新农科建设背景下动物医学类专业虚拟仿真实验教学体系构建策略

尹云厚，王建发

(1.贵州民族大学传媒学院，贵阳 550025；2.黑龙江八一农垦大学动物科技学院，大庆 163319)

新时代赋予了高等农林教育前所未有的重要使命。如何促进农业全面升级、推进农村全面进步、保障农民全面发展、助力农业农村现代化是新时代高等农林教育主动服务脱贫攻坚、乡村振兴、生态文明和美丽中国建设必须回答的重要问题[1-2]。习近平总书记给全国涉农高校的书记校长和专家代表回信为新时代高等农林教育创新发展、加快新农科建设指明了前进方向，提供了根本遵循和行动指南[3]。新时代新农科研究与改革的重点包括新农科建设发展理念研究与实践、专业优化改革攻坚实践、新型农林人才培养改革实践、协同育人机制创新实践、质量文化建设综合改革实践等内容，其中新型农林人才培养改革实践是新农科建设与改革的重点。新型农林人才培养改革实践需要从思政教育、课程建设、专业建设、人才培养模式、实践教学体系等方面全面系统地探索新农科建设的途径和方法。

动物医学是医学的一个分支，也是我国农业科学的重要组成部分。其根本任务包括保障畜牧业可持续发展、促进动物健康和动物福利、提高动物源性食品质量、维护公共卫生和生态环境安全、保护人类健康[4]。在新科技革命的冲击下，在面向“产出高效、产品安全、资源节约、环境友好”的现代畜牧业新需求下，传统动物医学培养的人才肯定不能适应新的发展需求[5]。新农科建设“北大仓行动”将虚拟仿真实验教学列为新农科建设课程改革创新行动的重要举措[3]。贯彻落实“北大仓行动”课程改革创新行动具体要求，加强动物医学类专业虚拟仿真实验教学体系建设，有助于解决当前专业实验教学存在的资源不足、专业性技能训练不足、实验受到时间与空间的限制等问题。本文就新农科建设背景下动物医学类专业虚拟仿真实验教学体系的构建策略作出概述，以期为新农科建设背景下动物医学类专业课程改革与创新实践提供参考。

1 动物医学类专业实验教学当前存在的问题

实验教学对于提高动物医学专业学生的操作技能，培养学生的临床思维能力和良好的综合素质起着至关重要的作用。在动物解剖学、动物组织胚胎学、兽医病理解剖学等形态学课程，动物生理学、兽医病理生理学、兽医药理学等机能学课程，以及兽医临床诊断学、兽医内科学、兽医外科学、兽医产科学等专业技能课程实践教学过程中，需要大量应用实验动物开展实验教学活动。然而，在教学过程中由于实践教学经费紧张、实验动物管理失范、不能进行重复操作练习、违背动物保护伦理、生物安全隐患、学生有恐惧或拒绝心理等因素影响了采用活体动物开展实验操作学习的效果[6-7]。

此外，传统的动物医学基础性实验需要消耗大量的动物、实验试剂及各类耗材，但目前实验动物价格日益高涨，生物类试剂等成本过高，都导致了动物医学学生在传统兽医操作技能训练中的不足。受教学经费和课时限制，诸多应予开设的实验教学内容被撤并取消，制约了学生对创新知识的学习。在此背景下，国外多所高水平大学近年开发了多种兽医仿真教具，如犬静脉注射技能训练仿真教具、犬外科手术训练用仿真皮肤、母牛直肠检查技能训练仿真教具、母牛助产技能训练仿真教具等，在一定程度上改善了实验教学质量[8]。但是，多数仿真教具价格较昂贵(如加拿大卡尔加里大学开发的母牛助产技能训练仿真教具本国零售价格约合18万元人民币)，训练功能较单一，制约了其大规模推广应用。

2 动物医学类专业虚拟仿真实验教学的特点

虚拟仿真技术是用一个系统模仿另一个真实系统的技术，将虚拟仿真技术应用于高校实验教学过程，具有低成本、高效率、高安全性等特点。开展虚拟仿真实验教学建设是推进现代信息技术融入实验教学项目、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措[9]。以现代信息技术为依托，以相关专业类急需的实验教学信息化内容为指向，以完整的实验教学项目为基础，建设虚拟仿真实验教学项目，推动高校积极探索线上线下教学相结合的个性化、智能化、泛在化实验教学新模式，形成专业布局合理、教学效果优良、开放共享有效的高等教育信息化实验教学项目示范新体系[10]。

3 动物医学类专业虚拟仿真实验教学体系设计与实现

动物医学类专业中有20余门专业基础课、专业课实验教学可以开展虚拟仿真实验教学，按照大类可以分为形态学实验、机能学实验、预防兽医学实验、临床兽医学实验和兽药学实验五类综合实验。借助现代信息技术，整合现有动物医学类专业实验教学课程，构建功能集约、资源共享、开放充分、运作高效的虚拟仿真实验教学体系对提升动物医学类专业人才培养质量具有重要意义。

3.1 动物医学类形态学实验虚拟仿真实验

动物医学类机能学实验涉及动物学、动物解剖学、动物组织胚胎学、兽医病理解剖学等课程。动物解剖学、兽医病理解剖学等大体形态学实验教学虚拟仿真素材建设方案可参考Visible Body 可视人体3D解剖教学数据库建设方案，采用最新的数字化和虚拟化技术，以立体3D交互式模型的方式层层展现牛、猪、禽、马、犬、猫等动物解剖和生理结构及具体功能，并辅以动画、视频、音频、自测题、个性化功能等多种方法帮助动物医学类专业学生全面直观地理解知识内容，进而实现对课堂与课本教学的有益补充[11]。目前，已经开展立项实施的动物解剖学和兽医病理解剖学相关虚拟仿真实验项目包括中国农业大学“犬骨骼解剖和骨关节疾病虚拟仿真实验教学系统”、南京农业大学“奶牛解剖及常规疾病诊疗虚拟仿真实验软件”、西北农林科技大学“动物解剖学虚拟仿真系统”、扬州大学“三位数字解剖狗”和“兔的形态结构与功能虚拟仿真实验系统”、青岛农业大学“动物消化系统解剖虚拟仿真实验”等。动物组织胚胎学等微观形态学实验教学虚拟仿真素材建设方案可参考医学虚拟显微镜系统设计与实现方案，将玻璃载片上的组织切片转化为数字化图像，在终端设备上通过专业软件在显示器屏幕上观察，通过点击图像的某一部位进行组织结构的放大，以观察更细微的组织形态学变化[12]。目前，美国科罗拉多州立大学、北卡大学等国外高校已开展了兽医虚拟显微镜系统建设和应用，均取得了较好的应用效果[13-14]。国内开展兽医虚拟显微镜系统建设应用的高校主要是西北农林科技大学虚拟动物数字切片库项目。

3.2 动物医学类机能学实验虚拟仿真实验

动物医学类形态学实验涉及动物生理学、兽医药理学、兽医病理生理学等课程。其虚拟仿真实验项目建设方案可参考成都泰盟医学机能虚拟实验教学系统等机能学实验虚拟仿真软件的建设和应用策略，以提高动物医学类专业人才基础实验操作技能水平。目前，在该领域具有较丰富经验的高校包括扬州大学动物医学虚拟仿真实验教学中心、黑龙江八一农垦大学动物医学机能学实验室、西北农林科技大学动物医学虚拟仿真实验教学中心等[15]。

3.3 预防兽医学虚拟仿真实验

预防兽医学实验涉及兽医微生物学、兽医免疫学、兽医传染病学、兽医寄生虫学、兽医公共卫生学等课程，其虚拟仿真实验项目建设方案可参考人类预防医学虚拟仿真实验建设和应用策略。目前，已经开展立项实施的预防兽医学相关虚拟仿真实验项目包括西北农林科技大学“畜禽重大疫病防控虚拟仿真实验”和“虚拟鸡胚接种技术项目”、内蒙古农业大学“病毒的血凝及血凝抑制虚拟仿真实验”、扬州大学“无菌操作与细菌划线培养”、中山大学“禽类交易市场外环境禽流感病毒监测采样操作虚拟仿真实验”等。

3.4 临床兽医学虚拟仿真实验

临床兽医学实验涉及兽医临床诊断学、内科学、兽医外科学、兽医产科学等课程，其虚拟仿真实验项目建设方案可参考人类临床医学虚拟仿真实验建设和应用策略。目前，我国已经开展立项实施的临床兽医学相关虚拟仿真实验项目包括福建农林大学动物生态养殖虚拟仿真实验教学中心“临床兽医学虚拟仿真实验”。国外开展较成熟的临床兽医学虚拟仿真实验主要是英国格拉斯哥大学开发的母牛生殖器官直肠检查虚拟仿真实验系统，该系统对提高兽医专业学生直肠检查母畜生殖系统的技能具有帮助作用[16]。

3.5 兽药学虚拟仿真实验

兽药学实验涉及兽医药理学、兽药制剂学、兽药检验学、兽医临床药物学、中兽药学等课程，其虚拟仿真实验项目建设方案可参考人类医药学虚拟仿真实验建设和应用策略。当前，兽药学虚拟仿真实验建设案例较少，仅有山东农业大学开展了“家禽病毒性传染病疫苗的生产应用虚拟仿真实验”项目。建议有关单位借鉴北京欧倍尔软件技术开发有限公司制药虚拟仿真实验室(涵盖化学药物、生物制药、中药生产、药品GMP生产、冻干生产线、药房管理、药品检验、制药设计、中药炮制等十大类制药虚拟仿真软件)项目，开展兽药学虚拟仿真实验项目[17]。

4 结 语

贯彻落实“北大仓行动”课程改革创新行动具体要求，加强动物医学类专业虚拟仿真实验教学体系建设，对提升新时代动物医学类专业人才培养质量具有重要意义。建议各农林高校有关专业遵照教育部国家虚拟仿真实验教学项目建设工作要求，结合本单位动物医学类专业教学特色，加大动物医学类专业虚拟仿真实验教学项目建设，早日构建成与培养“卓越执业兽医师”目标相匹配的实验教学体系。