医学微生物学虚拟网络实验教学平台建设与实践
2017-01-09应牡英黄孝天夏燕华伍亮敬
应牡英, 黄孝天, 莫 冰, 夏燕华, 赵 力, 龙 飞, 伍亮敬, 罗 军
(1. 南昌大学 基础医学院, 江西 南昌 330006; 2. 南昌大学 基础医学实验中心, 江西 南昌 330006)
医学微生物学虚拟网络实验教学平台建设与实践
应牡英1, 黄孝天1, 莫 冰1, 夏燕华1, 赵 力1, 龙 飞2, 伍亮敬1, 罗 军2
(1. 南昌大学 基础医学院, 江西 南昌 330006; 2. 南昌大学 基础医学实验中心, 江西 南昌 330006)
计算机网络和仿真技术的迅速发展使医学微生物学实验教学虚拟网络化成为可能。南昌大学医学微生物学课程是省级精品资源共享课以及校级示范性网络课程。为了进一步丰富医学微生物学实验教学形式和教学内容、增强实验教学的互动性和开放性、培养学生实践创新能力,利用学校现有的网络教学平台,在医学微生物学省级精品网络课程基础上,创建了医学微生物学实验教学虚拟网络平台。总结了该网络平台建设过程中的经验,对平台的建设方案、应用模式及教学特点做了相关介绍。
医学微生物学; 虚拟网络平台; 实验教学
医学微生物学是一门研究医学和病原微生物关系的主干基础课程,是学习临床各科感染性疾病、超敏反应性疾病以及与病原微生物有关癌症疾病的必备理论基础。其课程特点是信息量大、知识点多而分散,重点、难点不易掌握,记忆性知识多而推理性内容少[1-2]。此外,该课程的实验教学对实验室环境要求高,预防生物污染或感染难度大。为满足现代医学培养高素质医学人才的教学需求,在现代信息化教学理论指导下,我们把当前的虚拟网络技术、医学微生物学实验教学内容、医学微生物学创新课题、在线数据库和生物信息学有机地整合在一起,力求构建一种能把培养学生的实践创新能力和现代化信息技术及网络资源相结合的多元化实验教学体系。
1 医学微生物学虚拟网络实验教学平台建设意义
可跨越时空障碍的虚拟网络实验教学平台和传统课堂实验教学相比,能够让学生在学习时间和实验内容的选择上拥有更多的灵活性和自主性[3]。同时,虚拟网络平台所承载的优美图片文字、丰富的视频音频、逼真的动画场景以及与国际前沿同步的网络资源为学生提供了一个多维的学习氛围,超凡的视听效果增强了学生学习的趣味性和知识性,可以最大限度地提高学生的学习效率,激发学生的学习潜能。
在计算机网络和仿真技术迅速发展的今天,现代化的开放式网络实验教学无论在内容上、还是在形成上都为传统课堂实验教学的空白提供了一个及时有效的补充,顺应了当前传统课堂实验教学向多元化实验教学转变的时代需求。网络实验教学平台是将系统用户管理、实验内容管理、虚拟网络实验、教学互动、实验报告管理、考试考核管理、实验成绩管理等各功能单元集成一体的实验教学系统,能够满足传统实验教学由实验室部分向网络平台迁移的需求,是高校建立基于网络的开放式实验体系的基本组成单位[4-6]。目前国内高校已有的医学微生物学网络课程的实验教学内容,大都为文字和图片资料介绍,所提供的实验内容也非常有限,难以满足培养学生研究创新能力的课程教学需求,缺乏师生互动和学生互助合作模块,往往是一种单向的信息传递[7]。
本网络实验教学平台的建设在满足本科生医学微生物学实验教学的同时,也为研究生的实验教学和课题研究提供了平台,增加了网络资源和数据挖掘模块,学生在这个平台可以追踪与自己课题有关的国际研究最新进展,获取公共数据库的数据,并可以下载相关软件进行分析。
2 医学微生物学虚拟网络实验教学平台建设目标
本虚拟网络实验教学平台是以南昌大学网络教学平台为依托创建的网络实验教学平台模块。其目的是:
(1) 利用网络教学的共享性、开放性和自主性,引导学生根据自己的实际情况,突破使用时间和空间上的限制,积极、主动、合理地安排自己的实验;
(2) 利用可跨越时空障碍的网络教学平台超强的人机交互性,引导学生以蚂蚁撼大树的精神,充分、合理地利用自主时间对医学微生物学各个知识点进行自主探究、自由讨论和相互学习;
(3) 利用超凡的视听效果,最大限度地激发学生的学习兴趣和自主能动性,让身心愉悦贯穿学生的整个实验学习过程,让乐趣促进学习,实现学习的游戏化[8];
(4) 构建以现代化实验教学技术为手段、结合传统课堂实验教学优点、利用网络虚拟实验室和学生自主学习为依托的多元化实验教学体系;
(5) 为探索网络环境下学校新型医学微生物学实验教学改革,奠定部分前期工作基础。
3 医学微生物学虚拟网络实验教学平台建设内容
根据医学微生物学网络课程理论教学内容,将医学微生物学实验教学网络平台分为实验室概况、实验导学单元、虚拟网络实验单元、实验室开放单元及实验反馈、评价、交流单元。通过网络实验单元、实验室开放单元、实验专题讨论的交叉关联和统筹设计,构建出实验模式多样、实验目标明确、实验内容充分,并与理论课程知识紧密相连的实验方案,其组织架构如表 1 所示。
表1 医学微生物学虚拟网络实验教学平台建设内容
3.1 网络实验室概况
网络实验室概况主要介绍网络实验室的基本情况、重要通知、组织构架、实验指南以及本组课题研究进展及国际动态,让学生系统地了解病原微生物实验的教学大纲、授课计划、时数、特点、教学目标的同时,也让学生,尤其是研究生能较好地了解本课题组的研究项目及其研究进展,同时也能较好地把握病原微生物国际研究动态。
3.2 网络实验导学单元
实验导学单元是学生对实验初步认知的重要部分,该单元采用下拉式菜单设计,按照五年制医学本科专业(临床、预防、检验、影像、麻醉、口腔等)培养方案,将实验内容分为若干个子栏目,每个子栏目包括实验内容、多媒体课件、教师教案、教学录像和软件应用。其中实验内容是该单元的重点,包括细菌形态与常用细菌染色法、正常人体皮肤上的细菌分布及空气中细菌的检测、细菌感染的检查方法和防治原则、细菌的特殊结构观察、致病性细菌形态观察、致病性球菌的分离培养与鉴定、致病性杆菌的检测与鉴定、致病性细菌的耐药性检测与机制探讨、物理消毒与灭菌、真菌形态染色、真菌的培养、病毒的形态学、病毒分离培养及鉴定等,以图片、文字、视频、音频等格式进行存储,并在彼此之间构成合理的交叉链接,在内容上形成有效补充,实验者能够选择与自己每个实验项目相关的内容,为课程学习和实验操作奠定基础。多媒体课件主要是介绍病原微生物学基本操作。教学录像包括教师实验视频录像和部分基本操作教学录像。软件应用主要介绍如何应用生物学软件,其中配有操作视频录像。
3.3 虚拟网络实验单元
本单元包括革兰染色、抗酸染色、致病性菌的分离培养与鉴定以及项目研究等网络虚拟实验项目。这些网络虚拟实验项目的实现过程如下:
(1) 生成虚拟模型。虚拟模型的生成是构建虚拟实验最为基础的一步,一般包括虚拟场景、虚拟仪器以及其他虚拟设施的生成。在病原微生物实验中最常用的显微镜、培养皿、酒精灯、灭菌锅、接种环等,都需要进行虚拟化的三维构建。另外,为使虚拟实验更加逼真,需要为每个实验创造特定的虚拟场景,如接种操作,不仅要动态演示操作过程,还需要将该操作置于超净台中,那么超净台中各种仪器的摆放位置以及比例协调都是在场景布置中要考虑的。
(2) 动态效果的实现。在生成了虚拟模型的基础上,运用Flash、3Dmax等软件将元件、场景、动画、音频等进行融合,以现实实验内容展现在虚拟实验中,构成一系列的虚拟实验的原始数据。这些原始数据经过融合处理所得到的网络虚拟实验综合数据还需要经过网络的方式传输到客户端上。
(3) 动态效果在客户端上的表现。在将网络虚拟实验的融合数据通过网络传输到客户端上之后,客户端上的软件对数据进行再处理,并将场景、动画以及声音等信息通过浏览器显示出来,将实验的场景呈献给用户[9]。
在本单元中,学生在虚拟实验台上亲自动手配置、安装、连接、调节和使用实验仪器设备,按照实验步骤完成典型实验。虚拟实验平台与真实实验平台类似,提供一个器材栏,允许学生根据平台上提供的器材自由搭建任意合理的典型实验或实验系统案例。学生通过在虚拟实验平台自由搭建实验模型,可以培养学生自身的实践创新能力。而典型的真实实验平台通常是由有经验的病原生物学教师精心设计,并要求学生在此基础上进行实验,可满足教师对各层次实验教学的监管需求。
学生通过虚拟实验平台动手操作,对仪器设备功能有了一定的了解,学会了基本实验操作就可以独立或分组设计感兴趣的实验项目,经过和指导教师的讨论,完善实验设计、撰写研究计划并提交项目申报书后,可以申请实验室完成实验。这一部分可以结合实验室开放单元完成。
3.4 网络实验室开放单元
本栏目包括学生实验预约、学生科技创新项目、学生课题研究、国际视野和相关公共数据库链接及生物信息学软件下载。
实验预约栏主要公布开放实验项目、时间、地点、设备资源状况和实验预约等信息,学生可以通过校园网访问实验室开放菜单查询预约结果和更改预约时问。在科技创新栏(主要针对本科生),学生可以结合虚拟网络实验单元开展所申报的科技创新项目研究。在课题研究栏(主要针对研究生),研究生可以结合虚拟网络实验单元,开展自己的课题研究。在国际视野栏,学生可以追踪病原微生物研究的国际前沿及最新进展。利用公共数据库的相互交叉链接并结合自己的研究课题,学生可以充分挖掘公共数据,并利用生物信息学软件结合自己的研究课题进行相关分析。
3.5 网络实验反馈、评价、交流单元
本栏目依托学校网络教学平台中现有的模块整合、增添后形成。原有的作业模块中有“作业模板管理”“作业管理”和“统计分析”栏目,可对学生的实验报告进行管理;“在线测试模块”可管理网络考试考核和实验成绩,增加“在线练习”和“模拟考试”,用于检验学生对每个实验基本知识和操作的理解、掌握程度以及学生的自我检测,实现对实验掌握程度的自我评估;“答疑讨论模块”中已开设“课程论坛”“研究论坛”“常见问题”“自动答疑”和“邮件答疑”等栏目,可进行师生互动、生生互动。
4 医学微生物学虚拟网络实验教学平台的特点
4.1 贯穿“以学生为主体”的教育理念
在使用科技辅助教学的过程中,无论科技如何变化,教育的核心都是学生。在数字化时代的背景下,如何改善学生的学习体验是个重要问题[10]。本网络实验教学平台坚持“以学生为主体”的现代教育理念,构建了图、文、动画等并存的多维学习氛围,提高学生的学习兴趣、激发学生的学习潜能,而且在素材选择、网站菜单设计、实验场景创建、实验内容组织等方面,都是从学生的认知水平和知识储备出发,遵循认知的基本规律,让学生在轻松掌握病原生物学基础理论知识和基本实验技能的同时,引导学生根据自己的研究兴趣,开展自己的项目设计及课题研究。
4.2 渗透“导学式”教学模式
网络课程的学习特点是自由开放, 学习者完全可以根据自己的实际情况灵活选择学习时间和学习内容,控制自己的学习进度。由于医学微生物实验涉及的知识面广、实验操控难度大、实验现象表现形式多样,学生很容易受到信息干扰,影响对实验结果的分析。
在本虚拟网络实验教学平台上设置了导学板块,并将信息线性呈现,相互之间又能以链接方式补充,学生在学习时有的放矢,达到事半功倍的效果。另外学生还可以通过交流单元接受教师的指导,始终在教师的“导”下主动学习,不会因为学习资源的丰富而迷失方向,偏离学习目标,降低学习效率。同时,国际视野让学生学会随时追踪与自己课题研究相关的国际动态,并根据国际研究报道对自己的课题研究做出与之相适应的调整。
4.3 以能力培养为目标
本虚拟网络实验教学平台通过对导航的精心设计,在学生掌握基础知识和基本技能的同时,培养学生的信息搜集、数据检索和软件应用的科研能力。学有余力者还能够独立或合作开展自己感兴趣的实验项目,可以独立或在教师的指导下制订实验方案和完成实验工作。学生不再是被动参与,而是主动参与整个实验过程的课题选择和实验设计,有利于培养学生的自主创新意识和独立思考能力。通过参与科技创新和课题研究,学生的科研素养可以得到比较全面的训练,为学生将来的职业生涯和研究工作打下一个良好的科研基础,奠定一定的学术背景。
4.4 多向互动与反馈
现在很多网络课程都是单向的信息传递,学生或按照教师的设计“直线行走”,或“盲目行走”,学习效果难以保证[11]。本虚拟网络实验教学平台设计了多种互动途径,通过引入虚拟网络实验,创设了一种逼真的虚拟学习空间,使学习者通过人机对话实现交互学习;另外通过嵌入“自动答疑”模块,让学生能够很快找到相关知识点或者教师的针对性解答,实现“人机交互”; 而“课程论坛”“研究论坛”和“邮件答疑”实现了“生生交互”和“师生交互”。教师在此可以了解学生的学习动态,并对学生的提问做出及时反馈。学生之间也可以相互学习交流、帮助和答疑。只有不断地探索,才能更好地生存。
5 结语
本医学微生物学虚拟网络实验教学平台已于2012年开始在我校医学本科生和硕士研究生中试用,并在不断进行完善中。作为现代开放式教学手段, 多元化的虚拟网络实验教学以其独特的优势为学生创造了一个个性化的学习环境,不受时间、空间的限制, 一定程度缓解了当前教师少、学生多、学时少、内容多的矛盾,降低了实验室维护和管理成本,降低了传统课堂实验教学课程开设成本。在实施过程中采取网络课程知识竞赛、网络课程设计大赛、将参与网络课程互动学习作为平时成绩考核指标之一等方式,使学生参与到网络课程教学的设计和实施环节,实现“线上”和“线下”融为一体[12]。
目前,“医学微生物学”网络课程网站访问量达到8万人次,课程论坛已有900条发帖记录,学生讨论热烈。有1 000余名学生完成了课程布置的多次作业。但限于多种影响因素,如人力、物力、财力、时间和能力等,本虚拟网络实验教学平台建设尚存在很多不足,有待在将来的工作中不断完善。
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Construction and practice of virtual network platform for experimental teaching of medical microbiology
Ying Muying1, Huang Xiaotian1, Mo Bing1, Xia Yanhua1, Zhao Li1, Long Fei2, Wu Liangjing1, Luo Jun2
(1. Basic Medical College, Nanchang University, Nanchang 330006,China;2. Experimental Center of Basic Medical Sciences, Nanchang University, Nanchang 330006,China)
The rapid development of computer network technology and virtual simulation makes it possible to construct virtual network platform of experimental teaching of Medical Microbiology. Medical Microbiology courses of Nanchang University are provincial-level excellent resource sharing courses and school-level model of network courses. Based on the network teaching platform in Nanchang University and the provincial-level excellent course of our medical microbiology, the network teaching platform of medical microbiology experiments is set up to further enrich the methods and contents of our experimental teaching, enhance the interaction and the openness of experimental teaching, and cultivate students’ practical and innovative ability. The helpful experience about the platform construction is summarized, and the introduction to its construction scheme, application mode and teaching characteristics is made.
medical microbiology; virtual network platform; experimental teaching
10.16791/j.cnki.sjg.2016.12.056
2016-07-25 修改日期:2016-08-22
江西省教学改革重点立项课题(JXJG-12-1-7)
应牡英(1969—),女,江西鄱阳,博士,副教授,主要从事医学教学科研工作.
E-mail:yingmuying@ncu.edu.cn
R37
: A
: 1002-4956(2016)12-0221-04