線上教學平臺在機能學實驗教學中的實踐與探索

趙西梅 孔群 弭德玲 馬雪敏 孫庚華

摘 要：傳統的線下實驗教學模式存在一定弊端，特別是以研究動物機能活動為主的機能學實驗，它依賴必要的活體動物、實驗場所、實驗設備等，且實驗成功率較低。因此基于線上平臺的實驗教學模式探索勢在必行，通過虛擬仿真平臺實現了線下實驗項目的真實模擬，利用學習通平臺實現了教學過程的綜合管理，二者結合可以消除傳統線下教學弊端，降低教學成本，提高教學質量。

關鍵詞：機能學實驗;學習通;虛擬仿真平臺

中圖分類號：G642;G434 文獻標識碼：A 收稿日期：2020-10-10 文章編號：1674-120X（2020）32-0065-02

近年來，隨著互聯網科技的不斷發展，大數據、虛擬現實、云計算等信息技術促進了信息時代下各行業的蓬勃發展。借助信息技術，教育方式也不斷向云上化、智能化、移動化方向演變。針對實驗教學課程的虛擬仿真平臺也應運而生，它是將實驗內容、儀器設備、操作流程等融合一體的線上學習系統。2020年伊始，突如其來的新冠肺炎疫情，給高校正常的教學秩序帶來了沖擊，齊魯理工學院基礎醫學實驗中心積極響應教育部“停課不停學”的指示精神，利用線上教學平臺保證實驗教學秩序正常進行，在充分的實踐探索中摸索出“虛擬仿真平臺+學習通”的教學模式。

一、機能學實驗教學的特點

機能學實驗是一門研究生物體正常機能、疾病發生機制和藥物作用規律的實驗性科學。它是將生理學、藥理學及病理生理學三門課程的實驗內容有機結合在一起而形成的一門綜合性、研究性的實驗課程，面向護理學、臨床醫學等醫學類專業開設。

機能學實驗多選用活體動物或離體組織器官作為實驗對象，實驗成本高，操作要求高，難度大。傳統的機能學實驗教學大多需要教師進行示教演示，這種方式可以讓學生直觀地看到實驗操作步驟，但浪費了寶貴的課堂時間，有些班級人數較多，很多學生無法近距離觀看，教學效果差。此外，由于相關儀器設備數量有限，實驗室場地和課時受限，因此學生對儀器設備操作不熟悉，不能完全掌握機能實驗操作技術。

二、線上教學平臺

（一）虛擬仿真實驗教學平臺

虛擬仿真實驗教學平臺是將真實的和仿真的機能學實驗集成一體的實驗教學軟件系統。該系統包含虛擬實驗課程、線上課程資源、虛擬仿真實驗資源三大模塊。該系統有學生端和教師端，學生可以登錄學生端系統進行自主學習，學習資源包括文字、圖像、Flash交互動畫等。學生還可以自主完成虛擬實驗項目的操作練習和線上課程資源的學習。教師端提供數據管理功能，教師可以導入學生名單、建立班級、上傳課件、上傳視頻、布置作業、發布考試、批閱試題等。系統中每個仿真實驗包括簡介、原理、模擬、視頻、波形和考試6部分的內容，便于學生對實驗操作的全方位理解和掌握。

（二）學習通教學平臺

學習通教學平臺是由超星集團打造的知識傳播與管理分享平臺，提供移動學習、知識共享、移動社交、組織管理四位一體的知識服務。該平臺支持PC端和移動端，非常適合在線教學和知識傳播，為各大高校構建基于智能移動端的教學服務提供了有力的支撐，且實現了學生學習個性化、課程教學動態化、資源獲取便捷化、教學管理透明化。它還可以實現課前預習、課堂教學、課后復習檢測等教學過程，能提供覆蓋課程互動的豐富的活動，支持簽到、提問、搶答、投票、討論等功能。

三、虛擬仿真實驗教學平臺和學習通教學平臺結合的教學模式

（一）虛擬仿真實驗教學平臺的應用

1.預習實驗

學生在課前利用虛擬仿真實驗教學平臺對實驗進行預習，結合理論課所學習的知識，認真學習實驗簡介和原理，并觀看視頻進行模擬操作。在實驗之前利用虛擬平臺預習實驗，學生可以像在真實的環境中一樣運用各種虛擬實驗器械，利用鼠標的拖拽與鍵盤的點擊來選擇操作的儀器和實驗對象。這樣可以對實驗模型進行實時仿真操作，包括抓取、稱重、注射麻醉、手術等，學生在有趣的模擬操作中可以熟練掌握實驗步驟。通過預習，學生在正式實驗時可減少盲目操作，縮短指導教師示教的時間，大幅提高實驗成功率。

2.拓展學習

在現實中進行機能學實驗會受到多方面的限制，如實驗室環境、實驗試劑等因素會導致實驗無法正常開展。比如：有些實驗項目受學時限制，一些耗時較長的綜合性實驗項目無法在課上完成;有些實驗項目所用儀器設備價格高昂，維護成本高，利用率低。針對此類情況，學生可以利用虛擬仿真實驗教學平臺，對此類實驗項目進行模擬學習，從而彌補傳統實驗的弊端。此外，學生還可以根據自己的興趣來自主進行虛擬實驗，從而驗證理論，發散思維，做到舉一反三。通過虛擬仿真實驗教學平臺，學生可以自主擴展實驗，這有利于打破傳統實驗教學的瓶頸，豐富機能學實驗項目，拓寬學生的視野，為創新性、設計性實驗教學提供支撐。

3.零成本多次模擬實驗

實驗課與理論課不同，實驗課程要求學生根據實驗過程進行觀察與分析，總結歸納出理論原理，這就要求學生充分理解實驗過程并認真分析結果。在傳統教學模式下，學生在課上做完實驗后，有時會忘記實驗過程中所用儀器設備、藥品、劑量大小等關鍵知識。單純依賴課本進行復習無法幫助學生準確回憶操作過程，且線下復盤的成本高。針對此種情況，學生可以利用虛擬仿真實驗教學平臺，根據自己掌握知識的情況來自主進行選擇性復習實驗，它擺脫了傳統線下實驗的種種依賴，無時間、地點、儀器等限制。顯然，這種方式將實驗成本和學習成本都降到了最低。另外，學生利用虛擬仿真實驗教學平臺可反復模擬，過程也可中斷、暫停。這種低成本甚至零成本的學習方式，將提高學生的自主性，培養其探索性的實驗思想。

（二）學習通平臺介入教學過程管理

虛擬仿真實驗教學平臺能夠滿足學生自主學習的需求，但是該平臺缺少教師和學生之間實時的交流互動和學生學習情況的反饋，即教師無法準確掌握每個學生的參與情況和學習過程中所遇到的問題，也無法開展統一的線上討論活動。筆者借助學習通教學平臺對整個實驗教學過程進行全生命周期管理，建立了機能學實驗課程，上傳了課程教學日歷、教學大綱、課件、視頻等教學資源。以實驗項目為單元建立了章節目錄，每一個虛擬仿真實驗教學平臺的實驗項目都有一個學習通教學平臺的章節對應，這樣做到了一對一匹配，有利于提高教學質量。

1.任務引導

為提高學生學習的積極性和主動性，筆者利用學習通教學平臺在實驗課前發布任務清單，明確學生在課前需要完成的任務，提高實驗預習的成效。任務包括學習實驗項目相關理論知識、虛擬仿真實驗項目的操作練習、視頻觀看、討論等。例如，在進行“尿生成的影響因素”實驗項目之前，要求學生在學習通教學平臺中學習本實驗項目相關的知識：尿液的生成過程，影響尿液生成的因素，去甲腎上腺素、呋塞米的藥理作用等相關知識。然后完成討論題，通過此方式，教師可以檢測學生對基本理論知識的掌握情況。此外，學生也可以在學習通教學平臺上分享自己的觀點，查看其他同學的觀點。最后，學生完成虛擬仿真實驗項目的操作練習和視頻觀看。教師則借助學習通教學平臺布置階梯式的任務，為學生營造了闖關的學習氛圍，從而引導學生在實驗課前完成所布置的任務，讓學生在課上帶著問題參與到實驗項目的探究中。

2.課堂互動

在上課時運用學習通教學平臺的投屏功能可以實現機能學實驗空中課堂與線下課堂的無縫銜接，所有課堂的教學活動在學習通教學平臺中都可同步呈現。比如，教師在課前可以發布簽到，來記錄學生每次的考勤;也可以在授課過程中進行提問，根據學生的回答，給予一定的加分獎勵，充分調動學生學習的積極性，實現教師與學生的實時互動。最后，通過測驗檢測學生本次實驗課的掌握情況，并把每道題的答題情況向學生清晰地展現出來，包括每個選項選擇的人數和百分率。這樣教師可以準確地把握學生的掌握情況，有針對性地進行答疑，學生也可以尋找差距，反思錯題，不斷進步。

3.課程考核

把機能學實驗課程考核計入學生的平時成績，將過程性考核納入期末成績中，更能反映學生真實的學習情況。平時成績考核包括線上和線下兩部分，線上主要是利用學習通教學平臺進行課程考核。學習通平臺可以準確記錄每名學生的平時學習情況和課堂參與及互動情況，包括視頻觀看的時長、測驗正確率、提問搶答所得分值、章節學習次數、任務點完成、討論參與情況等。教師只需要設置好每部分成績所占比例，后臺系統會自動計算出學生線上學習成績。

四、結語

在機能學實驗教學中，引入虛擬仿真實驗教學平臺，能為學生的自主學習提供了優質的資源。學生可以在反復的操作練習中掌握要領，提高實驗成功率和學生分析問題及解決問題的能力。平臺中豐富的實驗項目和多維度的實驗結果分析，能幫助學生提高學生的創新和思辨的能力，在主動探索過程中養成遇到難題查閱資料、總結分析、獨立解決問題的好習慣。以學習通教學平臺構建的機能學實驗“空中課堂”是對傳統線下課堂的補充，也是課堂教學活動和師生互動的載體。虛擬仿真教學平臺和學習通教學平臺兩個線上教學平臺優勢互補，充分體現了學生參與、以實驗內容為主體、教師輔助引導的實驗教學理念。文章希望通過對這兩個平臺的結合應用和實踐，為機能學實驗教學提供實踐指導。

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