基于虚拟仿真平台的混合式教学在组织学实验中的应用

张 玲 ，魏建峰 ，孙 申 ，王姗姗 ，张 静 ，刘 芳

（1.徐州医科大学基础医学院，江苏 徐州 221004；2.徐州医科大学基础医学国家级实验教学示范中心，江苏 徐州 221004）

组织学是一门研究人体正常组织微细结构及功能的基础学科，属于形态学范畴。组织学教学分为理论教学和实验教学两个部分，其中实验教学帮助学生直观地去观察和理解理论教学中提到的细胞、组织和器官的形态结构，与理论教学相辅相成[1]。实验教学模式的发展与科学技术的进步密切相关，在20世纪90年代初，利用幻灯片、电视等现代化媒体技术辅助学生进行组织学形态观察[2]；在21世纪初随着电脑摄像技术的发展，显微数码互动教学模式迅速应用于形态学实验教学，加强了教师和学生的交流，提升了实验教学效果[3]。近年来，随着“互联网+”时代的到来，虚拟仿真教学平台在医学院校得到了广泛应用[4-5]，为组织学实验教学进行“以学生为中心”的线上线下混合式教学奠定了良好的基础[6]。本文主要论述了基于虚拟仿真教学平台的组织学实验线上线下混合式教学模式的探索实践。

1 组织学教学现状

我校于2012年建立数码互动实验室，陆续将显微数码互动系统应用于形态学实验教学[7]。在实验课程开始之初，教师先给学生介绍显微镜和显微数码互动系统的使用方法，并告知其期末考核方式即切片考试。接着，教师使用投屏的方式使每个学生的电脑都能看到课程内容的PPT，提出本节课的学习目标，并对学习目标进行讲解。教师讲解完毕后，学生通过显微镜自行观察切片，通过数码摄像系统拍摄切片重点结构的照片。期间教师进行巡查，解答学生问题。最后教师通过显微数码互动系统在教师端评价学生拍摄的相关结构的照片质量，对学生学习结果进行总结。基于显微数码互动系统的组织学实验教学克服了以往师生、生生之间图像资源交流不足的缺点，能够提高学生学习效果。但是笔者在该教学过程中也发现了一些不足之处：（1）显微成像系统在不同电脑之间有色差，不利于学生掌握细胞与组织的染色特点。（2）实验教学一般安排在该部分理论教学一周后，时间间隔较长，不利于学生内化和巩固理论知识。（3）学生通过手机对电脑屏幕拍照来记录和复习实验课中学到的结构，得到的图像视野局限，清晰度不够。（4）学生缺乏课前、课后进行预习和复习的学习资源。（5）在实验教学中缺乏形成性评价，部分学生缺乏学习主动性和积极性。通过教学实践，笔者发现建立基于虚拟仿真教学平台的线上线下混合式教学模式，有助于弥补以上基于显微数码互动系统的组织学实验教学中的不足之处，激发学生学习兴趣，提升教学效果。

2 构建基于虚拟仿真教学平台的混合式教学模式

近年来，我校陆续建设并升级了虚拟仿真教学平台，涵盖了临床医学、基础医学、药学和护理学四大虚拟实验模块。其中，基础医学模块中的组织学与胚胎学课程资源按照教学大纲分为18个章节，每个章节都具有相应的理论知识梳理、教学视频、数字切片和本章测试，全面辅助学生自主学习。虚拟仿真教学平台具有众多优势：学习资源不受时间和空间限制，方便学生在碎片化时间学习；此外，平台的数字切片库资源极为丰富，同一器官或组织有不同染色、不同切面的切片，大大增加了学生的阅片数量；并且数字切片图像清晰度高，可以随意进行放大、缩小、定位、标注，最大限度地满足了学生个性化学习需求。组织学实验课程要求学生辨认出相关组织结构，描述其结构特点，并将其结构与功能联系起来。这一课程特点非常适用于BOPPPS教学模型。BOPPPS是一种以教育目标为导向、以学生为中心的新型教学模型[8]，包括Bridge（引入）、Objective（学习目标）、Pre-assessment（课前摸底）、Participatory Learning（参与式学习）、Post-assessment（课后测验）以及Summary（总结）6个教学环节。本教研室结合虚拟仿真教学平台和线上教学工具（超星学习通），将组织学实验教学分为课前、课中和课后3个阶段，并将BOPPPS 6个环节灵活穿插进入这3个阶段中（见图1），从而促进师生、生生相互交流，完成及时有效的教学反馈，让学生在每一个教学环节都觉得有所收获，从而增强教学效果。

图1 基于虚拟仿真教学平台的线上线下混合式教学模式设计Figure 1 Design of online and offline blended teaching mode based on virtual simulation teaching platform

2.1 课前自主学习

教师提前两天通过学习通发布相关课程资料：课程视频、教学课件、课前测试。教师在设计预习资料时，将学生预习时间控制在半小时左右，在减少其课业负担的同时保证较好的预习效果。其中，课程视频和教学课件是两天后实验教学的内容，介绍目标切片的重要结构特点，帮助学生自主预习。课前测试主要考核学生的理论知识，为10道选择题，要求学生在规定时间内完成，计入实验课总成绩（占比10%）。课前借助学习通平台进行预习的模式有如下优势：（1）提前发布学习资料，有利于学生在预习时将理论和实际联系起来，克服理论课与实验课时间间隔过长的缺点。（2）课前测试在帮助学生复习和巩固上周理论课内容的同时，适量的练习题又不会使其学习压力过大。（3）将课前测试成绩计入总成绩，有利于提高学生学习积极性，督促学生进行课前预习。（4）选择提前两天这个时间点，符合学生记忆规律，在两天后的实验课程中能较好地体现预习效果。该环节相当于BOPPPS教学模型的课前摸底环节，通过课前测试及视频、课件自主预习，学生能判断自己的学习能力和不足，教师也可通过学生测试结果掌握其学习的薄弱之处。

2.2 课中混合式教学

2.2.1 教师课前总结 一方面，教师与学生一起通过学习通平台回顾上一次实验课学习的内容，快速对其进行复习和巩固，弥补两次实验课时间间隔过长的不足。另一方面，教师提前对学生课前测试结果进行分析，掌握学生存在的问题。教师在课程开始之初对学生总结其高频错题涉及的理论知识，简要复习理论课内容，为接下来学习切片结构做好准备。该环节相当于BOPPPS教学模型的引入环节，通过承上启下的方式引导学生进行学习。

2.2.2 教师提出学习目标 在学生课前预习的基础上，清晰指出本节课学习目标（细胞、组织和器官），并在PPT上列出，帮助学生厘清思路，并为下一步其自主寻找目标做准备，如在肝脏这部分内容的学习中，在PPT放肝小叶的高倍镜图像，标出学生要找的结构：肝小叶、肝细胞、肝索、肝血窦、中央静脉，并在门管区的高倍镜图像中标出小叶间动脉、小叶间静脉、小叶间胆管。该环节相当于BOPPPS教学模型的学习目标环节，由于组织学实验课程的特点，学生的学习目标非常清晰，并有典型的结构图片供学生参考，方便学生下一步自主寻找目标结构。教师对列出学习目标的结构特点做简要介绍，在介绍过程中插入相关临床知识和课程思政的拓展，丰富实验课内容，理论和实际相结合，提升学生学习兴趣，如在肝脏这部分内容的学习中，上传脂肪肝与正常肝组织的对比图片，介绍引起脂肪肝的因素，如酒精、肥胖、快速减肥等，联系学生平时生活习惯，引导学生积极锻炼、健康生活。并简要介绍肝细胞代谢特点，使学生了解脂肪容易在肝细胞内积累的机制，锻炼其科研思维，激发科研兴趣。

2.2.3 学生自主学习 教师给出充足的时间让学生进行自主学习，并提出要求：（1）在虚拟仿真教学平台找到目标切片，并对PPT中要求找到的结构（细胞、组织和器官）进行标注，最后将所有图片上传学习通；（2）能够脱离课本，自信地对大家描述找到的结构的特点；（3）将结构特点与其功能相联系，谈一谈对其功能的理解；（4）在规定时间内完成学习，教师按照每次学习目标的数量和难度灵活分配时间。学生登录虚拟仿真教学平台，寻找合适的切片。由于平台上拥有大量切片，学生可以选择不同切片完成学习目标，可以促进学生之间相互交流。找到切片后，学生按照学习目标要求，将切片放大或缩小，使用虚拟仿真平台上的工具对相应细胞、结构或器官进行标注，并将带标注的图像进行截图。在寻找目标结构的过程中，学生可以通过多种手段（实验课本、学习通资料、虚拟仿真教学平台课程资料）进行自主学习，并相互交流，掌握目标结构特点和功能。由于虚拟仿真教学平台里的切片多种多样，学生所观察到的图像会与教师以及书本所给出的示例图有所差别，这极大地锻炼了学生的自主学习能力，培养了学生发现问题和解决问题的能力。实施本环节的基础在于：（1）组织学实验课是理论课的补充，学生学习的结构已在上一周的理论课程里接触过；（2）学生通过学习通平台已经进行过预习；（3）相关学习目标的结构特点和功能描述能在实验课本和理论课本里找到答案，学生只需要将其看到的图像和理论知识结合起来，并将其内化为自己的知识。

2.2.4 生生互评 学习通平台具有非常多的功能，如签到、选人、随堂练习和主题讨论等，能帮助教师对其负责的班级进行课堂管理。教师在班级空间里建立一个主题讨论区，统一每次讨论区的命名（如：20220301上皮组织截图）。在规定学生自主学习的时间结束后，确认所有学生都已完成学习目标。若是有较多学生没有完成目标，则可适当延长学习时间，并在接下来的课程安排中及时调整时间安排。确认绝大部分学生完成学习目标后，要求学生把截图上传学习通中教师建立的主题讨论区。主题讨论区中的内容以楼层的形式分布，在每一楼层中还可以进行回复。每一位学生上传的学习内容就是一个楼层，若班级有30位学生就有30个楼层，便于教师统计。按照第一楼层学生评价第二楼层学生的截图作业，最后一楼层的学生评价第一楼层学生截图作业的方式，要求学生相互打分，打分规则见表1。负责评价的学生在被评价学生作业楼下回复分数，并给出打分依据。教师记录学生成绩，该部分成绩占实验课总成绩的30%。生生互评的方式极大地增强了学生的课堂参与感，一方面由于学生上传时间的不确定性，每位学生占据的楼层是不确定的，使学生之间的评价是随机的；另一方面学生之间打分有统一的评分标准，并要求学生写出扣分理由，分数公开透明，客观公正。

表1 学生打分规则Table 1 Student scoring rules

2.2.5 学生讲述 在学生完成相互评价后，教师通过学习通平台的“选人”功能，随机抽取两位学生，一位学生介绍学习目标前一半内容（对本部分结构特点和功能的理解），另一位学生介绍学习目标后一半内容，相互之间讲述内容不重复。并要求对上一环节做出评价，指出同学作业有哪些优秀和错误之处。这一环节中，学生在自主学习的过程中将书本中的理论内容和虚拟仿真平台上实际观察到的切片图像结合起来，并将自己的理解向全班表达出来，极大地锻炼了学生的总结能力和表达能力。此外，随机选人的方式能够避免部分学生积极性不高的问题，提高学生的学习主动性。学生自主学习、生生互评和学生讲述这3个环节相当于BOPPPS教学模型的参与式学习环节，充分体现了“以学生为中心”的教学理念，引导学生充分参与教学过程，让其感受到自己的成长，从而提高学习积极性，加深对学习内容的理解。

2.2.6 课堂总结和课堂测验 在学生讲述完毕后，教师对学生的表现进行总结和评价，并通过学习通发放课堂测验，以选择题和填空题为主，考核学生对实验课中相关结构的掌握情况。该部分成绩占实验课总成绩的10%。该环节相当于BOPPPS教学模型的课后测验环节，评估学生的学习效果是否达到预期。

2.3 课后自我巩固

教师布置课后作业，帮助学生进一步检测学习效果，并鼓励学生制作思维导图，上传学习通进行分享。学生借助虚拟仿真教学平台和学习通平台上的资料，可以随时进行复习。在学生复习过程中，遇到问题可以通过学习通继续和教师交流讨论。该环节相当于BOPPPS教学模型的总结环节，学生自行归纳知识脉络，建立自己的知识体系。

2.4 期末考试

在全部学习结束后，教师通过学习通发放期末考试试题，组织学生在规定时间内答题，该部分试题为单选题，成绩占实验课总成绩的50%。

3 基于虚拟仿真教学平台的混合式教学模式应用效果

3.1 学生成绩比较

在学期结束后，以我校采用基于虚拟仿真教学平台的混合式教学模式的2021级临床10班、13班的60名学生为实验组，以采用传统教学模式的11班、12班的60名学生为对照组。比较两组学生组织学实验期末考试成绩发现，实验组成绩明显高于对照组，且差异有统计学意义（P<0.01），见表2。

表2 两组学生组织学实验期末考试成绩比较（±s，分）Table 2 Comparison of final examination scores of histology between two groups（±s，score）

表2 两组学生组织学实验期末考试成绩比较（±s，分）Table 2 Comparison of final examination scores of histology between two groups（±s，score）

注：与对照组比较，**P＜0.01

项目对照组最高分最低分平均分100 50 91.00±12.96实验组100**70**98.00±6.10**

3.2 学生评价

学期结束后，教师通过学习通向实验组学生发放问卷，共回收有效问卷60份。问卷调查结果显示，绝大多数学生认可基于虚拟仿真教学平台的混合式教学模式，并认为该模式能促进对理论知识的理解，增加师生、生生互动，激发学习热情，提升自主学习能力，见表3。

表3 学生对基于虚拟仿真教学平台的混合式教学模式的效果评价[n（%）]Table 3 Students assessments on teaching effect on the blended teaching mode based on virtual simulation teaching platform[n（%）]

3.3 教师评价

学期结束后，参与本研究的教师认为基于虚拟仿真教学平台的混合式教学模式充分体现了“以学生为中心、以能力培养为导向”的教学理念，教师的角色从以“教”为主转变为以“导”为主[9]，充分锻炼了学生的自主学习能力；通过将虚拟仿真教学平台、学习通线上学习平台和BOPPPS教学模型有机结合，极大地调动了学生的学习积极性，使每一位学生都参与到课堂建设中；该模式中增加了形成性评价，起到了督促学生自主学习的作用，帮助学生将知识点反复强化，有利于帮助学生深度学习，构建完整的知识体系；在课前课后，虚拟仿真教学平台和学习通平台里丰富的教学资料有助于学生利用碎片化的时间进行个性化学习，适应每一位学生的学习习惯。另外，在该模式下，对教师也有更高的要求。教师需要精心安排各个教学环节，整合多种资源，调动学生学习积极性，并及时对学生学习效果进行反馈。