引入虛擬實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)精品課程網(wǎng)站輔學(xué)功能的分析

摘要 本文以生物分離工程課程為例，針對高校各級精品課程網(wǎng)站普遍存在實(shí)踐性不強(qiáng)、交互性差等問題而導(dǎo)致其輔學(xué)功能較弱的現(xiàn)狀，提出引入虛擬實(shí)驗(yàn)以增強(qiáng)精品課程網(wǎng)站的輔學(xué)功能。

關(guān)鍵詞 虛擬實(shí)驗(yàn) 生物分離工程 輔學(xué)功能 精品課程

精品課程就是具有一流教師隊(duì)伍、一流教學(xué)內(nèi)容、一流教學(xué)方法、一流教材、一流教學(xué)管理等特點(diǎn)的示范性課程。精品課程之所以能夠成為“精品”，是因?yàn)槠渚哂鞋F(xiàn)代性、科學(xué)性、先進(jìn)性和獨(dú)特性，并具有一定的輻射性。課程的“精”在于具有先進(jìn)的教育思想和豐富而新穎的教學(xué)內(nèi)容，其任課教師具有精深的教學(xué)藝術(shù)、先進(jìn)的教學(xué)方法、現(xiàn)代化的教學(xué)手段、嚴(yán)格的教學(xué)管理和具有優(yōu)秀的教學(xué)效果。本文擬以生物分離工程課程為例，針對我國高校各級精品課程網(wǎng)站普遍存在實(shí)踐性不強(qiáng)、交互性差等問題而導(dǎo)致其輔學(xué)功能較弱的現(xiàn)狀，提出引入虛擬實(shí)驗(yàn)以增強(qiáng)精品課程網(wǎng)站的輔學(xué)功能。

一、生物分離工程課程的特點(diǎn)

生物分離工程是生物工程、生物技術(shù)等專業(yè)的必修課，該課程主要講授各種生物活性物質(zhì)中各種雜質(zhì)的去除、分離、純化和精制技術(shù)，學(xué)生通過對該課程的學(xué)習(xí)，能針對不同產(chǎn)品的特性，較好地運(yùn)用各種分離技術(shù)來設(shè)計(jì)合理的提取、精制的工藝路線，并能從理論上解釋各種現(xiàn)象，提高分析問題和解決問題的能力。理論學(xué)習(xí)是生物分離工程課程教學(xué)的基礎(chǔ)，而應(yīng)用則是最終目標(biāo)，因而生物分離工程課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生動手能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。因此可以說，生物分離工程課程實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到該課程教學(xué)的成敗。

二、精品課程網(wǎng)站建設(shè)的現(xiàn)狀

筆者通過網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)研了我國20多所高校，如南京工業(yè)大學(xué)、華東理工大學(xué)、天津大學(xué)、北京化工大學(xué)、華中科技大學(xué)、華僑大學(xué)、浙江大學(xué)、福州大學(xué)、江西農(nóng)業(yè)大學(xué)等的生物分離工程精品課程網(wǎng)站，其中有國家級精品課程、省級精品課程、市級精品課程、校級精品課程等各級精品課程的網(wǎng)站。

(一)精品課程網(wǎng)站建設(shè)概況

精品課程網(wǎng)站建設(shè)是以現(xiàn)代教育思想為先導(dǎo)，以建設(shè)相應(yīng)層次的、具有較強(qiáng)針對性和適用性的優(yōu)秀教材為核心，以提高師資隊(duì)伍素質(zhì)為前提，以教學(xué)內(nèi)容現(xiàn)代化為基礎(chǔ)，以現(xiàn)代信息技術(shù)手段為平臺，以科學(xué)的管理體制為保障，集觀念、師資、內(nèi)容、技術(shù)、方法、制度于一身的整體建設(shè)。它具有示范性、創(chuàng)新性、綜合性、持續(xù)}生和開放性等特點(diǎn)。伴隨著我國高等教育從精英教育向大眾化教育的歷史跨越，我國高等教育規(guī)模得到迅速擴(kuò)大。在高等教育規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大的情況下，為了保持教育質(zhì)量的不斷提高，教育部及時啟動了精品課程網(wǎng)站建設(shè)工作，旨在利用現(xiàn)代化的信息技術(shù)改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享，提高高等院校教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量。建設(shè)精品課程網(wǎng)站有利于全面推動教學(xué)內(nèi)容信息化建設(shè)，有利于推動優(yōu)質(zhì)課程和資源建設(shè)，有利于教師的學(xué)術(shù)水平和教學(xué)水平的提高，有利于推進(jìn)新的教學(xué)模式和有特色的教學(xué)方法的形成，有利于實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享，等等。

南京工業(yè)大學(xué)的生物分離工程課程是國家級精品課程，其課程網(wǎng)站由課程介紹、教學(xué)大綱、電子教案、網(wǎng)上教材、授課錄像、實(shí)踐教學(xué)等14個部分組成。福州大學(xué)生物分離工程課程網(wǎng)站由課程首頁、課堂教學(xué)、考核系統(tǒng)、答疑系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、成果展示、學(xué)科動態(tài)、網(wǎng)絡(luò)資源8個部分組成。隨著這些精品課程的申報、獲批、建設(shè)的不斷深入，課程網(wǎng)站的內(nèi)容更豐富、更全面、更實(shí)用，逐步形成了科學(xué)的教學(xué)管理機(jī)制，建立了完整的監(jiān)督機(jī)制和多樣交流機(jī)制，精品課程不再僅作門面，其可用性和持續(xù)性更強(qiáng)。正是利用了各級精品課程網(wǎng)站的資源，近年來由于高校學(xué)生擴(kuò)招而走上講臺的大批年輕教師才能快速成長。

(二)存在的主要問題

目前，精品課程網(wǎng)站存在的主要問題是輔學(xué)功能較弱。精品課程網(wǎng)站普遍存在課程內(nèi)容過分保護(hù)、開放性與共享性不強(qiáng)，課程資源形式多樣、重復(fù)性大、實(shí)踐性不強(qiáng)、交互性差等問題。交互是學(xué)習(xí)者進(jìn)行人機(jī)對話或人人對話的渠道，互動交流模塊中最為常見的是BBS論壇、留言板和答疑系統(tǒng)三種。這些互動交流模塊大多存在人氣不足的缺陷，往往由于長期缺乏維護(hù)更新而導(dǎo)致無人問津。導(dǎo)致無人問津的原因還有兩點(diǎn)：一是宣傳推廣力度不夠，師生不知曉而導(dǎo)致訪問量低；二是與學(xué)生學(xué)習(xí)密切相關(guān)的資源趣味性、實(shí)用性不夠。

優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享是建設(shè)精品課程網(wǎng)站的主要目的之一。現(xiàn)代教育理念倡導(dǎo)學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，大學(xué)教育最重要的是教會學(xué)生如何學(xué)習(xí)、如何思考。因此，精品課程網(wǎng)站的建設(shè)也應(yīng)踐行這一理念，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為本，強(qiáng)調(diào)為學(xué)生的學(xué)習(xí)服務(wù)，努力提高其輔學(xué)功能。

實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和動手能力的重要手段。許多學(xué)校都十分重視生物分離工程課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)，并結(jié)合自己的專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃和辦學(xué)條件制訂了相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)計(jì)劃。精品課程建設(shè)正大力改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)的形式和內(nèi)容，加大綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的比重，加大實(shí)驗(yàn)室開放的力度，加強(qiáng)現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，大力開展仿真實(shí)驗(yàn)、模擬實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)選課系統(tǒng)的研究。然而，很多學(xué)校仍然無法保證實(shí)踐課程的開出率、開課條件和教學(xué)質(zhì)量。

三、虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢

虛擬實(shí)驗(yàn)是指借助于多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)在計(jì)算機(jī)上營造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)各操作環(huán)節(jié)的相關(guān)軟硬件操作環(huán)境，實(shí)驗(yàn)者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所取得的實(shí)驗(yàn)效果等價于甚至優(yōu)于在真實(shí)環(huán)境中所取得的效果。

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺作為新的教學(xué)媒體，可以有效地突破生物分離實(shí)驗(yàn)的瓶頸，成為真實(shí)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，在特定的情況下可以發(fā)揮獨(dú)特作用，促進(jìn)生物分離實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效開展，為完善實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)提供保障。它的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾方面：

一是打破空間、時間的限制。利用虛擬實(shí)驗(yàn)，可以徹底打破時間與空間的限制，有利于學(xué)生自學(xué)。

二是節(jié)約成本，彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)師資力量薄弱的不足。生物分離實(shí)驗(yàn)的很多設(shè)備、器材、試劑價格不菲，在教學(xué)中，往往會因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)備、場地、經(jīng)費(fèi)、師資等緊缺而使一些應(yīng)該開設(shè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行。虛擬實(shí)驗(yàn)在保證教學(xué)效果的前提下，極大地節(jié)省了成本。

三是規(guī)避風(fēng)險，安全省心。虛擬實(shí)驗(yàn)的一大特點(diǎn)是，通過鍵盤和鼠標(biāo)來實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程和對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察。從某種角度看，可以有效地避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作所帶來的安全問題。

四是實(shí)時更新，與時俱進(jìn)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容和相關(guān)配套設(shè)備相對固定，而虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)備與耗材是虛擬的，可以根據(jù)最新的研究進(jìn)展隨時生成新的設(shè)備。教學(xué)內(nèi)容也可以不斷更新，使實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及時跟上技術(shù)的發(fā)展。

五是形象直觀，互動性強(qiáng)。虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)⒊橄蟾拍钤怼⒃O(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造、實(shí)驗(yàn)過程生動地呈現(xiàn)出來，幫助學(xué)生掌握其實(shí)質(zhì)。虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M真實(shí)的實(shí)驗(yàn)場景，虛擬的沉浸性和交互性，可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，使學(xué)生能夠在虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中扮演一個角色，全身心地投入到學(xué)習(xí)環(huán)境中去，這非常有利于學(xué)生的技能訓(xùn)練。

四、引入虛擬實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)精品課程網(wǎng)站的輔學(xué)功能

在精品課程網(wǎng)站中引入虛擬實(shí)驗(yàn)，有利于增強(qiáng)精品課程網(wǎng)站的輔學(xué)功能。以湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院為例，該學(xué)院生物分離工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用“虛”、“實(shí)”交替的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行了2年的教學(xué)實(shí)踐，進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)操作的學(xué)生共計(jì)110人，取得了較好的效果。筆者對這些學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，問卷調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

根據(jù)問卷調(diào)查結(jié)果可知，學(xué)生普遍認(rèn)為虛擬實(shí)驗(yàn)的引入有利于提高學(xué)習(xí)興趣，通過訓(xùn)練可加深對理論知識的理解，對實(shí)驗(yàn)操作技能培養(yǎng)也有一定的幫助，是一種很好的輔助學(xué)習(xí)工具，開展虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)非常有必要。但是也存在一些問題，57.3％的學(xué)生認(rèn)為虛擬實(shí)驗(yàn)操作過程的交互性不夠，虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境還不能因人而異，缺乏個性化，未能給學(xué)生提供足夠的探索學(xué)習(xí)的空間。總的來說，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功能模塊基本能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，教學(xué)效果良好。但是，由于虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的開發(fā)制作尚處于探索階段，還需要加大投入，不斷改進(jìn)和完善。

目前，精品課程網(wǎng)站中實(shí)驗(yàn)教學(xué)引入虛擬實(shí)驗(yàn)，還有很多工作要做，需要學(xué)校高度重視，并給予經(jīng)費(fèi)支持，需要專業(yè)教師與虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員通力合作，增加虛擬實(shí)驗(yàn)的趣味性、設(shè)計(jì)性、綜合性，制作出高水平的虛擬實(shí)驗(yàn)，惠及廣大學(xué)生。