OBE理念下显微数码互动与虚拟仿真的混合式教学模式在微免中的应用研究

2023-05-30孙琳

电脑知识与技术 2023年1期

孙琳

摘要：基于OBE教学理念，最终针对学生的学习成果，采用对病原微生物和免疫学课程进行教学改革。在OBE理念，在课程中师生共同参与，通过由教到学的转变，让教师把教学重点逐步转移到学为中心，过程的转变并不是简单地突出学生的课堂地位，而是需要教师在教学中，能够通过引导让学生发挥主观能动性。借助显微摄影和虚拟仿真相融合的技术手段，激发学生学习的内部动力，让学生沉浸式学习，在实践中提升学习能力。这种教学模式，是以学生为主体，提升学生的参与感和体验感，让学生快速有效地掌握基础知识。

关键词：OBE理念；显微数码互动；虚拟仿真；微免

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）01-0166-03

1 引言

微免是病原生物与免疫学的简称，是医学专业的基础课程。病原生物学主要研究病原微生物的性状、致病性和免疫原性，以及所致疾病的流行病学特征、临床诊断和防治方法。对免疫学的学习，使学生掌握机体的免疫系统结构及功能，理解其在机体中承担的功能，用以实现防病治病的目的。所以学习免疫学并使学生熟练掌握免疫学常用实验技术，成了课程学习的重点。

显微数码互动技术，最初拍摄的样品是从小而简单的个体如苍蝇、爬虫等观察它们的细微结构，进而到使用显微镜观察染色切片和活体细胞，再到使用免疫荧光技术得到的亚细胞结构如各种细胞器结构，或者特定蛋白质的结构等，拍摄的成品也从最初的胶片升级到了电子照片、视频图像等更易于保存和观察的样品[1]。而显微镜的研究进展使得各种高倍、特定显微镜出现了，为样品的采集和研究的深入做出了巨大的贡献[2-3]。虚拟仿真技术，就是在真实的系统无法及时地获取或者呈现的时候，使用计算机构建的一种虚拟世界，对此系统进行模拟保存，以便随时取用，这种技术手段解决了现实系统的不可操控性及不可及时追踪性[4]。由于技术的显而易见的优势，让该技术一经问世，就广泛地被利用并应用到多个领域[5]。例如实习医生的培训，利用虚拟手术进行培训，模拟不同的临床场景；还有最近虚拟现实游戏、动画模型的构建等方面，甚至一些产业因为此项技术的出现而形成，以上的领域都说明虚拟仿真技术有着强烈的市场需求和技术驱动[6]。OBE，是成果导向教育（Outcome Based Education，简称OBE）的简称[7]。OBE 理念简单地来说是一种通过先获得学生所预期的结果，然后通过该结果为主要成果，设计教学进程[8]，通过学习所预期的成果引导学生自主学习从而提升学习动力，最终达到预期结果的教学方法[9-10]。

2 研究内容和方法

2.1 显微数码互动仪器的连接

显微数码技术被广泛地应用于生物医学方面，利用其可以真实记录各种生物组织及其超微结构的特点，它已经被穿插到各门学科中去，在其中承担着至关重要的作用。相机通过连接具有显微摄影功能的仪器，进行拍摄，这种连接一般有两种方法，一种是将相机聚焦到目镜中进行拍摄，直接获得目镜的放大画面，这种方法比较简单容易操作，但是获得的图像像素不高，而一般使用这种方法操作的设备主要是手机或者卡片机等；第二种方法，叫作直焦摄影法，将显微镜的目镜和相机的镜头都拆除，然后将相机连接到显微镜上，让相机起到显微镜目镜的作用，目前基础医学实验室采用的都是这种方法构建的显微摄影仪器[11-12]。通过相应的计算机软件进行微观摄影以及动态追踪，方便学生和老师对课堂内容进行及时的学习和讨论，同时也可以对其进行储存、处理以及随时观察。

2.2 显微数码互动技术与虚拟仿真技术混合式教学模式的研究

显微摄影仪器构建完成后，对病原微生物与免疫学课程中出现的微观结构进行摄影，从而得到最真实多样的微观组织结构，每个学生显微镜下不同位置、不同状态的、相同的微观结构所得到的图像是不同的，比如同一种细菌，在不同的学生镜下都是不一样的。

虚拟仿真是对真实系统场景的模拟，如果将其投入到显微结构的模拟中去，可以发挥其巨大的优势。在病原微生物与免疫学课程中，显微摄影虽然是对微观结果的放大和追踪，但是由于真实微观结构的复杂性、可变性以及个体性，导致每个细胞，每个器官结构的差异性，直接应用到课程中，对学生的认知和接受成都都是一个巨大的挑战。因此将现实的组织结构进行归纳整理，提取其共同且典型的结构特点，利用虚拟仿真技术进行模拟，更有利于学生对微观结构的了解和掌握。根据结构的典型特征由虚拟仿真平台构建结构模式图，进而让学生更形象生动地掌握微观细胞、组织结构。

2.3 病原微生物与免疫学利用混合式教学模式在OBE理念下新的教学模式

OBE理念，是以学生的预期成果为导向，进而引导学生的一种学习理念，代表了专业工程教育改革的主流方向，清晰地聚焦和组织了教育中的每个环节，使学生在学习过程中实现预期的结果，因此在学生上课前，教师应该先引导出学生最想取得的学习成果，梳理出能够激发学生学习动力的成果。根据这些成果，和学生们一起汇集整理并规划出合理的教学方法，让学生参与其中，熟悉方案的制作，引起学生的兴趣，进而让学生自发地进行学习。期末时，教师和学生一起判断学生是否获得了这些学习成果。因此，在OBE理念下的微免课堂教学中，是熟练按照显微数码互动技术与虚拟仿真技术来操作的。最终的微免教学成果应以学生为主体，以预期成果为目标，教学目标、教学内容、教学计划及教学结果来进行评价。

3 重难点及创新點

3.1 显微数码互动技术与虚拟仿真技术混合式教学模式的研究

在医学院，显微摄影仪器设备已具备，虚拟仿真平台也已构建，然而显微摄影和虚拟仿真的连接还是第一次构建。需要熟练掌握显微摄影技术，并能够利用虚拟仿真平台，配合微免教学的内容完成此次融合过程。

3.2 病原微生物与免疫学利用混合式教学模式构建OBE理念下新的教学模式

传统教学理念，固守的教学方法和教学手段，有一定的弊端，这次采用国际先进的教育理念，应用到微免课程教学中，并且结合我们新开发的教学手段，希望可以获得一个良好的教育模式的创新。

4 研究思路及方法

4.1 明确 OBE 教育理念

OBE教育理念，注重效率和对人才的节约，重点强调了以学习成果为最终目标，来合理地安排所有的教学时间以及教学资料等。

4.2 显微摄影技术的掌握

能够熟练操作显微摄影设备，并根据微免教师提供的微免课程内容，将微观组织结构进行摄影留存。

4.3 虚拟仿真平台的使用及教学模式的构建

能够掌握虚拟仿真技术，可以将真实的图片结构进行虚拟化处理，达到典型特征明显，删除显微摄影中的误差，或者微观结构中不美观或者不符合逻辑的内容及结构，为学生初步掌握组织结构提供一个完美的平台。

5 项目研究保证措施

首先，据根据微免教学大纲结合OBE理念明确教学目标；采用此次的显微摄影和虚拟仿真相融合的教育手段，制定相关的教学内容；根据制定的教学内容，设计教学实施方法；最后建立一个良好的课程评价体系。

项目组负责确立课题研究目标和内容以及监控与调节研究进程及结项。本项目组成员经验丰富，而且具有创新精神，在之前的教学教改活动中已经总结了大量的经验，课题研究时间充分，为项目的顺利进行提供了保证。

目前，医学院实验中心配备有装置显微摄影的仪器，各种型号的摄像机；和需要连接的显微镜，如光学显微镜，电子显微镜等仪器设备，可以满足各种画面的拍摄。医学院基础实验室从2018年开始，已经引进了虚拟仿真模拟技术，实验室已经配套装载虚拟仿真软件的电脑，一旦显微摄影操作完成，即可实时进行虚拟仿真操作。此外，学校图书馆已拥有中国知网、万方数字化信息数据库、维普期刊数据库等国内高质量文献检索平台。以上条件均可为项目的顺利开展提供充足的准备。

6 推广价值

6.1 教学模式的创新充分体现微免课程教学中以学生为中心的教育理念

学习结果是老师引导学生根据学生的预期得到的结果，在病原微生物与免疫学的课堂上不是教师与学生之间单向的知识输出和接收，也不是教师展现个人知识储备和魅力的舞台，而是以学生为主体，针对学生预期的学习结果进行高效且充分发挥学生自动学习能力的平台。在改进的教学模式中，如果衡量教学效果不再单一地看重教师的课堂表现，而是重点关注学生从课堂获得的知识和需要完成的知识储备。虽然教师在新的教学模式中角色有所转变，但是不可否认的是，教师有着无法替代的作用，依然是保证完成教学模式改变的主体性角色，最终的学习成果能否按照规划获得，离不开教师对课堂教学工作的把控、设计以及课后对学生的辅导。近年来，已有学者开始重视微免教学过程中学生作为自主的重要性，例如学生是否自主学习，是否主观意愿参加。但是就目前教研情况分析，学生的自主性、主观能动性并没有得到足够的重视，往年提及的教学模式也没有得到很好的贯彻。OBE 教育理念的输入，对此无疑是一个巨大的推动。

6.2 显微数码互动与虚拟仿真的混合式教学模式能够充分彰显微免课程建设的重点和特色

目前微免教学工作存在着趋同性，教师的教学工作大多依托传统的教学方法，根据教案和教学大纲进行，在课程建设方面重点不够突出，没有自己的特色[13]，所使用的教学手段单一且传统[14]。显微摄影与虚拟仿真相融合的教学模式的启用在很大程度上可以改变传统的思维模式，给学生提供便捷和形象的学习途径，为预期学习结果提供可靠的参数。形成新型、线上结合线下的具有自己特色的学习手段和学习途径。

6.3 OBE理念下显微数码互动与虚拟仿真的混合式教学模式为课程评及估改进提供了有效的保障

按照该教学模式的教育理念，达到预期学习成果是课程完成的标准，显微摄影与虚拟仿真相融合是新的教学手段，教学标准和教学手段可以作为该微免课程评估的最终质量标准。

参考文献：

[1] 司晓丽，陈彦文，王琳欣，等.线上线下与显微数码互动混合式教学在护理专业组织学实验教学的应用[J].护理学杂志，2020，35（16）：71-74.

[2] 黄体冉，郭蓓，吕鹤书，等.数码显微互动系统在遗传学实验教学中的应用——以果蝇唾液腺染色体的制片技术和观察为例[J].高校生物学教学研究（电子版），2018，8（4）：50-54.

[3] 刘执平.基于数码显微互动实验室的高中生物学实验教学设计及应用研究[D].烟台：鲁东大学，2017.

[4] 胡今鸿，李鸿飞，黄涛.高校虚拟仿真实验教学资源开放共享机制探究[J].实验室研究与探索，2015，34（2）：140-144，201.

[5] 王卫国.虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议[J].实验室研究与探索，2013，32（12）：5-8.

[6] 李平，毛昌杰，徐进.开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设提高高校实验教学信息化水平[J].实验室研究与探索，2013，32（11）：5-8.

[7] 范圣法，黄婕，张先梅，等.基于“产出导向（OBE）”理念的本科教学培养体系探究[J].教育理论与实践，2019，39（24）：6-8.

[8] 刘衍聪，李军.基于OBE理念的应用技术型人才培养方案的设计[J].中国职业技术教育，2018（14）：72-76，96.

[9] 苏芃，李曼丽.基于OBE理念，构建通识教育课程教学与评估体系——以清华大学为例[J].高等工程教育研究，2018（2）：129-135.