意返校后繼續使用線上模式學習本課程，也贊成將本模式應用到其他實驗課程（圖4）。

3.3教學反思

基于虛擬仿真實驗平臺開展的組織學與胚胎學實驗線上教學，貼合形態學科的“教”“學”需求，克服了傳統教學中典型的組織切片獲取困難、長時間使用顯微鏡體驗感差等問題，適合組織學與胚胎學的實驗教學［7］。以解決問題的方式指導學生進行探究式學習，結合環境逼真、資源日益精細的虛擬平臺，充分的調動了學生的活躍度和積極性，也提高了學習興趣及學習效果［8］，鍛煉培養了學生的思維辨析能力、自學能力、表達能力及溝通能力，“同質高效”地完成了線上教學。自古有言，“授人以魚不如授人以漁”。教師不應僅僅教會學生有限的專業知識，更應該傳授學生學習的能力。通過對教學效果分析顯示，學生能夠完成預設目標，也掌握了自主學習的方法，綜合素質得到提高，師生雙方都在教學過程中不斷反思、進步。

4存在問題

4.1學生動手能力有待提高

基于虛擬仿真實驗平臺開展組織學與胚胎學實驗，學生不必使用顯微鏡就能觀察切片，雖然學習體驗有所改善，但學生使用顯微鏡的技能也隨之下降，不利于提高學生的實際操作能力。

4.2實驗結果過于理想

虛擬平臺中所顯示都是精選出的結構典型、染色均勻的切片，而現實的組織學與胚胎學實驗過程中，由于切片來源及制片技術的不統一，觀察的切片結構會呈現很多不同之處，學生在進入臨床工作后看到的切片也是如此。因此，虛擬平臺的使用不利于培養學生對不典型的切片結構分析、應對的能力。

4.3其他線上教學存在的問題

調查問卷顯示：雖然98.4%的學生可以完成課前預習，但其中67.7%的學生需要教師發布課前任務進行督促；也只有17.65%的學生每周自主使用虛擬平臺學習時長能達到1小時以上。網絡的不穩定性、遠程溝通的距離感、長時間看手機的不適感，這些也都是線上教學需要克服的問題。

5應對措施

5.1虛實結合、以虛促實

虛擬實驗和實體實驗都是教學信息化背景下培養創新人才不可分割、相互補充的兩個方面，必須堅持虛實結合［9］的原則進行教學設計。學生通過虛擬平臺預習實驗內容，理解典型切片具備的結構特征；在實驗課中動手操作練習顯微鏡的使用，通過真實切片的觀察發現問題，提高動手能力、思考分析能力及自主識片的能力。以虛擬仿真平臺作為一種重要的輔助手段，達到以虛促實的目的。這在解剖學、組織學課程教學中尤其有其優勢[10-12]。

5.2建立健全評價體系

“互聯網+教育”背景下，教師更需要做的不是填鴨式的灌輸知識，而是通過信息化教學手段，督促學生學習，進而提高學習的主動性。結合形成性評價及終結性評價，全方面、多角度的評價學習過程及學習效果。加強過程管控，將教學監控從“掛在口頭”轉為“落到實處”，教師要及時將課前任務完成情況、課堂出勤、隨堂測試及課后作業成績反饋給學生，激勵學生的學習動機［13］。同時也需要社會、學校、學習小組及個人等多方面、多角度的督促。

5.3加強虛擬資源共建共享

虛擬資源的建設需要大量人力、物力、財力的投入，加強校企及校際間的共建共享機制，不但能促進教育公平、提高教學質量，也能避免資源浪費。虛擬平臺的構建，也能進一步促進相關課程間的整合。在教學過程中將相關課程如人體解剖學、組織胚胎學與病理學進行整合，有助于學生理解相關內容、形成更加科學的知識體系。但如何建設可以滿足不同高校人才培養目標和現實情況的虛擬平臺，如何進行設計、建設、評估、使用，需要進一步思考。總而言之，基于虛擬平臺開展的組織學與胚胎學實驗教學較傳統教學模式有利有弊，但是，我們必須要意識到基于移動終端的智慧教學在以后的教學模式中必將占有一席之地。未來的教育，必然是基于網絡環境、更加開放、更加人本、更加可持續的教育，這就要求我們要更新教育理念、把握發展重點、提高能力素養。機遇與挑戰共存，高校教師要敢于接受時代的挑戰，順應發展的潮流，通過合理的教學設計開展教學改革，使醫學實驗教學模式更加多樣。

作者：魏慧平 周薇 李勇莉 單位：新鄉醫學院三全學院組織學與胚胎學教研室