虛擬仿真+微課線上實驗教學研究

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【摘要】隨著新媒體時代的飛速發展，傳統教學模式受到巨大沖擊和挑戰，傳統教學方式方法亟待改進和更新，各種混合式教學模式日新月異。研究將虛擬仿真實驗項目、微課、翻轉式教學、思維導圖構建、案例導入等形式有機融入到《分子醫學實驗技術》課程的線上教學中，立足于學生實踐能力以及創新能力的培養，以臨床勝任力為導向，進行線上實驗教學改革設計并實施，學生學習的參與度、主動性和積極性均得到大幅提高，分析問題和解決問題、科研思維和創新思維能力均得到有效鍛煉。統計學分析結果顯示，學生期末理論考核成績較以往呈顯著上升，并因課程特色突出、教學效果良好被評為校線上實驗教學典型案例。

【關鍵詞】虛擬仿真；微課；線上；能力；思考；操作

實驗課程與理論課程的線上教學有著本質的區別，實驗教學更加注重學生的實踐操作能力、科研思維能力和創新思維能力的鍛煉和培養，使用單一的理論直播講述形式顯然無法達到預期實驗教學目的。本研究在《分子醫學實驗技術》課程常規理論直播授課的基礎上，充分融合各種資源和手段，利用各大虛擬仿真實驗云平臺的相關資源，并依托平臺自建微課和操作視頻，進行線上實驗教學設計，強調以學生為中心，注重學生綜合能力的培養，并進一步融入思維導圖構建、翻轉式教學、案例導入等方式鍛煉學生的自主學習和獨立思考能力、分析問題和解決問題能力、科研思維以及創新思維能力，達到高素質應用型醫學人才培養目標。本研究為學生量身打造一套理想的線上實驗教學方案，以期達到與線下實驗教學實質等效。

1基于“虛擬仿真+微課”的線上實驗教學的設計與應用

1.1以虛促實，虛實結合

虛擬仿真實驗是對課堂理論及硬件實驗教學的補充和延展[1]。該技術是在多媒體、虛擬現實、人機交互、網絡和通信等技術不斷發展的基礎上將仿真技術與虛擬現實等技術相結合而產生的更高層次的仿真技術，具有沉浸性、交互性、虛幻性和逼真性4個基本特征。虛擬仿真技術把傳統實驗教學中毒性高、難度大、時間長、設備貴、不易實現的實驗轉化為虛擬實驗，實現“長時程實驗短時化、大尺度實驗微縮化、微觀實驗可視化、危險實驗安全化、復雜實驗熟練化、難重復實驗再現化”[2]。由于線上實驗教學存在著學生無法親自動手操作的重大缺憾，而實驗教學最核心的內容恰恰是讓學生通過親自實踐、動手操作來達到學習的目的。為解決這一難題，本研究采用“以虛促實”的方式，利用夢之路公司提供的虛擬仿真實驗云平臺、國家虛擬仿真實驗項目共享平臺以及錦州醫科大學虛擬仿真實驗平臺提供的虛擬仿真實驗資源讓學生進行虛擬實驗項目的操作演練，學生按照系統提示可以一步一步進行實驗操作，仿佛置身其中，有著較為真實的體驗和感受。而且虛擬實驗項目還會在實驗過程中的恰當節點多次加入選擇題、判斷題、試劑劑量計算等內容，能夠隨時激發學生的主動思考能力，有利于提高學生學習興趣和學習效果，這一點優于本課程的線下教學。總之，虛擬仿真實驗項目雖不能達到完全與線下實體操作實質等效，但確是彌補線上實驗教學缺陷的有效途徑，也成為最能有效提高學生實踐操作能力的線上授課方式之一。另外，由于夢之路公司為學生免費開放的虛擬仿真實驗項目比較全面，使得學生還可以虛擬操作課程內容以外的其他相關實驗項目，實現知識和操作的拓展。例如，本門課程第一次實驗內容為真核基因組DNA的提取及鑒定，除了虛擬操作該項實驗內容之外，學有余力的學生可以課后進一步拓展學習RNA的提取及鑒定等相關實驗，而RNA的提取及鑒定恰恰是毒性高、試劑貴、操作要求高的實驗，而且由于課時的限制，無法進行課上學習，更適合于本科生通過虛擬實驗方式進行自主學習和操作。為了讓學生對具體實驗操作有更加真實的體驗，課題組成員完成《分子醫學實驗技術》各個實驗內容（共計6項）實操視頻錄制工作，并進行了后期剪輯、配音以及美化，內容完整、清晰、與6項實驗內容完全一致，可為學生提供真實的實體操作體驗，有效地彌補了線上實驗教學模式下學生不能親自操作的不足，從而實現了“虛實結合”。

1.2原創微課，獨具匠心

微課是指以流媒體形式展示的圍繞某個知識點或教學環節開展的簡短、完整的教學活動[3]。作為一種線上的教學資源，微課以其主題突出、形式多樣、短小精悍、便于反復觀看等優點，為學生創造了個性化學習的條件，是傳統課堂教學的一種重要補充和拓展[4]。隨著時代的飛速發展，微課的內容和形式也在不斷地豐富和發展，體現出信息技術與教育教學深度融合的時代特征[5]。將微課應用于線上實驗教學，必將是一種行之有效的教學方法。課題組成員完成多個微課錄制工作。每次實驗課所需講述內容包括主體內容以及其他相關知識點兩大部分，課題組成員將相關知識點均錄制成為微課（共計8個），成為課上主體教學內容的有效補充和知識擴展。不同教師制作的微課風格各異、各具特色，注重內容的針對性和表達的友好性[6]，具有較高的觀賞性、趣味性，又恰當融入思政元素，或與時政密切相關、或引經據典、或用科學家的科研與創新精神激勵學生，比如課題組成員董穎和孟智超老師特別善于將與醫學相關的時政熱點引入微課（以及課堂）中，這樣，不僅實現了理論聯系實際，而且還能夠潤物細無聲地將正確人生觀、價值觀、審美觀以及人文情懷等滲透到學生思想中，實現教師的價值引領作用。

1.3翻轉課堂，角色互換

教師將“翻轉課堂”形式應用于線上實驗教學中，根據課程內容合理分配學生自主學習和教師講授時間，使授課模式更加靈活，教師成為真正的指明燈，學生成為了學習的主體，自主學習效率更高[7]。筆者具體的做法是在教學過程中（或者課前）將試劑盒說明書（如質粒DNA小量提取試劑盒）分發放給學生，學生設想自己在做科研實驗，學生以小組討論方式，自行查看、研究、分析、討論試劑盒說明書內容，對于小組內部討論后仍然不懂的地方，鼓勵小組之間互相解答，如果仍然無法找出答案，則由教師進行指導和答疑。這樣一種翻轉式教學的方式，必將使學生的頭腦在不斷的磨擦和碰撞中，大幅度提升獨立思考能力、分析問題解決問題能力、科研思維能力和團隊協作能力。對于實驗結果的分析，也采取小組討論的方式。讓學生學會認真的思考問題，敢于提出質疑、不恥下問、不怕犯錯、不怕被嘲笑。大家暢所欲言、熱烈討論，最終將討論結果落實到實驗報告里，成就一篇高質量的實驗報告。而在翻轉式教學中教師也實現了自我成長和專業能力的提升，形成了教學相長的良性循環。

1.4基礎臨床，完美融合

分子醫學是分子生物學在醫學領域的應用，是從分子水平對疾病發病機制進行研究，以及對疾病進行基因診斷、基因治療和預防的一門前沿學科，其技術在臨床領域的應用為大勢所趨。因此，將《分子醫學實驗技術》課程內容與臨床案例進行有機結合勢在必行。比如，癌癥在基因水平上的診斷用到的關鍵技術就包括分子醫學技術課程中的核酸提取技術以及聚合酶鏈式反應技術；乙型肝炎病毒兩對半的檢測用到的關鍵技術就是分子醫學技術課程中的酶聯免疫吸附實驗。分子醫學實驗技術每個實驗內容都與臨床或者科研有著密不可分、千絲萬縷的聯系，是每名醫學生必須掌握的一門醫學基礎實驗技術。

1.5思維導圖，創新思維

思維導圖不僅可以使教師的講授過程更加清晰、更加具有條理性，而且可以幫助學生更好地掌握知識脈絡，促進發散性思維的形成，并有利于創新思維的產生[8]。課上教師會教會大家如何繪制思維導圖，要求學生課下自行繪制思維導圖，并作為課業考核的一部分。教師建議學生繪制思維導圖應不拘一格、形式多樣、有個人的風格和特色，有利于自身記憶。除了純文字之外，可以加入圖片、符號、顏色、英文等等，學生依據自身理解，將所有學習內容一并體現在思維導圖中。通過這種方式對所學知識進行梳理、總結，使學生獲得對知識脈絡的整體認知，使學習效率大增。同時，學生通過構建思維導圖，令其個體思維得到了有效延展、發散，可能發現課上未發現之問題，并產生頭腦風暴和創新思維，對學生創新能力、綜合能力的提高以及對教師思維和知識的擴展都會產生良性的促進作用。

2基于“虛擬仿真+微課”的線上實驗教學效果的反饋與分析

2.1教學效果反饋

《分子醫學實驗技術》的線上實驗教學的開啟與實施，從一開始的迷茫、到中間的不斷適應、不斷完善、再到最后的圓滿完成，經歷了一個較為艱難的過程。筆者與課題組成員在本輪線上實驗教學前給予了充分的思考，為了最大限度上彌補線上實踐教學的不足（學生無法親自動手操作），從線上實踐教學方式、方法以及內容等各個方面多次進行視頻會議溝通、研討、商議，群策群力，集思廣益，最終設計出一套較為理想的線上實驗教學方案。豐富多彩的線上實踐教學形式確實有效提高了學生學習的積極性和主動性、興趣度和參與度，促進了學生自主學習和獨立思考能力、科研思維和創新思維能力的發展。在師生充分的互動過程中，不斷發現問題、提出問題、分析問題并解決問題，真正實現教學相長。本課程因特色突出、效果良好被評為學校線上實驗教學典型案例，為同行起到一定的引領示范作用。

2.2考核成績分析

利用SPSS22.0統計學軟件，將2020年上半年臨床醫學專業（卓越醫師班）所有學生（共計65名）的期末理論考核成績（線上實驗教學）與2019年同期同專業所有學生（共計67名）的期末理論考核成績（傳統線下實驗教學）差異進行統計學分析。結果顯示，線上實驗教學組理論考試平均分（71.30±10.29）分，傳統線下實驗教學組理論考試平均分（55.53±11.71）分。利用獨立樣本t檢驗，t=8.210，P=0.000，說明試驗組和對照組期末理論考核成績差異有統計學意義（P＜0.05），線上實驗教學組平均分數明顯高于傳統線下實驗教學組。

3結語

無論線上教學也好，線下教學也好，線上線下混合式教學也好，以學生為中心，充分利用各種資源和手段使學生便于理解，并能融會貫通、勤于思考、自主學習，才是我們想要達到的目的。線上教學雖然不能面對面交流，但是通過在線答題、投票、彈幕等方式再加上精心設計的形式和內容，也能收到良好的教學效果[9]。本研究立足于學生實踐能力以及創新能力的培養，以臨床勝任力為導向，進行多元化的教學設計，頗受學生歡迎，學生學習的參與度、主動性和積極性均得到大幅提高，分析問題和解決問題、科研思維和創新思維能力均得到有效鍛煉，試驗組學生期末理論考核成績較對照組呈顯著上升，本課程也因特色突出、教學效果良好被評為校線上實驗教學典型案例。同時，線上實驗教學也促進了教師專業水平、職業道德感、責任感以及綜合能力的大幅提升，推動了教師的長足發展。以上結果均表明本次線上實驗教學效果良好，值得今后在線上—線下混合式實驗教學中借鑒、應用并推廣。孔子曰：學而不思則罔，思而不學則殆。學習不僅僅是單向輸入、死記硬背、應付考試。而更應該學會獨立思考，學會舉一隅而以三隅反，學習和思考同等重要。本研究通過獨立操作虛擬實驗項目、思維導圖構建、翻轉式教學、自學微課等方式達到了培養和提高學生自主學習、獨立思考能力的目的。同時，在線上教學過程中（包括微課中）恰當融入思政元素，為學生樹立正確的三觀起到了價值引領作用。最后，特別感謝課題組成員的通力合作，衷心希望本門課程能夠為社會培養德才兼備的醫學人才貢獻綿薄之力。

作者：吳囡 王冰 董穎 孟智超 黃艷麗