虚拟仿真实验与传统实验相结合的混合式动物学实验教学模式的探索与实践

摘" 要：文章主要探讨了虚拟仿真实验与传统实验相结合的混合式动物学实验教学模式的探索与实践。贵州大学动物科学学院的动物学课程实验存在操作难度高、教学形式单一等问题，包括实验动物种类有限、教学方式单一、评价方式不合理等，导致一些重要实验无法有效开展。为解决这些问题，文章提出建立多元化实验教学体系，引入虚拟仿真实验项目，以弥补传统实验教学的不足。还提出了完善动物学实验课程的教学评价方式，包括过程性评价和终结性评价两阶段的教学评价。这种模式可以激发学生的学习兴趣，增强动手操作能力和实验体验感，同时深化实验教学内容的广度和深度。文章最后通过实践证明，虚拟仿真实验与传统实验相结合的教学模式能够提高实验教学中学生的参与感及实验的创新性，有利于取长补短，提高实验教学质量。

关键词：虚拟仿真；动物学实验；教学模式；探讨

中图分类号：G642文献标志码：A

文章编号：1674-2419（2024）06-0771-04

贵州大学动物科学学院开设的动物学课程是学院各专业都必修的一门重要专业基础课程，该门课程包括理论教学和实验教学两部分。理论教学主要以生物的演化和适应为主线，内容上注重生物形态结构与生理机能的结合，也会给学生介绍生物多样性保护的理念。实验教学部分是对理论知识的深化，可以帮助学生更好地理解和记忆课堂中所讲授的知识内容。有利于激发学生的学习积极性，提高独立分析解决问题的能力，增强创新意识。因此，动物学课程的合理开设至关重要，之前在动物学实验教学实践中发现有些实验项目无法开展，实验材料获得困难或实验动物有限，教师无法演示，学生更无法亲自操作，严重影响动物学的实验教学效果。近几年对实验内容逐渐进行了调整和优化[1]，引入虚拟仿真实验项目，以弥补传统实验教学的不足，完善动物学实验课程的教学评价方式，提高实验教学质量[1]。

1 传统动物学实验教学存在的问题

1.1 传统实验教学中选取的实验动物存在的问题

在贵州大学动物科学学院以往的动物学实验课中，共开设了8个实验，有5个是解剖实验，其余3个是动物活体观察与装片的观察。在动物学理论课程中所讲授的动物种类是非常多的，但在实验课程中学生只能接触到5种实验动物，学生所能观察和解剖的动物非常有限。而且在解剖的时候是分组进行的，并不是每个同学都能亲自解剖观察。究其原因：一是因为购买的实验材料有限，不能保证在实验课上每个同学都有一只实验动物可供解剖和观察，特别是观察和解剖鸟纲代表性动物家鸡和哺乳纲代表动物家兔的时候，只能保证每个组有一只实验动物供学生解剖和观察，学生的参与度较低，学习效果也较差；二是一些代表性动物属于珍稀野生动物，根本不可能用于实验室解剖；三是实验动物的安全性问题，比如所购买的活体实验动物是否感染病毒、细菌或者寄生虫，在解剖家鸡的时候，如果家鸡感染了禽流感病毒，学生接触到这样实验动物也有被感染的风险。

1.2 传统实验课程教学方式存在的问题

动物学实验课程中所开设的传统实验项目由于教学方式单一，不能调动学生学习的主动性和学习热情。实验项目的前三个就是在光学显微镜下观察原生动物门纤毛纲的代表动物草履虫的外形及结构特点，还有就是观察腔肠动物门、扁形动物门、假体腔动物门、环节动物门的代表性动物的横切或纵切装片。在实验课中，教师都是先讲授本次课所要观察的动物的典型结构特点，学生再自己进行观察，大多数学生没有主动预习的习惯，师生之间就缺乏互动。在实验课上学生就会感觉老师讲的内容很枯燥，学生又急于想拿到装片观察，观察的时候也是照着老师讲的几个主要结构观察完就结束，不会去认真思考这些形态结构与动物生理机能之间的相互关系。在解剖动物的时候，由于学生大多是第一次解剖这些动物，有些动物结构较复杂，解剖难度较大，加之学生缺乏经验，即便学生按照老师讲授的要点去做，也不能保证解剖100%的成功。如果解剖得不好，也没有新的动物再供学生去解剖，所以单凭一次实验根本无法达到好的教学效果。比如在解剖牛蛙和家鸡的时候，要求学生观察这两种动物的脑的结构，但很多学生在第一次分离脑组织多数不成功，也就不可能观察到脑的完整组成结构。如果为了让学生观察到完整的脑组织，多次取实验动物来解剖也有悖于动物伦理学。

1.3 传统实验课评价方式存在的问题

传统实验课程每次课结束后要求学生对所观察的动物的主要形态结构进行绘图并标注，对实验成绩评定的时候教师主要是依据学生的实验报告打分，但实际上一些在实验解剖过程中非常认真的同学，由于实验报告中的绘图不够美观，实验成绩并不理想，也不能真实反映学生的实验操作情况，这种轻实验过程、重实验报告的评价方式会严重影响学生的学习积极性，教师也无法真正了解掌握学生的真实学习情况以及学生在实验操作中存在的问题。造成学生的学习过程缺乏正确地监督、合理地反馈和激励。

2 虚拟仿真实验在动物学实验教学中的优势

近年来，在国内很多高中、大学已经利用虚拟仿真实验软件开展生物仿真实验、物理仿真实验和化学仿真实验[2]。虚拟仿真实验不需要一些传统的实验必备器材，而是在计算机上用仿真软件模拟现实的效果，在动物学实验教学中一部分之前不能开展或者不能开展好的实验项目就可以采用虚拟仿真实验来开展。虚拟仿真实验教学可以使学生像在真实环境一样去体验并完成实验项目，它的推进与实现也可以有效缓解很多高校在实验经费、实验材料、实验器具等方面面临的困难和压力，能够突破传统实验对时空的限制，教师和学生可以进入虚拟实验室操作仪器，进行各种实验[3]。虚拟仿真实验是推进现代信息技术融入传统的实验教学项目的重要举措。它可以拓展实验教学内容的广度与深度，提升实验教学质量和水平。

2.1 虚拟仿真实验在拓展实验项目上的优势

在动物学的实验教学中，采用传统实验项目与虚拟仿真实验项目相结合的混合式实验教学方式，可以将一些之前在实验室中无法开设或者不能完全呈现给学生的实验项目开设出来。可以弥补传统实验动物存在的一些问题，实验丰富拓展了授课内容，增加了课程实验教学的时代性、创新性和前沿性。引入虚拟仿真实验，让学生在高度仿真的虚拟实验环境中，接触高度仿真的实验对象。也可以激发学生的学习热情，锻炼提升学生的操作能力和综合素质。

2.2 虚拟仿真实验在教学方式及教学评价上的优势

在教学方式上，虚拟仿真实验VR和3D还原技术具有非常出色的逼真感和沉浸感，相较于传统实验中的图片和视频而言，更能激发学生学习主动性和学习兴趣[4]。教师也能够对整个实验教学过程进行更好的观察与控制，便于及时发现学生存在的主要问题并加以规范和更正，避免学生在实验中学习效果不佳。在教学评价方面，由于虚拟仿真实验可以及时向教师呈现出实验过程中每个学生的操作时长、操作规范程度、操作次数等，教师可通过该虚拟仿真实验反馈的多元化数据对学生的学习情况进行评价，保证评价的全面性、客观性及合理性。

3 虚拟仿真实验与传统实验相结合的教学模式实践

3.1 针对实验项目因地制宜地选择实验教学手段

在动物学实验课程中，对于解剖操作难度较大的实验，学生在实验室实际操作的时候不容易一次成功，可采用课前学生自主通过虚拟仿真实验进行预习，熟悉具体操作步骤与方法。这样比教师在课堂中口头讲授更有效果，也提升了学生学习的主动性和学习热情。然后再在实验室进行动物实体的解剖操作，这样实验的成功率更高，也能保证学生在有限的实验操作次数下取得好的操作成绩[5]。学生实验课后还可以通过虚拟仿真实验进行多次的复习巩固，达到加深记忆的效果，还可以查缺补漏，更好地完成实验报告；对于装片的观察实验项目，因为实验难度较小，教师在课堂中讲述清楚需要观察的重要形态结构，大多数学生就能够掌握要点，还可以提问，让学生思考这些形态结构与动物机能之间的联系，比较这些形态结构与其他动物形态结构的异同。因此，这类实验仍然可以沿用之前的传统实验方法，不必采用虚拟仿真实验。因为大量的虚拟仿真实验会占用学生过多的课余时间去预习和复习巩固；对于一些包含珍稀野生动物内容的创新性实验教学，由于这类实验动物难以获得，且不能在实验室进行观察与解剖，那么就可以通过分小组查阅资料、讨论研究后，再让学生通过虚拟仿真实验平台进行学习。如果教学时间允许的情况下，还可以让学生将学习及讨论成果在课堂上进行分享，也能让教师掌握学生的兴趣所在，教师还能从平台数据中所记录的操作考试分数和知识问答分数中了解学生对实验项目的掌握情况，能及时解答学生学习中存在的普遍问题，能在后期的实验教学中进行改进和完善。

3.2 完善动物学实验课程的教学评价方式

由于在动物学课程中，随着虚拟仿真实验的代入，之前的实验课堂教学评价方式也需要完善。要构建多元化的动物学实验评价方式，包括过程性评价和终结性评价两阶段的教学评价。学生课前在平台的自主预习，教师在平台的后台数据中可以看到学生预习及复习时间的长短，操作的易失误点等数据，学生还可以就预习中的问题向教师留言[6]。这些数据可以作为过程性评价的参考依据。终结性评价则可以依据学生的实际操作情况和实验报告的完成情况。这样的评价方式相较于以前，更合理更完善。

4 结语

在贵州大学动物科学学院动物学课程的实验教学中，用虚拟仿真实验部分代替传统实验，采用传统实验与虚拟仿真实验相结合的实验教学模式，将动物学实验教学需求与虚拟仿真技术的优势相结合，有利于取长补短，提高了实验教学中学生的参与感及实验的创新性。

参考文献：

[1]陈一兵，杜坤，傅媛媛，等.基于“虚实融合”的动物学通识实验课程教学的探索与实践[J].中国家禽，2022，44（2）： 117-120.

[2]熊宏齐.基于虚拟仿真的线上线下融合专业实验教学体系构建[J].实验技术与管理，2022，39（3）：5-10+25.

[3]张红梅，朱道玉，张贵生，等.双一流背景下动物学混合式教学模式的探索与实践[J].黑龙江科学，2020，11（11）：22-23.

[4]贾小东.动物学实验教学中的思考与探索[J].安徽农学通报，2018，24（19）：134-135.

[5]杨玲，张泉，王怡，等.实验动物学实验教学改革的探索和实践[J].教育教学论坛，2016（45）：174-175.

[6]周权，阮君，张洪茂，等.珍稀动物生物学习性观察研究虚拟仿真实验项目的建设[J].实验技术与管理，2020， 37（7）：132-135.

The exploration and practice of hybrid zoological experiment teaching mode combining virtual simulation experiment and traditional experiment

TANG Li

（College of Animal Science， Guizhou University， Guiyang 550025， Guizhou China）

Abstract：This paper mainly discusses the exploration and practice of hybrid zoological experiment teaching model， which combines virtual simulation experiment and traditional experiment. The zoology course experiment of the College of Animal Science of Guizhou University has some problems， such as high operational difficulty， single teaching form， etc.， including limited types of experimental animals， single teaching method， unreasonable evaluation method， etc.， resulting in some important experiments can not be carried out effectively. In order to solve these problems， the paper proposes to establish a diversified experimental teaching system and introduce virtual simulation experiment projects to make up for the shortcomings of traditional experimental teaching. It also puts forward the teaching evaluation method of zoological experiment course， including process evaluation and final evaluation. This model can stimulate students’ interest in learning， enhance their hands-on ability and sense of experimental experience， and deepen the breadth and depth of experimental teaching content. Finally， the paper proves through practice that the combination of virtual simulation experiment and traditional experiment can improve students’ sense of participation and innovation of experiment teaching， which is conducive to learning from each other and improving the quality of experiment teaching.

Keywords：virtual simulation; zoological experiments; teaching mode; probe into

基金项目：教育部“动物科学国家级一流本科专业建设项目（项目编号：[2021]06号）”；农业农村部“澜沧江—湄公河热带种养殖技术集成示范与推广项目（项目编号：12200114）”。

作者简介：唐黎（1981- ），女，重庆潼南人，副教授；研究方向：动物学，水产动物营养与饲料。E-mail：tang_xiao_xia@163.com。