动物生产学课程利用虚拟仿真实验平台教学的几点建议

王兆淼 黄孜豪 李嘉滢 杜雨澎

（白城师范学院 生命科学学院，吉林 白城 137000）

目前，虚拟仿真实验教学已经成为高等院校信息化教育的重要建设内容，也是高等院校实验教学改革的发展方向。虚拟仿真实验教学在解决传统实验设备不足、场地不足、管理人员不足、学生实践时间不足等方面有着天然的优势，又因其具备仿真性、交互性、安全性等特点，而受到了各高校的拥趸[1]。

一、虚拟仿真实验平台建设情况

（一）虚拟仿真实验平台建设背景

2013 年教育部启动国家级虚拟仿真实验教学中心建设项目，各高校积极响应，至2019 年，教育部公布首批国家级一流本科课程认定结果，认定5118 门课程为首批国家级一流本科课程，其中虚拟仿真实验教学一流课程728 门；2021 年，将认定5000 门左右含虚拟仿真实验教学的第二批国家级一流本科课程。

（二）国家虚拟仿真实验教学项目共享平台情况

在国家虚拟仿真实验教学项目共享平台，现有2079门各类型实验课程，其中动物类56 门，生物科学类73 门，涵盖了动物科学、动物医学专业理论学习、实验教学、野外实习等多个教学环节，涉及动物解剖、动物营养、动物生产、动物繁殖、动物组织培养、动物微生物、动物生物化学等多门专业课程。

二、虚拟仿真实验技术的特点

（一）虚拟仿真实验技术的优势

虚拟仿真实验教学通过构建高度仿真的实验环境，可达到传统实验难以实现的实验教学效果，尤其在涉及一些高危、极端的实验环境，高消耗及大型综合性实验项目，虚拟仿真实验可以更加高效、安全、快速、经济、可重复[2]；同时，虚拟仿真实验还缩短了实验人员在空间上的距离，将远距离实验变为可能，提高了远程教育效率，可操作性更强。

（二）虚拟仿真实验存在的问题

现阶段，虚拟仿真实验教学项目在各高校掀起了开设的高潮，但是各高校虚拟仿真实验教学项目建设存在技术标准不统一、资源兼容性差。管理平台的系统架构、数据库支持、功能模块、运转流程等各不相同，相互对接存在障碍，实验项目的共享还不能真正发挥效果。部分虚拟仿真实验项目建设为求新而求新，杂乱无章、硬件堆积的现象时有发生。因此，当前亟需明确虚拟仿真实验项目建设规范[3]。

三、动物生产学实验课程开设虚拟实验教学项目的必要性

（一）克服动物生产学课程实验实践教学不利因素的需要

动物生产学课程是为本科高校及高职类学校动物科学、动物医学、畜牧学等专业开设的专业课程，课程内容涉及猪、禽、牛、羊的品种与杂交利用、营养与饲料、繁殖技术、种畜禽饲养管理、幼畜禽培育、畜禽产品的安全生产、畜禽舍建筑设计与设备、畜禽场的筹措与经营管理等有关知识与技术，实验课程利用猪、禽、牛、羊开展一系列涉及繁殖、饲养管理、畜产品安全检验及畜牧场设计等实验内容。以实验动物活体来操作，存在实验周期长、环境污染重、安全性低、动物福利水平不高等缺点，利用虚拟仿真技术，在计算机上完成实验流程，克服了以上不利因素，学生可以在虚拟仿真实验平台上先期完成整个实验流程，课下利用实验平台做进一步的知识点固化，因此有必要在动物生产学实验课程开设虚拟仿真实验教学项目。

（二）实验动物福利的需要

实验动物的福利问题一直是困扰高校、科研机构开展动物实验的难点，利用虚拟仿真实验平台，能够通过计算机程序、互联网平台、VR 技术、大数据等资源，减少实验动物的使用数量，降低实验的不稳定性，提高实验的准确性，因此有必要在动物生产学实验课程开设虚拟仿真实验教学项目。

（三）实验教学改革与创新的需要

王紫薇[4]等提出将传统的“理论+实验演示”教学模式转变成“问题引导+虚拟仿真实验平台实验操作+总结”教学模式，并对使用虚拟仿真软件和未使用虚拟仿真软件的学生进行问卷调查，发现使用虚拟仿真软件的学生认为对自身学习有帮助和对教师教学满意的比例增加，学生的课前准备也有很大的提高。

四、利用虚拟仿真实验教学平台的效果

（一）教学效果

2019 年，我国经历了突然爆发的公共事件，为了达到“停课不停学”的教学要求，作者首次利用“国家虚拟仿真实验教学课程共享平台”，完成了《马的虚拟解剖实验》等虚拟仿真实验教学项目；2020 年，完成了《猪的外形评分及肉质鉴定》《鸡胚孵化及蛋鸡饲养》等虚拟仿真实验教学项目。通过两年来的实际利用，作者发现学生对实验课程要求掌握的知识点更加易于理解，在实践操作中上手快、准确率高；同时减少了实验动物的浪费，节约了实验成本的支出。虚拟仿真实验平台中的其他课程，如生物化学、组织培养、动物繁殖等相关的虚拟实验教学项目，也有效支撑了动物生产学课程的教学效果。

（二）技能大赛效果

利用国家虚拟仿真实验教学课程共享平台，组织开展学科技能大赛，在规定比赛时间1 小时内，利用考核模式完成马的消化系统和骨骼的虚拟解剖，其中消化系统34 个采分点，骨骼27 个采分点。2 个班级60 名同学，有38 人达到优秀水平，20 人达到良好水平，2 人达到及格水平，技能大赛效果良好。

（三）实操效果

大多数虚拟仿真实验都设置了教学模式、练习模式和考核模式，利用教学模式，和理论课程相结合，直观展示教学内容，相比于传统的利用多媒体教学，有效提升了学生对重点知识的理解；练习模式，学生在课上经过理论知识的教学后，可以在课下进行重复实验，加强了学生对知识的巩固，同时为实验实践环节的实际上手操作提前进行了准备工作，提高了实操的准确性；考核模式，减少了实验考试实验动物的使用数量，符合实验动物“3R”原则，同时为实验考核提供了一个新的考核方式。

五、教学过程中的几点建议

（一）在加强虚拟仿真实验的同时突出实验实践操作环节

不能一味地依靠虚拟仿真实验，而忽视实践操作环节。虚拟仿真实验并不等于一切，培养动物科学、动物医学、畜牧学专业的学生，理论知识和动手能力要相辅相成，缺一不可，在学生未来就业中，动手能力要更加突出，因此，在完善和不断利用虚拟仿真实验的同时，更要抓住实践操作环节的能力培养。

（二）加强虚拟仿真实验共享成果

在现有的虚拟仿真实验共享平台中，关于动物科学、动物医学、畜牧学专业的虚拟仿真实验还比较少、类型较为单一，或者部分虚拟仿真实验没有共享，建议加大虚拟仿真实验项目的建设，加大虚拟仿真实验的共享力度，满足各高校相关专业对虚拟仿真实验的需求。

（三）提高高校教师信息化水平

虚拟仿真实验技术的运用和推广会越来越快，对高校教师的信息化应用能力也提出了新的要求。因此，有必要加强高校教师在信息化技术应用方面的能力再培养，拓宽高校教师的专业方向、创新能力。

（四）加强校企合作，服务人才需求

通过校企合作，资源优势互补，建立更多的能够适应地方特色、服务地方经济的虚拟仿真实验项目，调整虚拟仿真实验项目建设方向，与人才培养战略相适应，满足地方经济发展的人才需要。

六、对未来虚拟仿真实验教学的展望

通过虚拟仿真实验直观、系统地讲解理论知识和操作实验步骤，结合线下的理论教学和实验室操作进一步巩固所学原理和实验操作，以提高学生的兴趣和时间利用效率。同时，这将为提高实验教学质量，激发学生的自主学习能力和创新实践能力提供新方式，也为改进生物学实验教学方式，提供一定的帮助和参考[5]。虚拟仿真实验教学是信息化教育的重要组成部分，教育部等相关部门对虚拟仿真实验教学寄予厚望，相信在教育主管部门的领导下，在各高校、各科研机构、各技术公司的共同协作下，虚拟仿真实验教学将越来越快地走进高校、更加贴合人才培养需要。