基于虛擬仿真實驗及測評的混合式教學(xué)實踐

鄧可

[摘 要] 實驗教學(xué)能力是師范生專業(yè)素養(yǎng)的重要組成部分。在后疫情時代，如何更好地提升高校實驗課的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)師范生的實驗教學(xué)能力已經(jīng)成為當(dāng)下教育關(guān)注的重點。通過師范生教師教育類“中學(xué)生物實驗教學(xué)研究”課程的教學(xué)改革，借助虛擬仿真實驗平臺和網(wǎng)絡(luò)課程平臺，將真實實驗與虛擬仿真實驗相結(jié)合，制定了虛擬仿真實驗線上新型混合式教學(xué)實踐方案，并構(gòu)建了虛實結(jié)合的課前、課中和課后三階段混合式教學(xué)實踐過程，同時使用虛擬仿真測評系統(tǒng)進(jìn)行了線上線下、定性定量的實驗教學(xué)評價的改革。

[關(guān)鍵詞] 生物實驗;虛擬仿真實驗;混合式教學(xué);教學(xué)評價

[基金項目] 2020年度第一批教育部產(chǎn)學(xué)研合作協(xié)同育人項目“基于虛擬仿真測評技術(shù)的‘中學(xué)生物實驗教學(xué)研究’混合式教學(xué)實踐改革”（202002056021）

[作者簡介] 鄧 可（1973—），女，四川岳池人，生物學(xué)碩士，貴州師范學(xué)院生物科學(xué)學(xué)院副教授，主要從事生物學(xué)科教育研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）07-0145-04 [收稿日期] 2021-08-18

新冠肺炎疫情爆發(fā)以來，我國各大高校積極貫徹教育部指示精神，組織開展了豐富多樣的線上教學(xué)，并取得了顯著的成效。隨著疫情的常態(tài)化發(fā)展，線上教學(xué)已經(jīng)成為日常教學(xué)的一種重要手段[1]。但是，由于實驗課程的特殊性，必須借助實驗儀器才能完成實踐教學(xué)活動，單純的線上教學(xué)很難完成真實課堂的實驗教學(xué)任務(wù)。因此，如何確保實驗教學(xué)的效果和質(zhì)量，順應(yīng)時代發(fā)展、積極應(yīng)對教育課程改革和現(xiàn)實問題，已成為當(dāng)前高校教學(xué)改革的研究熱點。

一、“中學(xué)生物實驗教學(xué)研究”虛擬仿真混合式教學(xué)改革思路

“中學(xué)生物實驗教學(xué)研究”是高等師范生物科學(xué)專業(yè)的教師教育類實踐課程。該課程的課程目標(biāo)是，培養(yǎng)生物科學(xué)專業(yè)師范生從事中學(xué)實驗教學(xué)工作所必備的實驗操作技能和實驗教學(xué)能力，進(jìn)而培養(yǎng)師范生進(jìn)行中學(xué)生物實驗教學(xué)研究的能力。“中學(xué)生物實驗教學(xué)研究”課程的開設(shè)，為師范生將來踏入教師行業(yè)，進(jìn)行生物學(xué)實驗教學(xué)奠定了基礎(chǔ)。由此可見，該課程對于生物師范生未來發(fā)展具有極其重要的意義和價值。

“中學(xué)生物實驗教學(xué)研究”的課程內(nèi)容主要包含兩個部分：實驗操作部分和實驗教學(xué)研究部分，該課程要求師范生不僅要完成中學(xué)生物教科書中的實驗操作，還需要對中學(xué)生物實驗中的實驗材料、實驗方法和實驗器材等方面進(jìn)行研究改進(jìn)，但由于生物學(xué)實驗很容易受到地域、環(huán)境和季節(jié)等因素的影響，加之實驗教學(xué)課時有限，學(xué)生對中學(xué)生物實驗教學(xué)的研究往往浮于表面，僅能完成實驗操作。隨著教育信息化的改革逐漸深入，虛擬仿真實驗逐漸成為實驗教學(xué)中的重要手段和方法。虛擬仿真實驗在操作中具有安全、靈活、可重復(fù)等特點，并且不受時空的限制，因此，可以將真實的實驗教學(xué)與虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境相結(jié)合，兩者取長補(bǔ)短[2]。結(jié)合國家要求和專業(yè)特點，本課程對各類虛擬仿真實驗平臺進(jìn)行了比較，最終，“中學(xué)生物實驗教學(xué)研究”課程采用“NOBOOK仿真實驗系統(tǒng)+學(xué)習(xí)通平臺”作為線上教學(xué)平臺，進(jìn)行線上模擬實驗。同時，充分利用已有的實驗條件，開展線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)，并進(jìn)行了相關(guān)的實踐和探索，取得良好的效果。

二、“中學(xué)生物實驗教學(xué)研究”虛擬仿真混合式教學(xué)實踐方案

為了達(dá)成“中學(xué)生物實驗教學(xué)研究”的課程目標(biāo)要求，本課程的虛擬仿真混合式教學(xué)的具體實踐方案分為兩大板塊，分別是：教師板塊和學(xué)生板塊。教師板塊主要包含任課教師進(jìn)行建設(shè)課程平臺、學(xué)生信息管理、課程實施管理三個方面。首先，教師會結(jié)合“中學(xué)生物實驗教學(xué)研究”教學(xué)實際情況，建設(shè)學(xué)習(xí)通課程平臺，并在其中發(fā)布相關(guān)學(xué)習(xí)任務(wù)，上傳課程視頻資源和文字材料等;學(xué)生板塊主要是學(xué)生進(jìn)行個人學(xué)習(xí)任務(wù)管理、學(xué)習(xí)思維拓展與延伸、虛擬仿真—真實實驗結(jié)合三個板塊。在進(jìn)行虛—實結(jié)合實驗時，學(xué)生可先利用任課教師搭建好的課程平臺進(jìn)行課程預(yù)習(xí)，同時采用虛擬仿真實驗進(jìn)行實驗操作，在真實實驗課堂時，針對虛擬仿真實驗操作中的問題，進(jìn)行實驗改進(jìn)，并上傳實驗結(jié)果，學(xué)生通過學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行分享交流，同時對實驗結(jié)果進(jìn)行小組互評和教師評定。

三、“中學(xué)生物實驗教學(xué)研究”虛擬仿真混合式教學(xué)實踐過程

1.課前準(zhǔn)備。在每次實驗開始前一周，任課教師通過已經(jīng)建立好的課程資源平臺上傳相關(guān)資源、發(fā)布相關(guān)實驗學(xué)習(xí)任務(wù)，并在課程群討論組或班級QQ群告知學(xué)生利用學(xué)習(xí)通平臺進(jìn)行預(yù)習(xí)，學(xué)生通過查看任務(wù)結(jié)合平臺資源，在NOBOOK虛擬仿真實驗進(jìn)行實驗操作，系統(tǒng)自動記錄并評分，同時在學(xué)習(xí)通平臺完成預(yù)習(xí)。在課程前三天，學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組，通過學(xué)習(xí)通和QQ群開展預(yù)習(xí)研討會，學(xué)生結(jié)合預(yù)習(xí)結(jié)果與虛擬仿真實驗操作，分小組討論實驗操作中易出現(xiàn)的錯誤、安全注意事項、實驗改進(jìn)等方面問題，預(yù)習(xí)任務(wù)完成后，進(jìn)行小組互評，任課教師予以評價。

2.課堂教學(xué)。活動一：請學(xué)生通過學(xué)習(xí)通，分組展示預(yù)習(xí)成果，并利用虛擬仿真實驗平臺演示實驗操作過程，引導(dǎo)學(xué)生針對教學(xué)中的實驗步驟和操作過程可能出現(xiàn)的問題，進(jìn)行討論交流。教師歸納總結(jié)出該實驗在教學(xué)中可以研究的問題。活動二：教師引導(dǎo)學(xué)生分組，每組各選擇一個研究的問題，進(jìn)行實驗方案設(shè)計，并請各組代表通過學(xué)習(xí)通上傳實驗方案，進(jìn)行分享交流，教師加以點評。活動三：指導(dǎo)學(xué)生分組實驗，根據(jù)各組實驗方案，利用提前準(zhǔn)備好的材料及儀器進(jìn)行真實實驗，并在實驗過程中進(jìn)行視頻的錄制和實驗結(jié)果的紀(jì)錄。實驗結(jié)束后，學(xué)生將實驗結(jié)果和實驗數(shù)據(jù)發(fā)布到學(xué)習(xí)通平臺，教師進(jìn)行各組巡視，并提醒學(xué)生實驗注意事項。活動四：通過學(xué)習(xí)通平臺，學(xué)生對自己的實驗結(jié)果進(jìn)行分享、交流、討論和反思，并進(jìn)一步完善實驗設(shè)計方案，獨立完成真實實驗、記錄結(jié)果。

3.課后拓展。實驗課堂教學(xué)結(jié)束后，學(xué)生撰寫相關(guān)實驗報告，并將實驗過程視頻和實驗報告上傳到學(xué)習(xí)通中，學(xué)生也可以進(jìn)一步拓展實驗研究的問題，將問題發(fā)布在學(xué)習(xí)通的討論板塊，全班學(xué)生共同進(jìn)行討論。

四、“中學(xué)生物實驗教學(xué)研究”混合式教學(xué)評價改革

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)評價，評價的形式比較單一，評價功能單薄，很難通過學(xué)業(yè)評價促進(jìn)學(xué)生的專業(yè)發(fā)展，學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性不夠[3]。本課程的考核目標(biāo)包含學(xué)生的知識、能力、師德修養(yǎng)等多方面，所以單一的終結(jié)性的考試，無法完成多方位、多層次的考核要求。因此，本課程基于OBE理念，將形成性評估和終結(jié)性評估相結(jié)合。評價中關(guān)注學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中的階段性成果，在課程作業(yè)的布置中強(qiáng)化實踐，除了實驗報告、實驗教學(xué)設(shè)計等作業(yè)方式，還讓學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)，轉(zhuǎn)換角色，以準(zhǔn)生物學(xué)教師的身份進(jìn)行教具的開發(fā)和實驗教學(xué)的改進(jìn)，并集結(jié)成冊。同時，學(xué)生通過教學(xué)模擬，進(jìn)行實驗教學(xué)微課的錄制，并上傳到學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)平臺，進(jìn)一步加強(qiáng)過程考核和能力考核。

同時，本課程以學(xué)生實驗操作評價為主要評價手段，注重定性評價與定量評價相結(jié)合。充分利用虛擬仿真實驗測評系統(tǒng)，借助網(wǎng)絡(luò)和VR測評裝備，進(jìn)行實驗的操作考核。學(xué)生可以通過線上的虛擬仿真實驗測評系統(tǒng)，不限時間、空間和成本的進(jìn)行考核，由于系統(tǒng)對操作的每個步驟能精準(zhǔn)的評測，因此實驗操作考試的結(jié)果定量準(zhǔn)確，較為公正，并且能及時將錯誤操作的問題反饋給學(xué)生，節(jié)省了大量的人力和物力，學(xué)生的實驗操作能力也獲得了較大的提升。虛擬仿真的測評系統(tǒng)，讓學(xué)生也參與到課程學(xué)習(xí)評價中，評價的主體不僅僅只是教師，學(xué)生也是評價的參與者，通過對多環(huán)節(jié)、多評價主體的評價意見的整合，形成最終評價結(jié)果[4]。多元化的評價方式充分激發(fā)師范生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生學(xué)業(yè)水平質(zhì)量的提高。

結(jié)語

師范類生物科學(xué)專業(yè)的“中學(xué)生物實驗教學(xué)研究”課程教學(xué)改革中，通過采用虛—實結(jié)合的混合式教學(xué)，利用先進(jìn)的虛擬仿真技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)課程平臺建立起獨特的“云課堂”。在此過程當(dāng)中，既解決了實驗課時不足的問題，也保證了學(xué)生實驗的安全性和可行性，同時，也落實了國家疫情期間“停工不停學(xué)”的政策。虛擬仿真實驗融入“中學(xué)生物實驗教學(xué)研究”課程教學(xué)，拓展實驗教學(xué)內(nèi)容廣度和深度，延伸實驗教學(xué)時間和空間，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提升實驗教學(xué)質(zhì)量和水平，也為師范生以后的職業(yè)發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉巖，于洋，劉睿，等.基于虛擬仿真平臺的線上線下混合式教學(xué)改革研究——以《制藥過程檢測與控制》為例[J].教育教學(xué)論壇，2020（39）：385-386.

[2]李媛媛，劉樂，陳泉志，等.基于虛擬仿真實驗的混合式教學(xué)模式探索與實踐——以“涂料化學(xué)與工藝學(xué)實驗”為例[J].教育教學(xué)壇，2020（33）：213-215.

[3]王敏，任銀祥，谷弘，等.基于虛擬仿真+CBL+TBL的混合式教學(xué)在“醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)實驗”中的應(yīng)用[J].中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2020（1）：128-132.

[4]仇清海，肖蘇慧.“云平臺+虛擬仿真”信息技術(shù)手段在高職專業(yè)課混合式教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].教育教學(xué)論壇，2019（32）：235-236.

Mixed Teaching Practice Based on Virtual Simulation Experiment

—Taking “Research on Biology Experimental Teaching in Middle School” as an Example

DENG Ke

（School of Life Sciences， Guizhou Education University， Guiyang， Guizhou 550018， China）

Abstract： Experimental teaching ability is an important part of normal students’ professional quality. In the post epidemic era， how to better improve the teaching quality of experimental courses in colleges and universities and cultivate the experimental teaching ability of normal students has become the focus of current education. In order to reform the teaching of “Research on Biology Experimental Teaching in Middle School”， we combine the experiment with the virtual simulation experiment with the help of the virtual simulation experiment platform and the network course platform， formulate a mixed teaching practice scheme on the virtual simulation experiment line， and construct a three-stage mixed teaching practice process of the combination of pre-class， class and after class. At the same time， the virtual simulation evaluation system is used to reform the online and offline， qualitative and quantitative experimental teaching evaluation.

Key words： biological experiment; virtual simulation experiment; mixed teaching; teaching evaluation