虚拟仿真实验教学系统联合问卷星在“食品毒理学”动物实验教学中的应用

胡嘉淼，叶倩文，赖丹宁，曾绍校

（福建农林大学食品科学学院，福建福州 350002）

0 引言

“食品毒理学”作为食品的专业基础课程，是运用毒理学的方法研究食品中可能存在或混入有毒、有害物质而对人体健康的损害作用，并研究其作用机理的一门学科，具有较强的实践性和应用性[1-2]。“食品毒理学”动物实验作为“食品毒理学”的重要组成部分之一，需要较强的实践操作能力。

现代科学技术发展迅速，越来越多的新技术新方法已经融入到高校的课程教学中，以激发学生的学习兴趣，提高自主学习能力。虚拟仿真教学系统是通过计算机虚拟仿真技术，高度模拟实验环境及实验操作，让学生更加真实地沉浸在动画游戏界面中理解实验步骤与注意事项[3]。

问卷星是一个集考试、问卷调查、投票等功能于一体的免费网络平台[4]，以设计简单、操作便捷等特点获得了使用者的好评。

以虚拟仿真教学系统作为学生预习复习的工具，运用问卷星统计分析学生对实验的掌握程度，及时调整教师的实验教学讲解重点。这两种新型教学手段的结合，能够更加高效地辅助完成实验教学，提高教学效率。主要探讨了虚拟仿真教学系统联合问卷星统计分析对提升“食品毒理学”动物实验的教学效果的推动作用。

1 虚拟仿真教学系统在“食品毒理学”动物实验中的应用

传统的“食品毒理学”动物实验受到经费、设备等条件限制。特别是慢性毒理学实验需要长期观察动物的生长状态，若实验操作出现失误，实验周期将翻倍延长。在实验教学中发现，许多学生对动物实验存在恐惧心理，过度紧张容易对动物造成机械性损伤，甚至导致其死亡，因此实验需要准备较多实验动物以避免无法顺利展开，学生的身心健康也会受到不良影响[5]。虚拟仿真教学系统的应用能在很大程度上使学生利用虚拟仿真手段充分熟悉实验操作，减少这些限制，降低动物使用量。

1.1 虚拟仿真系统在“食品毒理学”动物实验教学中的应用

1.1.1 课前预习

“食品毒理学”动物实验内容复杂，涉及方面广，学生很难通过书本或视频做到完全理解整个实验的操作过程[6]。传统的毒理学动物实验教学中，学生只能通过教材或视频进行学习，教师只能在学生自主实验操作前才让学生亲眼观察小鼠反应，如在小鼠的灌胃实验视频中，灌胃针要从小鼠的何处插入、不同规格的灌胃针需插入多深等，都不曾清楚地展示出来。虚拟仿真教学系统能够通过游戏的方式，极大地调动学生的兴趣[7]，让学生以第一视角了解实验的原理、探索实验的具体操作步骤和注意事项。

1.1.2 课后复习

复杂的动物实验有各种失败的原因，但多数学生在课后缺少切实的分析，容易再次失败。虚拟仿真教学系统的视频可以反复观看，学生可以通过比对视频和自己的实验操作步骤，找出自己失败的原因，做到准确分析，避免问题重现。在部分高校，动物实验也需要期末操作考试，学生的实验操作步骤与手法是教师打分的侧重点。学生在考前重复观看视频，能够强化对实验的认识，唤醒对实验操作的记忆，对提高期末考试的成绩有益处。

1.1.3 师生互动

传统的实验教学中，通常是一个教师面对多个学生，当学生同时提出不同的问题时，教师难以快速给予每个学生答案。虚拟仿真教学系统的师生沟通渠道，学生可以通过系统发起提问，后台有多个教师同时回答，做到“问答一对多”，能帮助学生更快速全面地理解问题。学生也能利用系统向教师或软件工程师反馈教学系统出现的错误，提出建议和意见，帮助系统优化。

1.2 虚拟仿真教学系统在“食品毒理学”动物实验教学中的优势

1.2.1 扩大学生实验课的学习范围

传统“食品毒理学”动物实验只适合在实验室展开教学与操作。虚拟仿真教学系统可以拓宽学生的学习范围，让学生在实验室外也能高效学习实验操作步骤[8]。只要学生有可以联网的电脑，便可以随时随地登录系统进行“食品毒理学”动物实验的课前预习或课后复习。

1.2.2 游戏式浸入实验教学

过去，“食品毒理学”实验教学常采用实验步骤视频与现场操作等虚实相结合的教学手段。实验步骤教学视频常作为课前预习的工具，但有许多学生反映，由于许多特殊的手法较为复杂，难以通过视频理解透彻，以至于难以完全置身于视频的实验操作中，导致预习虽充分但效果有限。教师在实验现场直接操作教学虽然能直接与学生面对面互动，也能让学生亲身感受动物的反应。

虚拟仿真教学系统运用动画界面向学生展示动物实验的真实环境，学生以第一视角学习，根据动画提示逐步探索实验操作步骤，有身临其境的感觉[9]。游戏式的实验教学方法能极大激发学生的学习热情。学生在系统中能够自主发现操作的各种小细节，增强学生对细节的印象，有助于减少实际操作带来的失误。

1.2.3 帮助整理实验思路

虚拟仿真教学系统能让学生在探索式的游戏教学中理清实验步骤，更好地记忆实验操作步骤，为实际操作打下基础。而且游戏探索后，还会有一段操作视频，能帮助学生巩固实验流程，加深他们对实验步骤的印象。

1.2.4 有利于帮助学生设计实验

学生学习实验操作一部分是因为需要获取学分，更多的是为了掌握操作手法，为今后在工作中自主设计实验打下基础。虚拟仿真系统向学生展示了清晰的实验思路与实验设计步骤，基本上做到每个步骤对应了每条原理，帮助学生掌握实验设计步骤，整理设计思路极大地提升了学生的自主性和创新性[10]。

1.2.5 有利于帮助学生认识动物实验的“3R 原则”

目前，世界普遍认知的“动物福利”主要包括五大自由：不受饥渴，生活舒适，不受痛苦伤害和疾病，生活无恐惧和悲伤感，表达天性。因此，目前在动物痛苦与科研欲求之间，3R 原则，即替代（Replacement）、减少（Reduction）、优化（Refinement） 是普遍认可的平衡点，是维护实验动物福利的一种原则[11]。通过虚拟仿真教学系统，可以使学生减少毒理学实验所消耗的动物数量，在此过程中可以帮助学生充分意识到动物实验“3R 原则”的意义，达到科学理论知识学习同人文教育的有机融合。虚拟仿真教学系统有节约资源、让学生联机共同浸入实验学习等优点。但由于“食品毒理学”动物实验存在复杂性，教学系统的使用与实际操作仍有差别，系统难以完整反映实验操作的各个方面，特别是动物在不同阶段的反应难以完全被刻画出来，学生在实际操作时常因不知如何根据动物的反应进行下一步操作，易造成实验失误。所以，虚拟仿真教学系统作为“食品毒理学”动物实验的辅助教学手段，可对提高教学效果起到事半功倍的效果。

2 问卷星在“食品毒理学”动物实验中的应用

问卷星是一款功能多、操作简的网络平台，常被应用于满意度调查、信息登记、在线考试、讨论投票等，快捷、成本低、易操作是多数使用者为其贴的标签。

2.1 问卷星在“食品毒理学”动物实验中的应用

将问卷星应用于“食品毒理学”动物实验的教学中，教师能够灵活统计学生对实验的掌握程度，改进教学方式。

2.1.1 随堂小测

问卷星应用于“食品毒理学”动物实验教学的互动小测中，增加教学的趣味性[12]，再次提醒学生各个实验的难点和要点。教师提前通过问卷星编写测试题，在实验操作前将测试题的二维码或网页链发给学生（见图1），学生通过扫描二维码或直接访问链接进入答题，答题后提交即可[13]。全体答题结束后，教师便可直接通过问卷星平台或微信中的问卷星小程序查看学生的答题正确率，由于IP 地址无法更改，教师无法随意篡改数据，有效避免师生纠纷。

“动物实验”小测试二维码见图1。

图1 “动物实验”小测试二维码

例如，在动物实验的测试中，题目1 的答案D，准确率为94.74%（见图2），题目6 的正确率偏低，仅为75%（见图3），题目9 的正确率为82.2%（见图4）。从小测试的正确率，教师可以针对性地对实验操作的关键知识点进行强化、重点讲解及演示。

综上所述，根据统计数据分析结果，当教师了解了学生对实验的掌握情况后，可适当调整实验教学的讲解重点、难点，有效提高课堂效率。

动物实验小测试第1 题的题干及其正确率见图2，动物实验小测试第6 题的题干及其正确率见图3，动物实验小测试第9 题的题干及其正确率见图4。

图2 动物实验小测试第1 题的题干及其正确率

图3 动物实验小测试第6 题的题干及其正确率

图4 动物实验小测试第9 题的题干及其正确率

2.1.2 教学反馈

2017—2018 学年第二学期，福建农林大学食品科学学院2016 级食品质量与安全专业学生对“食品毒理学”动物实验课教学效果的部分反馈结果见图5。

问卷星还可以充当起师生有效沟通的又一座桥梁。由图5 可知，该专业学生对于实验课的掌握度较高，仅有1.56%的学生认为该实验课全面易懂程度为一般，82.81%的学生认为教师不仅传授具体实验操作，也把学习方法、实验设计思路等都一并传授给学生。

图5 2017—2018 学年第二学期，福建农林大学食品科学学院2016 级食品质量与安全专业学生对“食品毒理学”动物实验课教学效果的部分反馈结果

学生对教学效果的反馈能帮助教师改进教学方法，教师还可以通过问卷星为学生答疑解惑。问卷星能有效减轻教师工作量[14]，但依然存在局限性，如当有学生填写问卷后，教师若再想修改问卷的题干，已收集的问卷会消失，无法直接记入最终统计，也无法确保所有问卷的真实性[15]。所以，问卷星仍有改进的空间，只能作为“食品毒理学”动物实验的辅助教学手段。

2.2 问卷星在“食品毒理学”动物实验中的优势

2.2.1 丰富考试题型

问卷星的操作界面简单清楚，没有过多繁杂的装饰，使用者能依据问卷星的提示快速创建并编写自己需要的问卷或投票。

问卷星的不同应用见图6。

图6 问卷星的不同应用

问卷星有单题增加和批量增加2 种增加题目的方法，并且允许从历史问卷中勾选题干，使用者可以将其适当修改或直接加入至新的问卷中，这使编题更灵活的同时减少使用者的时间。

除了传统的单选题、多选题，问卷星还包括填空题、评分题、排序题、情景随机题等[16]。丰富的题型能帮助使用者更加全面地了解被调查者的选择，也能帮助调动被调查者的答题乐趣。

问卷星的部分题型见图7。

图7 问卷星的部分题型

2.2.2 随时随地可发布、收卷

除了使用网页版问卷星发布或收回进行问卷，微信也可以作为发、收卷的平台。问卷星以小程序存在于微信中，使用者可以直接在此创建或者发布、收回问卷、试题等。因此，使用者能自由设定作答者的作答时间。

2.2.3 快速统计与分析

收卷后问卷星便可以用图表方式统计出被调查者的作答信息，并根据不同地理位置或者作答时间进行统计分析。使用者能很方便地查看结果或下载保存统计数据。

3 虚拟仿真实验教学系统联合问卷星用于“食品毒理学”动物实验教学的可行性分析

3.1 适用对象

该教学方法适用于拥有智能手机，并能简易操作电脑的大学生群体。

3.2 设备条件

当今，高校基本都配有机房，可供学生自主上机使用，这为虚拟仿真实验教学系统的应用提供了良好的使用平台。笔记本电脑早已成为大学生的学习必备品之一，因此学生能更加方便地使用系统。此外，虚拟仿真教学系统已实现网页化，只需在电脑上安装小型插件，就可以快速登录并使用。教学系统同时拥有异端登录功能，在一台电脑上使用账号登录保存后，在另一台电脑登录后便可通过历史找到自己学习过的课程。教学系统的方便化成为学生更加灵活自主学习“食品毒理学”动物实验的基石之一。

随着社会进步，智能手机发展迅速，在人群中普及推广，特别是大学生群体的智能手机拥有率日益上升。智能手机的便捷性造就了其在大学生群体中不可替代的地位。智能手机在大学生群体中的普遍使用为问卷星的应用奠定了基础。

由于现代信息媒体发展迅速，将虚拟仿真教学系统与问卷星结合的方式应用于“食品毒理学”动物实验具有较强的可行性。

4 结语

教学手段随着信息快速发展而不断创新，现代化的技术手段逐渐融入到各高校的教学中。将虚拟仿真教学系统与问卷星相结合，作为辅助教学手段应用于“食品毒理学”动物实验课，能够增强实验教学的趣味性，调动学生的学习积极性，提高实验的正确率和教学效率。未来，仍将不断探索更加适合“食品毒理学”动物实验教学的技术方法，提高实验正确率和教学效果。