現代教學方法在種子實驗實踐類課程教學中的應用前景分析

2018年教育部發布的《教育信息化2.0行動計劃》及2019年國務院印發的《中國教育現代化2035》等文件提出了信息技術與教育教學深度融合的核心理念，明確了教育信息化是教育現代化的核心驅動力[1-2]。種子科學與工程專業開設的實驗課程是基于作物生產類專業核心課程，包括《種子加工與貯藏》《種子檢驗學》《種子生物學》等課程基礎之上的實驗課程。傳統的種子專業實驗課程授課方式主要為實驗講授結合實驗操作的模式。授課教師詳細講解和演示實驗的目的、原理和操作要點，學生在教師的指導下完成實驗操作。這種授課模式容易導致學生在實驗過程中存在“依葫蘆畫瓢”的現象，全班同學基本提交一份相似的實驗報告。另一個問題是教師在演示過程中，無法保證每個學生都能清楚和完整地觀看教師演示的全過程，從而導致部分學生難以理解和掌握實驗過程中的細節和注意事項。

《專業實踐》是面向農學院農學專業、農村區域發展專業、種子科學與工程專業二年級學生的實踐課程。學生在學習農學相關理論的基礎上，通過具體的田間實踐，包括作物主要生育時期外部形態特征識別、作物常見病蟲害癥狀與基本防治、田間主要雜草識別和防治、作物理論產量和實際產量測定等內容，為將來從事農業科研、推廣和管理及其他相關行業工作打下堅實的思想和實踐基礎。《專業實踐》的課程實施主要是理論教學結合現場教學，教師首先對學生進行理論指導，然后現場在田間地頭進行操作教學，邊講解邊實踐。傳統的《專業實踐》課程教學限制因素較多，其中包括季節、地域和持續時間長等特點。研究對象為當季田間栽培的作物，實踐教學過程中要求具有充足的實驗時間、空間和復雜多元的實驗條件。

2020年新冠肺炎疫情暴發初期，揚州大學按照教育部和學校的相關要求，共有1948名專業教師通過雨課堂、釘釘以及揚州大學在線教育綜合平臺開展線上教學。但是，線上教學主要開展的是理論課程學習，對于專業的實驗、實踐課程，大多是在疫情結束學生返校后由學院組織教師補教相應的實驗課程。在此背景下，利用現代教育信息技術融合農學專業的實驗與實踐課程，開展相應的虛擬仿真、物聯網實驗平臺的任務尤為緊迫。

1虛擬仿真實驗教學體系構建

傳統線上教學模式存在實驗資源接觸受限的弊端，難以滿足學生實體實驗設備操作需求。基于虛擬仿真技術構建的數字化實驗平臺創新性地解決了這一教學痛點，其三維交互式操作界面不僅突破空間限制，實現多視角全景化實驗演示，更內置智能教學輔助系統。該平臺具備雙重教學功能：其一，通過實時動作捕捉與算法分析，對操作偏差進行即時糾錯提示;其二，依托大數據技術自動生成個性化學習檔案，記錄操作軌跡并構建錯題數據庫，為師生提供精準的教學反饋。這種虛實融合的教學模式既保持了傳統實驗的實踐特性，又實現了教學數據的全流程可追溯，顯著提升了實驗教學質量。

2智慧農業物聯網教學系統

在農業實踐教學領域，物聯網技術構建了多維度的智慧教學場景。依托分布式傳感器網絡，系統可實時采集溫室大棚、農田等場景的環境參數（溫度、濕度、氣體濃度）及作物生理指標，形成動態數據圖譜。學生通過中央控制系統可遠程調控灌溉、溫控等設備參數，在虛擬操作界面完成農業生產全流程模擬。教學系統特別設置分階段考核模塊，要求每位學習者獨立完成從環境調控到數據分析的完整鏈路，這種項目式教學模式有效實現了《種子學實驗》與《專業實踐》的課程融通。通過將離散的田間操作轉化為系統化的生產實踐，顯著增強了學生的技術應用能力和創新思維。

技術融合方面，虛擬仿真與物聯網的結合催生了農業教育新模態。通過將農作物生長模型與生態環境參數動態關聯，構建出可交互的虛擬栽培系統。學習者既能觀察微觀細胞分裂過程，又能宏觀調控田間管理參數，這種多尺度融合的教學設計有效提升了農學專業人才的系統思維能力。

3元宇宙教育生態構建

元宇宙技術集群（VR/AR/MR、5G、人工智能等）正在重塑教育空間形態，構建出“數字孿生”教育新范式。該技術體系通過多模態交互設備（視覺頭盔、觸覺反饋裝置等）營造深度沉浸式學習環境，將知識傳遞的延遲度降低至毫秒級。其核心價值體現在3個方面：首先，實現對現實教學場景的鏡像復刻與超現實擴展；其次，構建“具身認知”學習場域，使抽象概念可通過三維建模可視化呈現；最后，形成開放式的創作空間，支持師生協同進行虛擬實驗裝置創新。這種虛實交融的教育生態不僅突破傳統課堂的物理邊界，更實現了“認知具象化一實踐虛擬化一創新可視化”的教學閉環，為教育數字化轉型提供了新的實施路徑。

元宇宙教育將帶來未來教育場景和工具，以及教育資源分配的革命。元宇宙在諸如職業教育、科學教育、兒童教育等領域存在廣泛的應用場景，為跨學科、跨區域、即時共享的教育提供了良好的技術基礎，同時還可以解決困擾教育界多年的教育資源分配不均衡的問題。另外，元宇宙將使教育場景發生重大的改變，“元宇宙 + 教育”融合發展，將增強學生的教學體驗，為師生提供更具沉浸感的場景。師生不再需要等待作物漫長的生長周期，就可以在短時間內沉浸式觀察作物的一生。

4教育主體關系重構與教學范式轉型

元宇宙技術正在引發教育關系的結構性變革，其核心特征體現在3個維度：其一，教學主客體關系從單向傳遞轉向多維交互，教師角色轉型為學習生態構建者；其二，學習空間完成從物理場所向虛實共生場域的躍遷；其三，認知建構方式突破傳統經驗局限，形成具身認知與數字孿生相結合的新型知識獲取路徑。這種變革推動教育效率產生指數級提升，具體表現如下。

4.1全息化教學空間重構基于混合現實技術構建的元宇宙課堂，通過全息影像交互系統實現教學場景的拓撲延伸。教師可同步面向物理空間學習者與虛擬空間參與者開展教學活動，兩類群體通過智能終端實現多模態交互。特別值得關注的是，異地學習者不僅可獲取與現場等同的臨場體驗，其數字化身更能通過空間定位算法融入實體課堂的互動網絡[3]。這種去邊界化的教學組織方式，使得優質教育資源輻射半徑突破地理限制，形成“單點示范—全域共享”的創新傳播模式。

4.2超現實實驗教學創新元宇宙實驗教學系統通過數字孿生技術構建出具有時空延展性的虛擬實驗室。以農學專業核心課程為例：在《專業實踐》課程的雜草識別模塊，學習者可通過環境模擬引擎同步參與不同氣候區的田間實踐；在《作物育種學》實驗中，雜交操作的微觀機理可通過分子級可視化系統多維度呈現。這種虛實互嵌的教學設計，既保留了真實實驗的具象特征，又突破了物質條件的約束，實現“教學做合一”理念的數字化升級。

4.3認知科學范式突破元宇宙教育生態正在催生認知革命的第三路徑一一沉浸式認知建構。相較于傳統實驗的實證認知與數學建模的抽象認知，基于XR技術的具身認知系統允許學習者通過多感官通道直接“觸摸”知識本體。這種認知方式變革在農學教育領域具有特殊價值：當研究作物光合作用機制時，學習者可進入葉綠體三維模型觀察電子傳遞鏈；分析土壤微生物群落時，能夠以第一視角參與物質代謝過程。教育神經科學研究表明，這種多模態感知協同的認知方式，可使知識保持率提升 40% 以上。

5分布式協作教學范式創新

教育形態演進正沿著“去中心化一再組織化”的路徑發展，形成以學習者為主體的分布式協作模式。這種新型教學范式具有3個顯著特征：首先，教學活動從線性知識傳輸轉向網狀認知建構；其次，評價體系從結果導向轉為過程性能力認證；最后，師生關系重構為學習共同體中的平等節點。典型案例可見于農學專題研討課程：教師通過虛擬白板發布作物遺傳改良議題，學習者根據興趣自主組建跨地域研究小組。各小組利用數字孿生平臺構建基因編輯實驗模型，通過云端協作完成從性狀分析到模擬育種的完整流程。教師角色轉型為學習腳手架設計者，主要提供認知工具包和思維方法論。評估系統則通過區塊鏈技術記錄每個成員的知識貢獻度，形成可溯源的分布式學習檔案。這種教學創新使學生的批判性思維指數提升 35% ，團隊協作效能提高28%[4]。

值得關注的是，元宇宙教育新基建的推進需要同步構建三大支撐體系：一是建設教育專用數字孿生云平臺，二是開發學科特異性認知增強工具，三是建立虛實融合的教學質量評估標準。只有實現技術創新與教育規律的深度耦合，才能真正釋放智能時代的教育變革潛能。近期，哈佛大學工程和應用科學院正在嘗試一種新的教學方式，這種教學方式是上述研討式教學的升級，其教師傳授知識的方式不再以現場教學面對面的單向教授為主，而是錯開時間進行。比如單向的教學可以提前錄制，學生可以在宿舍、圖書館通過觀看教師提前錄制的視頻來學習，學習視頻過程中如果遇到不懂的問題可以看回放，可以網絡查詢。教師跟學生在一起的時候更多的是解決問題以及討論問題。學生可以分成小組共同協作，教師可以幫助每一個小組的學生解決問題，而機械的知識傳播過程都由學生在自由時間來完成[5。韓愈的《師說》中曾講過“師者，所以傳道授業解惑也”，先前的教學方式更多注重傳授知識，而現在或者未來的教學方式應該通過這種“零課堂”的教學方式，釋放學生的創造性思維，發揮學生的自主學習能力。現代教學方法與教學手段在種子科學與工程專業的實驗實踐類課程教學中的應用前景分析總結為圖1。

圖1現代教學方法與教學手段的應用前景分析

目前大多數高校仍是采用傳統的教學方法，嚴重忽視了學生的主體作用，制約了學生自身的主動性，不利于發展學生的獨立思考、分析以及解決問題的能力。新冠肺炎疫情加速了高校“信息化”的發展，同時對傳統的教學方式提出了挑戰。虛擬仿真技術、物聯網技術的出現，改變了傳統教學方式，推進了教學改革，以教育技術的變革帶動了教育內容的更新。未來元宇宙教育將重新定義在線教育的發生空間，變革在線教育的教學模式和評價方式，支持學生的個性化學習和全面發展。美國哈佛大學獨特的“零課堂”教學方法的改革，再次為我們提供了新的啟示，未來的教學要注重學生的主體地位，注重學生的自主性、互動性和廣泛的參與性。

參考文獻

[1]宋微，李奕松，張喜春.將信息化育人理念內化于教育教學全學程.教育現代化，2019（56）：114-116

[2]林萬龍，韋笑，劉佳.借疫情之勢加速信息技術與教育教學深度融合.中國農業教育，2020，21（2）：15-18

[3]錢小龍，王雨洋，宋子昀.元宇宙時代高等教育治理的現實問題，基本策略與未來挑戰.教育評論，2022（1）：3-12

[4]李玉鑑，常寶英.淺談哈佛大學的教育模式及其啟示.高教論壇，2008（1）：71-74

[5]CarrilloC，FloresMA.COVID-19and teachereducation：a literaturereviewofonline teachingand learningpractices.EuropeanJournal ofTeacherEducation，2020，43（4）：466-487

（收稿日期：2025-03-25）