养殖类专业本科段细胞生物学实验课程自主学习教学资源库构建设想

陈思怀+唐发书+高继业

摘 要：为了使养殖类专业的学生完成细胞生物学实验课程的自主学习，该文就课程基本信息、教师课堂再现、教师操作示范替代、虚拟实验、自动评分试题等教学资源库的构建与应用进行了介绍，旨在为细胞生物学实验课程的教学改革提供参考。

关键词：自主学习；屏幕录像；虚拟现实；自动评分

中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）05-0128-03

Abstract：To enforce the self-regulated learning about experimental course of cell biology for cultivation speciality，the construction ideas and applications of teaching resources which including basic course information，reappearance of lessons，substitute of teachers' operations，virtual experiments and examination questions given automatic score were all introduced respectively. This article could provide some suggestions for teaching reforms about experimental course of cell biology.

Key words：Self-regulated learning；Kinescope recording；Virtual reality；Automatic score

细胞生物学是水产养殖、动物医学、动物科学等养殖类本科专业的知识拓展课程。其实验内容在涉农高等院校中未单独设课，但实验内容多、综合性强、教学学时少、完成实验时间长。传统的实验教学方式为“课堂讲授—教师操作示范或播放视频—学生操作—实验报告”。该教学模式中教师会占据大量的学生课堂时间；因未体现学生的主体地位，不利于提升学生的实验参与度、学习积极性、自主学习能力、分析与解决问题能力；也不利于学生实践实训能力、创新思维的培养[1]。现拟推行“课前自主学习—课堂教师答疑或强调—学生操作—实验报告—课后自主检测”的实验教学方式。该教学改革克服了传统实验教学方式的各种弊端，但需教师构建自主学习平台和提供以下相关教学资源。

1 基本教学资源模块

随着计算机、移动通讯设备的普及与网络技术的发展，使得知识的获取途径除传统课堂外，网络成为学习的重要渠道。学生的在线学习、远程学习以及泛在学习变为可行。故基本教学资源首先应建立有细胞生物学实验课程的Web网页或App（application program）移动客户端，并上传于校园服务器[2]。学生利用个人电脑、图书馆电子学习室计算机、手机等工具通过internet或Wi-Fi（Wireless Fidelity）访问浏览或下载学习相关教学资源。其次，基本教学资源应呈现实验课程大纲、实验课程进度表、实验教学PPt（PowerPoint）课件、教师讲义、实验指导电子书、实验报告规范格式、实验考核方式以及教师的特殊要求等，让学生对该课程有整体认识和理论学习。

2 教师课堂教学资源模块

传统教师授课以PPT课件替代板书，讲授实验原理、实验设计、实验步骤、实验结果以及实验注意事项等内容，不但占用大量的实验时间，还因时空限制学生难以深刻、透彻理解。课堂教学视频则较好解决实时课堂的不足，但不推荐使用数码摄像机录制的DV（Digital Video），因为文件大，占用服务器空间以及学生不易在线和下载观看。目前采用如BB FlashBack Pro Recoder、Bandicam、Camtasia studio、KKcapture等软件录制的屏幕录像视频广泛用于网络课程的视频教学[3]。以第一种录屏软件为例，以每次的实验内容为学习单元，以PPT课件为内容载体，把显示器显示的图文、教师教学的语音、鼠标的运行轨迹同步录制，再应用电子粉笔（教鞭）软件实现在电子白（黑）板的即写即画。与真实课堂相比，除教师的肢体语言和交流互动不能实现外，其余完全能代替真实课堂的再现。这种流媒体可以Flash文件（*.swf）格式储存，文件小，方便网络传输与学生的课前反复多次学习。

3 操作视频教学资源模块

细胞生物学实验多为综合性实验，常涉及仪器使用和实验操作技能。学生在实验前不熟悉或未掌握相关的操作，因此常常需教师示范才能独立开展实验。但因多人围观难保证学习效果和耗占学生实验时间的缺陷，教师操作演示由视频教学替代。操作视频包括仪器使用和实验全程操作。对于实验涉及的仪器如干热灭菌箱、CO2培养箱、高压灭菌仪、离心机、恒温水浴锅、PH计、移液器、超净工作台、相差（倒置）显微镜、细胞计数仪等分别录制其使用方法的DV，让学生选择学习；对于实验全程包括实验准备、动物取材、染色技术、拍照技术、分析方法等实验技术、实验操作过程、操作效果等内容则按照实验步骤作连续摄录。由于该视频文件大，应合理拆分成连续的小视频，以微课或慕课（Massive open online courses，MOOC）的形式呈现，方便通过网络自主学习[4]。

4 虚拟实验室教学资源模块

虚拟仿真实验教学包括操作虚拟、數字切片、虚拟细胞3方面内容。其中实验操作虚拟是综合虚拟现实、多媒体人机交互、数据库以及网络通信等技术，通过构建逼真的实验操作环境和实验对象，使学生在开放、自主、交互的虚拟环境中模拟实验全过程[5]。目前该技术已广泛应用于生物学、医学解剖学、外科学的实验教学或临床[6-7]。在开设的细胞生物学实验如细胞原代培养，针对操作步骤“取材—机械剪碎—酶消化—吹打分散—过滤离心—计数接种”中每一环节的材料或仪器作3D显示，器材的工作过程与实验对象变化过程均实现逼真模拟。学生通过复练习操作过程和观察分析每个操作步骤中实验对象的变化，将有助于对实验全程的理解。数字切片是指通过玻片扫描仪在不同倍率下扫描观察区（细胞组织区）并合成一张可无级放大，包含原切片的全息图片。该技术已见用于动物组织学、病理学、寄生虫病学等形态学科的实验教学和病理远程诊断[8]。细胞生物学开设的细胞培养、细胞融合、染色体核型分析、免疫细胞化学染色、基因转染等实验的结果均可在载玻片上观察，通过数字切片的制作，学生可提前对实验结果作观察与分析。虚拟细胞是利用细胞分子生物学、基因组学、蛋白质组学等生命科学现有的实验数据与成果，结合生物数学、计算机技术，构成一个虚拟的细胞体系[9]。应用该技术可研究“细胞”经“实验处理后”其形态结构、物质代谢、基因表达、信号转导等方面的变化，预测实验结果。该技术不但不耗实验成本开展模拟实验，还能培养学生的科研思维。

5 自动评分试题库教学资源模块

学生完成实验后还应对实验内容的相关知识深入分析、拓展学习和自我检测其掌握程度。试题（习题）则是较好的学习载体。可针对实验原理、实验材料、实验步骤、实验准备、实验操作、实验结果以及实验分析等方面编制试题，供学生自我检测和补充学习。传统试题及参考答案采用Word、Excel等软件编制，但不能在线答题和快速统计得分，限制了学生的泛在学习。应用Delphi、Visual Basic等编程语言或Flash、Wandershare Quize Creator等软件制作自动评分试题则解决了试题的交互性[10，11]。值得推荐使用Wandershare Quize Creator软件，该软件使用简单而且能编制单项与多项选择题、判断题、填空题、点图题以及问答题等主客观题型，特别是能在各类题型的题干中添加图片与视频，这非常适合针对细胞生物学各实验的结果或操作过程的考核。学生完成答题后点击“提交”即刻知晓成绩；点击“回览”，参考答案在各题的原位显示，这有助于学生比对学习。

6 结语

自主学习、自主服务、自主管理的能力培养是本科生人才培养和国家卓越农林人才培养的重要内容。虽自主学习占用学生大量课余时间，但对提高课堂效率、夯实实验技能、提升分析问题能力等方面发挥重要作用。随着计算机技术、网络通讯技术的发展，学生的在线学习、远程学习、泛在学习等学习方式将成为重要的知识获取途径。这就要求根据各专业学科的性质与特点，结合各种数码技术、网络技术、计算机应用软件，开发出更多适合自主学习的教学课件或教学资源，将之服务于学生、辅助于教学。

参考文献

[1]杨春蕾，陈芬，李虹，等.《医学细胞生物学》实验教学改革与研究[J].教育教学论坛，2013（8）：89-90.

[2]谢恩泽华，刘向前，王小丽，等.利用手机APP制作平台建设组织胚胎学移动学习课程的实践与思考[J].中国组织化学与细胞化学杂志，2015，24（2）：193-194.

[3]陈思怀，朱周福.屏幕录像在组织胚胎学实验教学中的应用[J].黑龙江畜牧兽医，2011（12）：161-162.

[4]李中文，吴涛，汤必奎.“慕课"应用于医学细胞生物学教学改革探讨[J].继续教育，2015（2）：43-44.

[5]张炜，崔瑾，成丹.农业生物学虚拟仿真实验教学资源建设[J].高校生物学教学研究（电子版），2015，5（1）：51-56.

[6]杜坤，张彪，魏万红，等.生物学虚拟实验室的构建及应用[J].实验技术与管理，2015，32（9）：132-136.

[7]徐晓丽，韩志敏，刘洪涛，等.谈在解剖实验教学中网络虚拟实验系统的构建及应用[J].教育探索，2012，（11）：78-80.

[8]胡小冬，崔潔，赵新秀，等.数字切片扫描系统在医学形态学实验教学中的应用与探索[J].中国高等医学教育，2014（6）：64-65.

[9]陈源，李朝军.虚拟细胞[J].细胞生物学杂志（中国细胞生物学学报），2004，26（3）：231-234.

[10]李婷.基于Delphi的试题库出卷系统的设计和实现[D].成都，四川：电子科技大学，2014.

[11]陈思怀，朱周福，唐发书.动物组织学与胚胎学实验课程自动评分试题库构建[J].黑龙江畜牧兽医，2013，（10）：159-160.

（责编：徐焕斗）