動物生產(chǎn)學課程利用虛擬仿真實驗平臺教學的幾點建議

王兆淼 黃孜豪 李嘉瀅 杜雨澎

（白城師范學院 生命科學學院，吉林 白城 137000）

目前，虛擬仿真實驗教學已經(jīng)成為高等院校信息化教育的重要建設內(nèi)容，也是高等院校實驗教學改革的發(fā)展方向。虛擬仿真實驗教學在解決傳統(tǒng)實驗設備不足、場地不足、管理人員不足、學生實踐時間不足等方面有著天然的優(yōu)勢，又因其具備仿真性、交互性、安全性等特點，而受到了各高校的擁躉[1]。

一、虛擬仿真實驗平臺建設情況

（一）虛擬仿真實驗平臺建設背景

2013 年教育部啟動國家級虛擬仿真實驗教學中心建設項目，各高校積極響應，至2019 年，教育部公布首批國家級一流本科課程認定結果，認定5118 門課程為首批國家級一流本科課程，其中虛擬仿真實驗教學一流課程728 門；2021 年，將認定5000 門左右含虛擬仿真實驗教學的第二批國家級一流本科課程。

（二）國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺情況

在國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺，現(xiàn)有2079門各類型實驗課程，其中動物類56 門，生物科學類73 門，涵蓋了動物科學、動物醫(yī)學專業(yè)理論學習、實驗教學、野外實習等多個教學環(huán)節(jié)，涉及動物解剖、動物營養(yǎng)、動物生產(chǎn)、動物繁殖、動物組織培養(yǎng)、動物微生物、動物生物化學等多門專業(yè)課程。

二、虛擬仿真實驗技術的特點

（一）虛擬仿真實驗技術的優(yōu)勢

虛擬仿真實驗教學通過構建高度仿真的實驗環(huán)境，可達到傳統(tǒng)實驗難以實現(xiàn)的實驗教學效果，尤其在涉及一些高危、極端的實驗環(huán)境，高消耗及大型綜合性實驗項目，虛擬仿真實驗可以更加高效、安全、快速、經(jīng)濟、可重復[2]；同時，虛擬仿真實驗還縮短了實驗人員在空間上的距離，將遠距離實驗變?yōu)榭赡埽岣吡诉h程教育效率，可操作性更強。

（二）虛擬仿真實驗存在的問題

現(xiàn)階段，虛擬仿真實驗教學項目在各高校掀起了開設的高潮，但是各高校虛擬仿真實驗教學項目建設存在技術標準不統(tǒng)一、資源兼容性差。管理平臺的系統(tǒng)架構、數(shù)據(jù)庫支持、功能模塊、運轉(zhuǎn)流程等各不相同，相互對接存在障礙，實驗項目的共享還不能真正發(fā)揮效果。部分虛擬仿真實驗項目建設為求新而求新，雜亂無章、硬件堆積的現(xiàn)象時有發(fā)生。因此，當前亟需明確虛擬仿真實驗項目建設規(guī)范[3]。

三、動物生產(chǎn)學實驗課程開設虛擬實驗教學項目的必要性

（一）克服動物生產(chǎn)學課程實驗實踐教學不利因素的需要

動物生產(chǎn)學課程是為本科高校及高職類學校動物科學、動物醫(yī)學、畜牧學等專業(yè)開設的專業(yè)課程，課程內(nèi)容涉及豬、禽、牛、羊的品種與雜交利用、營養(yǎng)與飼料、繁殖技術、種畜禽飼養(yǎng)管理、幼畜禽培育、畜禽產(chǎn)品的安全生產(chǎn)、畜禽舍建筑設計與設備、畜禽場的籌措與經(jīng)營管理等有關知識與技術，實驗課程利用豬、禽、牛、羊開展一系列涉及繁殖、飼養(yǎng)管理、畜產(chǎn)品安全檢驗及畜牧場設計等實驗內(nèi)容。以實驗動物活體來操作，存在實驗周期長、環(huán)境污染重、安全性低、動物福利水平不高等缺點，利用虛擬仿真技術，在計算機上完成實驗流程，克服了以上不利因素，學生可以在虛擬仿真實驗平臺上先期完成整個實驗流程，課下利用實驗平臺做進一步的知識點固化，因此有必要在動物生產(chǎn)學實驗課程開設虛擬仿真實驗教學項目。

（二）實驗動物福利的需要

實驗動物的福利問題一直是困擾高校、科研機構開展動物實驗的難點，利用虛擬仿真實驗平臺，能夠通過計算機程序、互聯(lián)網(wǎng)平臺、VR 技術、大數(shù)據(jù)等資源，減少實驗動物的使用數(shù)量，降低實驗的不穩(wěn)定性，提高實驗的準確性，因此有必要在動物生產(chǎn)學實驗課程開設虛擬仿真實驗教學項目。

（三）實驗教學改革與創(chuàng)新的需要

王紫薇[4]等提出將傳統(tǒng)的“理論+實驗演示”教學模式轉(zhuǎn)變成“問題引導+虛擬仿真實驗平臺實驗操作+總結”教學模式，并對使用虛擬仿真軟件和未使用虛擬仿真軟件的學生進行問卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)使用虛擬仿真軟件的學生認為對自身學習有幫助和對教師教學滿意的比例增加，學生的課前準備也有很大的提高。

四、利用虛擬仿真實驗教學平臺的效果

（一）教學效果

2019 年，我國經(jīng)歷了突然爆發(fā)的公共事件，為了達到“停課不停學”的教學要求，作者首次利用“國家虛擬仿真實驗教學課程共享平臺”，完成了《馬的虛擬解剖實驗》等虛擬仿真實驗教學項目；2020 年，完成了《豬的外形評分及肉質(zhì)鑒定》《雞胚孵化及蛋雞飼養(yǎng)》等虛擬仿真實驗教學項目。通過兩年來的實際利用，作者發(fā)現(xiàn)學生對實驗課程要求掌握的知識點更加易于理解，在實踐操作中上手快、準確率高；同時減少了實驗動物的浪費，節(jié)約了實驗成本的支出。虛擬仿真實驗平臺中的其他課程，如生物化學、組織培養(yǎng)、動物繁殖等相關的虛擬實驗教學項目，也有效支撐了動物生產(chǎn)學課程的教學效果。

（二）技能大賽效果

利用國家虛擬仿真實驗教學課程共享平臺，組織開展學科技能大賽，在規(guī)定比賽時間1 小時內(nèi)，利用考核模式完成馬的消化系統(tǒng)和骨骼的虛擬解剖，其中消化系統(tǒng)34 個采分點，骨骼27 個采分點。2 個班級60 名同學，有38 人達到優(yōu)秀水平，20 人達到良好水平，2 人達到及格水平，技能大賽效果良好。

（三）實操效果

大多數(shù)虛擬仿真實驗都設置了教學模式、練習模式和考核模式，利用教學模式，和理論課程相結合，直觀展示教學內(nèi)容，相比于傳統(tǒng)的利用多媒體教學，有效提升了學生對重點知識的理解；練習模式，學生在課上經(jīng)過理論知識的教學后，可以在課下進行重復實驗，加強了學生對知識的鞏固，同時為實驗實踐環(huán)節(jié)的實際上手操作提前進行了準備工作，提高了實操的準確性；考核模式，減少了實驗考試實驗動物的使用數(shù)量，符合實驗動物“3R”原則，同時為實驗考核提供了一個新的考核方式。

五、教學過程中的幾點建議

（一）在加強虛擬仿真實驗的同時突出實驗實踐操作環(huán)節(jié)

不能一味地依靠虛擬仿真實驗，而忽視實踐操作環(huán)節(jié)。虛擬仿真實驗并不等于一切，培養(yǎng)動物科學、動物醫(yī)學、畜牧學專業(yè)的學生，理論知識和動手能力要相輔相成，缺一不可，在學生未來就業(yè)中，動手能力要更加突出，因此，在完善和不斷利用虛擬仿真實驗的同時，更要抓住實踐操作環(huán)節(jié)的能力培養(yǎng)。

（二）加強虛擬仿真實驗共享成果

在現(xiàn)有的虛擬仿真實驗共享平臺中，關于動物科學、動物醫(yī)學、畜牧學專業(yè)的虛擬仿真實驗還比較少、類型較為單一，或者部分虛擬仿真實驗沒有共享，建議加大虛擬仿真實驗項目的建設，加大虛擬仿真實驗的共享力度，滿足各高校相關專業(yè)對虛擬仿真實驗的需求。

（三）提高高校教師信息化水平

虛擬仿真實驗技術的運用和推廣會越來越快，對高校教師的信息化應用能力也提出了新的要求。因此，有必要加強高校教師在信息化技術應用方面的能力再培養(yǎng)，拓寬高校教師的專業(yè)方向、創(chuàng)新能力。

（四）加強校企合作，服務人才需求

通過校企合作，資源優(yōu)勢互補，建立更多的能夠適應地方特色、服務地方經(jīng)濟的虛擬仿真實驗項目，調(diào)整虛擬仿真實驗項目建設方向，與人才培養(yǎng)戰(zhàn)略相適應，滿足地方經(jīng)濟發(fā)展的人才需要。

六、對未來虛擬仿真實驗教學的展望

通過虛擬仿真實驗直觀、系統(tǒng)地講解理論知識和操作實驗步驟，結合線下的理論教學和實驗室操作進一步鞏固所學原理和實驗操作，以提高學生的興趣和時間利用效率。同時，這將為提高實驗教學質(zhì)量，激發(fā)學生的自主學習能力和創(chuàng)新實踐能力提供新方式，也為改進生物學實驗教學方式，提供一定的幫助和參考[5]。虛擬仿真實驗教學是信息化教育的重要組成部分，教育部等相關部門對虛擬仿真實驗教學寄予厚望，相信在教育主管部門的領導下，在各高校、各科研機構、各技術公司的共同協(xié)作下，虛擬仿真實驗教學將越來越快地走進高校、更加貼合人才培養(yǎng)需要。