农业院校虚拟仿真实验平台开展动物性实验的经验

关松磊

摘要：一直以来，农业院校的动物性实验开设的项目多，动物种类多，费用高，教学效果差。吉林农业大学生命科学学院针对动物实验教学的具体问题，开展了部分实验的虚拟仿真实验教学平台和教学模块，该文主要介绍在部分涉及动物性实验的操作中开展虚拟仿真教学的过程、方法及取得的效果，为今后更大范围地开展动物性实验的虚拟仿真项目奠定基础，同时也为其他院校开展虚拟仿真实验提供参考和经验。

关键词：虚拟仿真；农业院校；动物实验

doi：10.16083/j.cnki.1671-1580.2018.03.016

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1671-1580（2018）03-0057-03

在国家信息化发展战略的大力促进下，教育部于2013年3月颁布的《教育信息化十年发展规划（2011～2020年）》，分别制定了基础教育、职业教育、高等教育、继续教育和教育管理信息化发展水平框架。虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设的重要内容，也是近年来我国在高等学校实验教学中主要推进的项目。根据教育部《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》精神，2013年至今，全国已经建成了300个国家级的虚拟仿真实验教学中心。全国各级高校根据自身的特点已经建设了一批虚拟仿真实验平台，这些平台有力地促进了高等学校教学理念和模式的发展，尤其是在实验教学中发挥了积极的作用。

吉林农业大学作为农业类大学，动物性实验操作是教学过程中必不可少的内容。在某些专业，如动物医学，预防兽医、医学基础概论、细胞与免疫学技术、动物免疫学、药理学等课程中，动物性的实验和实习几乎要贯穿整个教学过程。然而，动物性实验是一门技能教学，操作难度大，对操作者的要求很高，学生往往需要更多的实践技能训练才能够掌握其中的技巧。但是长期以来，农业院校由于受到实验条件和经费的限制，能够提供给学生亲自动手的实验动物很有限，导致实验的成功率较低，而且有些实验项目由于不具备实验条件难以开展。所以，动物性实验的教学效果一直较差。虚拟仿真实验平台的建设恰好可以弥补这一教学环节的缺憾。通过虚拟交互平台的建设，可以让学生在动手操作之前就进行预实验，实验教师预先进行网上答疑，使学生熟悉和掌握整个实验的环节及要点，反复练习，然后再用真正的动物进行操作，这样可以做到虚实结合。本研究以吉林农业大学生命科学学院的虚拟仿真实验室为平台，通过引进和建立动物性实验模块，首先在3个专业，2门课程中开始仿真训练和测试，然后对虚拟仿真实验的效果进行评价，目的是提高农业院校动物性实验的教学效果，为全省范围内高等学校动物性虚拟实验的开展提供宝贵的经验。

一、研究方法

（一）建立动物性实验操作模块

主要包括医学基础概论和免疫学两门课程的3D虚拟实验操作仿真训练，具体实验项目包括：小鼠的解剖、组织切片的制作和观察、蛙心灌流、蛙的腓肠肌标本制备、兔颈总动脉分离、兔子尿道插管、小鼠脾细胞悬液制备、巨噬细胞吞噬实验、小鼠多克隆抗体的制备等，将各个实验项目按照验证性实验、综合性实验进行归纳分类。形成基于动物器官、组织、细胞为核心的实验体系。同时支持学生进行综合性实验项目的创新。

（二）建立实验测试模块

包括考试模拟题目训练、随机自动测试演练、测试评分系统，其中考试测试模块纳入自动错误提示和纠错功能，能够帮助学生纠正操作的不良习惯。在实验测试前，学生可以自主预约实验练习的时间和项目。

（三）录制示教视频

对以上医学基础概论和免疫学两门课程的所有涉及动物性实验的项目，实验教师均需录制操作教学视频。

（四）学生的组织管理

要求生命科学学院所有选择医学基础概论和细胞与免疫学技术课程的学生必须在实验项目开始前1周，与本院实验中心的实验员老师预约演练的时间，获得批准后，进入虚拟仿真实验室观看教学视频，并进行仿真操作演练，实验教师要动态掌握学生演练的情况，督促学生进行操作演练，并进行演练指导。

（五）效果反馈与调查

在实际实验操作中，教师仍然要详细讲解实验原理与目的、实验操作细节和规范等问题，然后在学生自由操作过程中注意观察操作规范程度，实验细节和成功率，并与以往未建立虚拟平台前的学生技能水平进行对比，验证虚拟仿真教学系统的积极效果；制订效果调查表，对进入虚拟实验室的学生和以往未进入虚拟实验室的学生进行调查，调查内容包括学生的实验兴趣，学生对实验原理与目的理解程度，实验规范程度，实验细节，实验成功率，学生的满意度，实验教师对学生实验操作的评价，实验经费的节省情况等。

二、结果

由表1可见，实行仿真教学后，实验成绩优秀和良好的学生数量明显提高，教学经费有所下降，教师对学生的满意度明显提高，尤其是在蛙心灌流、腓肠肌标本制作这类比较难以掌握的实验中效果更明显。由表2可见，通过事先的演练和熟悉，学生们实验的成功率明显提升（47.8%vs78.2%；40.0%vs 70.0%），调查中学生认为虚拟演练提高了他们学习的兴趣和能力，对基础理论知识有了更深刻的了解，满意度大幅度提升。

三、讨论

（一）效果评价

在实际应用过程中，动物性实验操作成功率提高，实验教师可以同时通过交互平台指导多个班级的学生，学生的热情高，教学效果好，虚拟实验平台可以使学生、教师、学校三方受益。首先，教师录制好视频后，请专业公司按照教师录制的视频操作要点制作虚拟仿真的实验程序，虚拟步骤与真实的操作契合度良好，学生从观看视频到边看边操作，效果明显提升。其次，录制的视频精细地演示操作难点，如蛙心灌流的插管部分以及成功后的实验现象，可以帮助学生克服难点，激发学生的实验热情。再次，在教师指导和分析学生实验失败的过程中，可以通过虚拟平台演示错误的操作方式，引起学生注意和警惕，可以在实验过程中降低失败率。另外，虚拟实验中心还注意整合其他高校的教学资源，制作的较多的动物性实验的操作视频，比如兔子的尿道插管，羊产仔分娩助产等实验。虽然目前虚拟平台還没有正式开展此项实验，但是学生在虚拟平台上也可以观看视频和操作，大大地提高了学生的动手操作能力和实验的范围。

（二）遇到的困难与策略

1.软件的配置问题：软件配置问题直接涉及到模块的建立，后续的实验项目需要建立更多的实验模块和多媒体形式的教学，教学视频和教学操作模拟情景要与实际操作的情况相结合。因此，虚拟平台的软件需要完善和补充，这一问题可以与企业协调解决，目前已经基本达成一致，供应商可以在实验中心和实验教师的协助下将实验模块功能扩展。

2.学生的管理问题：动物性实验一般操作难度较大，在未建立虚拟平台前，学生对于动物性实验的操作普遍存在惧怕，操作不熟练，实验成功率低等问题，所以学生对于动物性实验积极性一直较低。本项目针对学生积极性不高的问题，由实验指导教师组织学生在实验项目开始前1周必须进入虚拟实验室进行仿真演练，熟悉实验原理和操作过程。教师需要动态掌握学生的练习情况，督促学生进行练习。虚拟仿真平台的日常管理和维护则专门有1名实验中心的教师负责，主要负责管理学生进入虚拟仿真实验平台的纪律、卫生、记录时间和次数等，不负责解答学生的疑难问题。

（三）总结

综上，虚拟仿真实验平台的建立，大大提高了动物性实验的成功率。建立了虚拟仿真实验平台后，可以适当地在动物科学和动物医学等相关的专业陆续开展大型动物的虚拟仿真实验，这样可以给学生提供很好的演练机会，再结合真实的实验操作就可以明显提供学生的动手操作能力。

[责任编辑：马妍春]