线上教学平台在机能学实验教学中的实践与探索

赵西梅 孔群 弭德玲 马雪敏 孙庚华

摘 要：传统的线下实验教学模式存在一定弊端，特别是以研究动物机能活动为主的机能学实验，它依赖必要的活体动物、实验场所、实验设备等，且实验成功率较低。因此基于线上平台的实验教学模式探索势在必行，通过虚拟仿真平台实现了线下实验项目的真实模拟，利用学习通平台实现了教学过程的综合管理，二者结合可以消除传统线下教学弊端，降低教学成本，提高教学质量。

关键词：机能学实验;学习通;虚拟仿真平台

中图分类号：G642;G434 文献标识码：A 收稿日期：2020-10-10 文章编号：1674-120X（2020）32-0065-02

近年来，随着互联网科技的不断发展，大数据、虚拟现实、云计算等信息技术促进了信息时代下各行业的蓬勃发展。借助信息技术，教育方式也不断向云上化、智能化、移动化方向演变。针对实验教学课程的虚拟仿真平台也应运而生，它是将实验内容、仪器设备、操作流程等融合一体的线上学习系统。2020年伊始，突如其来的新冠肺炎疫情，给高校正常的教学秩序带来了冲击，齐鲁理工学院基础医学实验中心积极响应教育部“停課不停学”的指示精神，利用线上教学平台保证实验教学秩序正常进行，在充分的实践探索中摸索出“虚拟仿真平台+学习通”的教学模式。

一、机能学实验教学的特点

机能学实验是一门研究生物体正常机能、疾病发生机制和药物作用规律的实验性科学。它是将生理学、药理学及病理生理学三门课程的实验内容有机结合在一起而形成的一门综合性、研究性的实验课程，面向护理学、临床医学等医学类专业开设。

机能学实验多选用活体动物或离体组织器官作为实验对象，实验成本高，操作要求高，难度大。传统的机能学实验教学大多需要教师进行示教演示，这种方式可以让学生直观地看到实验操作步骤，但浪费了宝贵的课堂时间，有些班级人数较多，很多学生无法近距离观看，教学效果差。此外，由于相关仪器设备数量有限，实验室场地和课时受限，因此学生对仪器设备操作不熟悉，不能完全掌握机能实验操作技术。

二、线上教学平台

（一）虚拟仿真实验教学平台

虚拟仿真实验教学平台是将真实的和仿真的机能学实验集成一体的实验教学软件系统。该系统包含虚拟实验课程、线上课程资源、虚拟仿真实验资源三大模块。该系统有学生端和教师端，学生可以登录学生端系统进行自主学习，学习资源包括文字、图像、Flash交互动画等。学生还可以自主完成虚拟实验项目的操作练习和线上课程资源的学习。教师端提供数据管理功能，教师可以导入学生名单、建立班级、上传课件、上传视频、布置作业、发布考试、批阅试题等。系统中每个仿真实验包括简介、原理、模拟、视频、波形和考试6部分的内容，便于学生对实验操作的全方位理解和掌握。

（二）学习通教学平台

学习通教学平台是由超星集团打造的知识传播与管理分享平台，提供移动学习、知识共享、移动社交、组织管理四位一体的知识服务。该平台支持PC端和移动端，非常适合在线教学和知识传播，为各大高校构建基于智能移动端的教学服务提供了有力的支撑，且实现了学生学习个性化、课程教学动态化、资源获取便捷化、教学管理透明化。它还可以实现课前预习、课堂教学、课后复习检测等教学过程，能提供覆盖课程互动的丰富的活动，支持签到、提问、抢答、投票、讨论等功能。

三、虚拟仿真实验教学平台和学习通教学平台结合的教学模式

（一）虚拟仿真实验教学平台的应用

1.预习实验

学生在课前利用虚拟仿真实验教学平台对实验进行预习，结合理论课所学习的知识，认真学习实验简介和原理，并观看视频进行模拟操作。在实验之前利用虚拟平台预习实验，学生可以像在真实的环境中一样运用各种虚拟实验器械，利用鼠标的拖拽与键盘的点击来选择操作的仪器和实验对象。这样可以对实验模型进行实时仿真操作，包括抓取、称重、注射麻醉、手术等，学生在有趣的模拟操作中可以熟练掌握实验步骤。通过预习，学生在正式实验时可减少盲目操作，缩短指导教师示教的时间，大幅提高实验成功率。

2.拓展学习

在现实中进行机能学实验会受到多方面的限制，如实验室环境、实验试剂等因素会导致实验无法正常开展。比如：有些实验项目受学时限制，一些耗时较长的综合性实验项目无法在课上完成;有些实验项目所用仪器设备价格高昂，维护成本高，利用率低。针对此类情况，学生可以利用虚拟仿真实验教学平台，对此类实验项目进行模拟学习，从而弥补传统实验的弊端。此外，学生还可以根据自己的兴趣来自主进行虚拟实验，从而验证理论，发散思维，做到举一反三。通过虚拟仿真实验教学平台，学生可以自主扩展实验，这有利于打破传统实验教学的瓶颈，丰富机能学实验项目，拓宽学生的视野，为创新性、设计性实验教学提供支撑。

3.零成本多次模拟实验

实验课与理论课不同，实验课程要求学生根据实验过程进行观察与分析，总结归纳出理论原理，这就要求学生充分理解实验过程并认真分析结果。在传统教学模式下，学生在课上做完实验后，有时会忘记实验过程中所用仪器设备、药品、剂量大小等关键知识。单纯依赖课本进行复习无法帮助学生准确回忆操作过程，且线下复盘的成本高。针对此种情况，学生可以利用虚拟仿真实验教学平台，根据自己掌握知识的情况来自主进行选择性复习实验，它摆脱了传统线下实验的种种依赖，无时间、地点、仪器等限制。显然，这种方式将实验成本和学习成本都降到了最低。另外，学生利用虚拟仿真实验教学平台可反复模拟，过程也可中断、暂停。这种低成本甚至零成本的学习方式，将提高学生的自主性，培养其探索性的实验思想。

（二）学习通平台介入教学过程管理

虚拟仿真实验教学平台能够满足学生自主学习的需求，但是该平台缺少教师和学生之间实时的交流互动和学生学习情况的反馈，即教师无法准确掌握每个学生的参与情况和学习过程中所遇到的问题，也无法开展统一的线上讨论活动。笔者借助学习通教学平台对整个实验教学过程进行全生命周期管理，建立了机能学实验课程，上传了课程教学日历、教学大纲、课件、视频等教学资源。以实验项目为单元建立了章节目录，每一个虚拟仿真实验教学平台的实验项目都有一个学习通教学平台的章节对应，这样做到了一对一匹配，有利于提高教学质量。

1.任务引导

为提高学生学习的积极性和主动性，笔者利用学习通教学平台在实验课前发布任务清单，明确学生在课前需要完成的任务，提高实验预习的成效。任务包括学习实验项目相关理论知识、虚拟仿真实验项目的操作练习、视频观看、讨论等。例如，在进行“尿生成的影响因素”实验项目之前，要求学生在学习通教学平台中学习本实验项目相关的知识：尿液的生成过程，影响尿液生成的因素，去甲肾上腺素、呋塞米的药理作用等相关知识。然后完成讨论题，通过此方式，教师可以检测学生对基本理论知识的掌握情况。此外，学生也可以在学习通教学平台上分享自己的观点，查看其他同学的观点。最后，学生完成虚拟仿真实验项目的操作练习和视频观看。教师则借助学习通教学平台布置阶梯式的任务，为学生营造了闯关的学习氛围，从而引导学生在实验课前完成所布置的任务，让学生在课上带着问题参与到实验项目的探究中。

2.课堂互动

在上课时运用学习通教学平台的投屏功能可以实现机能学实验空中课堂与线下课堂的无缝衔接，所有课堂的教学活动在学习通教学平台中都可同步呈现。比如，教师在课前可以发布签到，来记录学生每次的考勤;也可以在授课过程中进行提问，根据学生的回答，给予一定的加分奖励，充分调动学生学习的积极性，实现教师与学生的实时互动。最后，通过测验检测学生本次实验课的掌握情况，并把每道题的答题情况向学生清晰地展现出来，包括每个选项选择的人数和百分率。这样教师可以准确地把握学生的掌握情况，有针对性地进行答疑，学生也可以寻找差距，反思错题，不断进步。

3.课程考核

把机能学实验课程考核计入学生的平时成绩，将过程性考核纳入期末成绩中，更能反映学生真实的学习情况。平时成绩考核包括线上和线下两部分，线上主要是利用学习通教学平台进行课程考核。学习通平台可以准确记录每名学生的平时学习情况和课堂参与及互动情况，包括视频观看的时长、测验正确率、提问抢答所得分值、章节學习次数、任务点完成、讨论参与情况等。教师只需要设置好每部分成绩所占比例，后台系统会自动计算出学生线上学习成绩。

四、结语

在机能学实验教学中，引入虚拟仿真实验教学平台，能为学生的自主学习提供了优质的资源。学生可以在反复的操作练习中掌握要领，提高实验成功率和学生分析问题及解决问题的能力。平台中丰富的实验项目和多维度的实验结果分析，能帮助学生提高学生的创新和思辨的能力，在主动探索过程中养成遇到难题查阅资料、总结分析、独立解决问题的好习惯。以学习通教学平台构建的机能学实验“空中课堂”是对传统线下课堂的补充，也是课堂教学活动和师生互动的载体。虚拟仿真教学平台和学习通教学平台两个线上教学平台优势互补，充分体现了学生参与、以实验内容为主体、教师辅助引导的实验教学理念。文章希望通过对这两个平台的结合应用和实践，为机能学实验教学提供实践指导。

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