養殖類專業本科段細胞生物學實驗課程自主學習教學資源庫構建設想

陳思懷+唐發書+高繼業

摘 要：為了使養殖類專業的學生完成細胞生物學實驗課程的自主學習，該文就課程基本信息、教師課堂再現、教師操作示范替代、虛擬實驗、自動評分試題等教學資源庫的構建與應用進行了介紹，旨在為細胞生物學實驗課程的教學改革提供參考。

關鍵詞：自主學習；屏幕錄像；虛擬現實；自動評分

中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）05-0128-03

Abstract：To enforce the self-regulated learning about experimental course of cell biology for cultivation speciality，the construction ideas and applications of teaching resources which including basic course information，reappearance of lessons，substitute of teachers' operations，virtual experiments and examination questions given automatic score were all introduced respectively. This article could provide some suggestions for teaching reforms about experimental course of cell biology.

Key words：Self-regulated learning；Kinescope recording；Virtual reality；Automatic score

細胞生物學是水產養殖、動物醫學、動物科學等養殖類本科專業的知識拓展課程。其實驗內容在涉農高等院校中未單獨設課，但實驗內容多、綜合性強、教學學時少、完成實驗時間長。傳統的實驗教學方式為“課堂講授—教師操作示范或播放視頻—學生操作—實驗報告”。該教學模式中教師會占據大量的學生課堂時間；因未體現學生的主體地位，不利于提升學生的實驗參與度、學習積極性、自主學習能力、分析與解決問題能力；也不利于學生實踐實訓能力、創新思維的培養[1]。現擬推行“課前自主學習—課堂教師答疑或強調—學生操作—實驗報告—課后自主檢測”的實驗教學方式。該教學改革克服了傳統實驗教學方式的各種弊端，但需教師構建自主學習平臺和提供以下相關教學資源。

1 基本教學資源模塊

隨著計算機、移動通訊設備的普及與網絡技術的發展，使得知識的獲取途徑除傳統課堂外，網絡成為學習的重要渠道。學生的在線學習、遠程學習以及泛在學習變為可行。故基本教學資源首先應建立有細胞生物學實驗課程的Web網頁或App（application program）移動客戶端，并上傳于校園服務器[2]。學生利用個人電腦、圖書館電子學習室計算機、手機等工具通過internet或Wi-Fi（Wireless Fidelity）訪問瀏覽或下載學習相關教學資源。其次，基本教學資源應呈現實驗課程大綱、實驗課程進度表、實驗教學PPt（PowerPoint）課件、教師講義、實驗指導電子書、實驗報告規范格式、實驗考核方式以及教師的特殊要求等，讓學生對該課程有整體認識和理論學習。

2 教師課堂教學資源模塊

傳統教師授課以PPT課件替代板書，講授實驗原理、實驗設計、實驗步驟、實驗結果以及實驗注意事項等內容，不但占用大量的實驗時間，還因時空限制學生難以深刻、透徹理解。課堂教學視頻則較好解決實時課堂的不足，但不推薦使用數碼攝像機錄制的DV（Digital Video），因為文件大，占用服務器空間以及學生不易在線和下載觀看。目前采用如BB FlashBack Pro Recoder、Bandicam、Camtasia studio、KKcapture等軟件錄制的屏幕錄像視頻廣泛用于網絡課程的視頻教學[3]。以第一種錄屏軟件為例，以每次的實驗內容為學習單元，以PPT課件為內容載體，把顯示器顯示的圖文、教師教學的語音、鼠標的運行軌跡同步錄制，再應用電子粉筆（教鞭）軟件實現在電子白（黑）板的即寫即畫。與真實課堂相比，除教師的肢體語言和交流互動不能實現外，其余完全能代替真實課堂的再現。這種流媒體可以Flash文件（*.swf）格式儲存，文件小，方便網絡傳輸與學生的課前反復多次學習。

3 操作視頻教學資源模塊

細胞生物學實驗多為綜合性實驗，常涉及儀器使用和實驗操作技能。學生在實驗前不熟悉或未掌握相關的操作，因此常常需教師示范才能獨立開展實驗。但因多人圍觀難保證學習效果和耗占學生實驗時間的缺陷，教師操作演示由視頻教學替代。操作視頻包括儀器使用和實驗全程操作。對于實驗涉及的儀器如干熱滅菌箱、CO2培養箱、高壓滅菌儀、離心機、恒溫水浴鍋、PH計、移液器、超凈工作臺、相差（倒置）顯微鏡、細胞計數儀等分別錄制其使用方法的DV，讓學生選擇學習；對于實驗全程包括實驗準備、動物取材、染色技術、拍照技術、分析方法等實驗技術、實驗操作過程、操作效果等內容則按照實驗步驟作連續攝錄。由于該視頻文件大，應合理拆分成連續的小視頻，以微課或慕課（Massive open online courses，MOOC）的形式呈現，方便通過網絡自主學習[4]。

4 虛擬實驗室教學資源模塊

虛擬仿真實驗教學包括操作虛擬、數字切片、虛擬細胞3方面內容。其中實驗操作虛擬是綜合虛擬現實、多媒體人機交互、數據庫以及網絡通信等技術，通過構建逼真的實驗操作環境和實驗對象，使學生在開放、自主、交互的虛擬環境中模擬實驗全過程[5]。目前該技術已廣泛應用于生物學、醫學解剖學、外科學的實驗教學或臨床[6-7]。在開設的細胞生物學實驗如細胞原代培養，針對操作步驟“取材—機械剪碎—酶消化—吹打分散—過濾離心—計數接種”中每一環節的材料或儀器作3D顯示，器材的工作過程與實驗對象變化過程均實現逼真模擬。學生通過復練習操作過程和觀察分析每個操作步驟中實驗對象的變化，將有助于對實驗全程的理解。數字切片是指通過玻片掃描儀在不同倍率下掃描觀察區（細胞組織區）并合成一張可無級放大，包含原切片的全息圖片。該技術已見用于動物組織學、病理學、寄生蟲病學等形態學科的實驗教學和病理遠程診斷[8]。細胞生物學開設的細胞培養、細胞融合、染色體核型分析、免疫細胞化學染色、基因轉染等實驗的結果均可在載玻片上觀察，通過數字切片的制作，學生可提前對實驗結果作觀察與分析。虛擬細胞是利用細胞分子生物學、基因組學、蛋白質組學等生命科學現有的實驗數據與成果，結合生物數學、計算機技術，構成一個虛擬的細胞體系[9]。應用該技術可研究“細胞”經“實驗處理后”其形態結構、物質代謝、基因表達、信號轉導等方面的變化，預測實驗結果。該技術不但不耗實驗成本開展模擬實驗，還能培養學生的科研思維。

5 自動評分試題庫教學資源模塊

學生完成實驗后還應對實驗內容的相關知識深入分析、拓展學習和自我檢測其掌握程度。試題（習題）則是較好的學習載體。可針對實驗原理、實驗材料、實驗步驟、實驗準備、實驗操作、實驗結果以及實驗分析等方面編制試題，供學生自我檢測和補充學習。傳統試題及參考答案采用Word、Excel等軟件編制，但不能在線答題和快速統計得分，限制了學生的泛在學習。應用Delphi、Visual Basic等編程語言或Flash、Wandershare Quize Creator等軟件制作自動評分試題則解決了試題的交互性[10，11]。值得推薦使用Wandershare Quize Creator軟件，該軟件使用簡單而且能編制單項與多項選擇題、判斷題、填空題、點圖題以及問答題等主客觀題型，特別是能在各類題型的題干中添加圖片與視頻，這非常適合針對細胞生物學各實驗的結果或操作過程的考核。學生完成答題后點擊“提交”即刻知曉成績；點擊“回覽”，參考答案在各題的原位顯示，這有助于學生比對學習。

6 結語

自主學習、自主服務、自主管理的能力培養是本科生人才培養和國家卓越農林人才培養的重要內容。雖自主學習占用學生大量課余時間，但對提高課堂效率、夯實實驗技能、提升分析問題能力等方面發揮重要作用。隨著計算機技術、網絡通訊技術的發展，學生的在線學習、遠程學習、泛在學習等學習方式將成為重要的知識獲取途徑。這就要求根據各專業學科的性質與特點，結合各種數碼技術、網絡技術、計算機應用軟件，開發出更多適合自主學習的教學課件或教學資源，將之服務于學生、輔助于教學。

參考文獻

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[11]陳思懷，朱周福，唐發書.動物組織學與胚胎學實驗課程自動評分試題庫構建[J].黑龍江畜牧獸醫，2013，（10）：159-160.

（責編：徐煥斗）