高校細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程數(shù)字資源庫建設(shè)探究

孫虎男 韓英浩

摘要 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方式發(fā)展的趨勢之一，數(shù)字資源庫的建設(shè)是支撐數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要手段之一。本文分析了細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，提出了高校細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程數(shù)字資源庫建設(shè)的建議與方案，為高校細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞 大數(shù)據(jù)；高等農(nóng)業(yè)院校；細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程；數(shù)字資源庫

中圖分類號 G647.38；Q2-4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 1007-7731（2024）03-0115-03

細(xì)胞生物學(xué)是生命科學(xué)的前沿學(xué)科之一，是高等農(nóng)業(yè)院校的重要基礎(chǔ)課程。細(xì)胞生物學(xué)是實(shí)踐與理論高度統(tǒng)一的學(xué)科，其實(shí)驗(yàn)課程對于培養(yǎng)和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力具有重要作用。隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等行業(yè)的興起，網(wǎng)絡(luò)直播課、云教學(xué)和視頻公開課等教學(xué)模式被不斷開發(fā)和利用，推動了學(xué)校教育模式改革，線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式已經(jīng)成為高校課堂教學(xué)的常態(tài)。在細(xì)胞生物學(xué)課程教學(xué)改革中，學(xué)者們進(jìn)行了多元化、5S管理模式以及多方位優(yōu)化方法等教學(xué)模式的嘗試和研究，促進(jìn)了細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的發(fā)展。實(shí)踐中，細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程要求具有特殊性，其網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式難以滿足學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理和操作過程的掌握需求。為提高細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果，本文分析了該課程的教學(xué)現(xiàn)狀，提出了高校細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程數(shù)字資源庫建設(shè)的建議，為高校細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)提供參考。

1 高校細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程數(shù)字資源庫建設(shè)基本情況

1.1 細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)現(xiàn)狀

高校細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課以“夯實(shí)基礎(chǔ)、注重素質(zhì)、提高能力、瞄準(zhǔn)創(chuàng)新”為原則，以培養(yǎng)高素質(zhì)的專業(yè)人才為主要目標(biāo)，對于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考，并科研創(chuàng)新的能力具有重要作用。該課程在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中起著至關(guān)重要的作用，其與實(shí)際操作結(jié)合，可深化學(xué)生對理論課程的理解，增強(qiáng)學(xué)生的動手能力、實(shí)踐能力以及理性思維能力等，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能和科學(xué)素養(yǎng)。在教學(xué)過程中，教師需要明確課程安排和授課內(nèi)容，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生發(fā)展的實(shí)際需求合理安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以提高學(xué)生綜合素質(zhì)，培養(yǎng)社會需要的應(yīng)用型人才。同時(shí)，良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境是實(shí)驗(yàn)課程開展的重要基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)材料須滿足教學(xué)需求，及時(shí)更新和維護(hù)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備和材料，保證學(xué)生在安全的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

實(shí)踐中，高校細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程存在發(fā)展短板，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。首先，有限的實(shí)驗(yàn)室資源和教學(xué)設(shè)備在一定程度上限制了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展，且部分實(shí)驗(yàn)操作耗時(shí)、耗材，教學(xué)效果不夠理想。其次，部分傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中可能存在安全隱患，給實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來一定的風(fēng)險(xiǎn)。最后，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式下，部分耗時(shí)較長的實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以在課堂上完整完成，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)掌握程度有限，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。細(xì)胞生物學(xué)的研究內(nèi)容廣泛且復(fù)雜，對于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求也日益提高，因此，需要確立更加專業(yè)化的教學(xué)內(nèi)容，并優(yōu)化教學(xué)方法。

1.2 數(shù)字資源庫實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)勢

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方式發(fā)展的趨勢之一，不僅可以為學(xué)生提供更豐富、更具挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，還可以為教師提供更多的教學(xué)輔助功能。數(shù)字資源庫的實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)勢如下。首先，數(shù)字資源庫可以提供更加豐富和靈活的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。數(shù)字資源庫收錄了大量的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資料和研究成果，使學(xué)生可以更加方便地獲取實(shí)驗(yàn)資料。數(shù)字資源庫中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更加靈活、多樣，滿足學(xué)生的不同需求和興趣。其次，數(shù)字資源庫可以提供更加便捷的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式。學(xué)生可以在任何時(shí)間和地點(diǎn)，通過數(shù)字資源庫進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的靈活性和便捷性。同時(shí)，數(shù)字資源庫還可以通過在線交流和互動的方式促進(jìn)師生之間的交流和合作，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。最后，數(shù)字資源庫可以提供更加安全和可靠的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境。數(shù)字資源庫可以通過虛擬實(shí)驗(yàn)等方式模擬實(shí)驗(yàn)過程，從而減少實(shí)驗(yàn)操作過程中產(chǎn)生的安全隱患和潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此，數(shù)字資源庫在細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中的應(yīng)用，將進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效果，為細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來更多發(fā)展機(jī)遇。

2 數(shù)字資源庫在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 數(shù)據(jù)分析和挖掘

在建設(shè)數(shù)字資源庫的過程中，可以收集和整理大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并利用數(shù)據(jù)分析和挖掘技術(shù)，為學(xué)生提供更深入、全面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析是數(shù)字資源庫的重要應(yīng)用之一。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以通過數(shù)字資源庫中的軟件進(jìn)行處理和分析，提高數(shù)據(jù)處理的效率和準(zhǔn)確性。立體化地分類、比較、統(tǒng)計(jì)和分析數(shù)據(jù)，可以幫助學(xué)生更好地理解實(shí)驗(yàn)原理，掌握數(shù)據(jù)處理技能，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析的能力。

2.2 傳統(tǒng)教學(xué)與技術(shù)相融合

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)能推動科研與教學(xué)一體化，提高學(xué)生的科研能力。在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺上，學(xué)生可以自主選擇實(shí)驗(yàn)課題，并在資源庫中獲取相關(guān)資料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，這不僅能提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，還能培養(yǎng)其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。同時(shí)，學(xué)?？梢栽跀?shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺上發(fā)布相關(guān)的研究進(jìn)展和成果，為學(xué)生提供最新的科研信息，激發(fā)學(xué)生的科研興趣和熱情。教師可以通過數(shù)字資源庫提供的實(shí)驗(yàn)視頻、圖表等資料來輔助教學(xué)，使實(shí)驗(yàn)過程更加直觀和生動，幫助學(xué)生更直觀地理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)效率。

2.3 移動學(xué)習(xí)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合

數(shù)字資源庫有助于解決部分高校實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不足問題。利用數(shù)據(jù)資源庫進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M，使學(xué)生在條件受限的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，從而提高實(shí)驗(yàn)操作能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。移動設(shè)備和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以為數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供更便利、真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。一方面，學(xué)生可以通過手機(jī)應(yīng)用或移動端網(wǎng)頁隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作；另一方面，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以創(chuàng)建虛擬實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生在數(shù)字虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

2.4 人工智能教學(xué)與評測

人工智能技術(shù)可以為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供智能化的輔助和評測功能。學(xué)校可以利用人工智能技術(shù)，創(chuàng)建智能化的實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)和教學(xué)輔助工具，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中得到全面、精準(zhǔn)指導(dǎo)和評測。人工智能技術(shù)還可以為學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容和效果評測，幫助學(xué)生更好地掌握實(shí)驗(yàn)知識。

3 數(shù)字資源庫的建設(shè)方案

3.1 建立數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教材庫

建立數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教材庫，整合實(shí)驗(yàn)教材、指導(dǎo)書、視頻和圖片等相關(guān)資源，給學(xué)生提供獨(dú)立的學(xué)習(xí)空間。同時(shí)，采用云存儲技術(shù)，將資源庫的訪問權(quán)限分配給學(xué)生，方便學(xué)生學(xué)習(xí)和使用，提高資源獲取的便捷性、時(shí)效性。

3.2 開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺

開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺，模擬實(shí)驗(yàn)操作過程，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。同時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺還可以豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

3.3 開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)

教師可以通過線上平臺和微信群等方式開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為學(xué)生提供在線輔導(dǎo)和答疑服務(wù)。同時(shí)，教師還可以通過視頻的方式，講解實(shí)驗(yàn)原理、方法和技巧等，幫助學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)操作過程，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能。開設(shè)相關(guān)數(shù)字化課程，可以提供相關(guān)教材，提高學(xué)生信息素養(yǎng)和數(shù)字化應(yīng)用能力。

4 數(shù)字資源庫的整體設(shè)計(jì)

數(shù)字資源庫主要分為2個(gè)部分：前端和后端。前端主要包括網(wǎng)站的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，后端主要包括數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。前端和后端之間通過接口進(jìn)行交互。

4.1 前端設(shè)計(jì)

前端采用響應(yīng)式設(shè)計(jì)，以確保用戶能夠在不同尺寸屏幕的設(shè)備上訪問網(wǎng)站。前端主要采用HTML5、CSS和JavaScript技術(shù)。主頁展示部分基本信息，如數(shù)字資源庫介紹、使用方式以及實(shí)驗(yàn)教育資源。同時(shí)，在該頁面設(shè)置搜索欄，用戶可以通過輸入關(guān)鍵字搜索資源。

資源列表提供所有可用資源的概述，并給出資源的元數(shù)據(jù)（如資源類型、作者、發(fā)布日期、關(guān)鍵字和主題等）。用戶可以使用過濾器進(jìn)一步縮小搜索范圍。單擊資源頁列表中的任意資源，將導(dǎo)航到詳細(xì)信息頁，該頁面將提供有關(guān)該資源的詳細(xì)信息，包括資源的描述、教學(xué)用途、資源類型、作者、發(fā)布日期、關(guān)鍵字和主題。此外，該頁面還包含實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和注釋。上傳資源的頁面將允許用戶將自己的資源上傳到數(shù)字資源庫中。在此頁面，用戶需要填寫必填字段，如資源類型、作者、發(fā)布日期、關(guān)鍵字和主題，同時(shí)可以選擇上傳資源的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)來源。

4.2 后端設(shè)計(jì)

后端部分使用MySQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，將所有元數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分配，所有數(shù)據(jù)均需要分類存儲。對于元數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別分配不同的表。在每張表中，所有對應(yīng)的測試選項(xiàng)（如實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)類型、用途、作者和出版日期）都作為一個(gè)抽象的字段。

4.3 接口設(shè)計(jì)

前端和后端之間采用自定義APIs 的方式實(shí)現(xiàn)。后端將使用Flask框架作為API的主要工具，用來設(shè)置API路由和處理請求。同時(shí)，增加身份驗(yàn)證機(jī)制，確保數(shù)據(jù)安全。

5 結(jié)語

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)字資源庫成為教育領(lǐng)域的重要組成部分之一。本文分析了細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)現(xiàn)狀，提出了高校細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程數(shù)字資源庫建設(shè)的實(shí)踐，為高校細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)提供參考。

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（責(zé)編：王 菁）

基金項(xiàng)目 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)教育教學(xué)研究課題“大數(shù)據(jù)背景下的細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程數(shù)字資源庫的建設(shè)研究”（NDJY2240）。

作者簡介 孫虎男（1978—），男，吉林和龍人，博士，副教授，從事細(xì)胞生物學(xué)研究。

收稿日期 2023-11-06