基于虚拟仿真实验及测评的混合式教学实践

邓可

[摘 要] 实验教学能力是师范生专业素养的重要组成部分。在后疫情时代，如何更好地提升高校实验课的教学质量，培养师范生的实验教学能力已经成为当下教育关注的重点。通过师范生教师教育类“中学生物实验教学研究”课程的教学改革，借助虚拟仿真实验平台和网络课程平台，将真实实验与虚拟仿真实验相结合，制定了虚拟仿真实验线上新型混合式教学实践方案，并构建了虚实结合的课前、课中和课后三阶段混合式教学实践过程，同时使用虚拟仿真测评系统进行了线上线下、定性定量的实验教学评价的改革。

[关键词] 生物实验;虚拟仿真实验;混合式教学;教学评价

[基金项目] 2020年度第一批教育部产学研合作协同育人项目“基于虚拟仿真测评技术的‘中学生物实验教学研究’混合式教学实践改革”（202002056021）

[作者简介] 邓 可（1973—），女，四川岳池人，生物学硕士，贵州师范学院生物科学学院副教授，主要从事生物学科教育研究。

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）07-0145-04 [收稿日期] 2021-08-18

新冠肺炎疫情爆发以来，我国各大高校积极贯彻教育部指示精神，组织开展了丰富多样的线上教学，并取得了显著的成效。随着疫情的常态化发展，线上教学已经成为日常教学的一种重要手段[1]。但是，由于实验课程的特殊性，必须借助实验仪器才能完成实践教学活动，单纯的线上教学很难完成真实课堂的实验教学任务。因此，如何确保实验教学的效果和质量，顺应时代发展、积极应对教育课程改革和现实问题，已成为当前高校教学改革的研究热点。

一、“中学生物实验教学研究”虚拟仿真混合式教学改革思路

“中学生物实验教学研究”是高等师范生物科学专业的教师教育类实践课程。该课程的课程目标是，培养生物科学专业师范生从事中学实验教学工作所必备的实验操作技能和实验教学能力，进而培养师范生进行中学生物实验教学研究的能力。“中学生物实验教学研究”课程的开设，为师范生将来踏入教师行业，进行生物学实验教学奠定了基础。由此可见，该课程对于生物师范生未来发展具有极其重要的意义和价值。

“中学生物实验教学研究”的课程内容主要包含两个部分：实验操作部分和实验教学研究部分，该课程要求师范生不仅要完成中学生物教科书中的实验操作，还需要对中学生物实验中的实验材料、实验方法和实验器材等方面进行研究改进，但由于生物学实验很容易受到地域、环境和季节等因素的影响，加之实验教学课时有限，学生对中学生物实验教学的研究往往浮于表面，仅能完成实验操作。随着教育信息化的改革逐渐深入，虚拟仿真实验逐渐成为实验教学中的重要手段和方法。虚拟仿真实验在操作中具有安全、灵活、可重复等特点，并且不受时空的限制，因此，可以将真实的实验教学与虚拟网络环境相结合，两者取长补短[2]。结合国家要求和专业特点，本课程对各类虚拟仿真实验平台进行了比较，最终，“中学生物实验教学研究”课程采用“NOBOOK仿真实验系统+学习通平台”作为线上教学平台，进行线上模拟实验。同时，充分利用已有的实验条件，开展线上线下相结合的混合式教学，并进行了相关的实践和探索，取得良好的效果。

二、“中学生物实验教学研究”虚拟仿真混合式教学实践方案

为了达成“中学生物实验教学研究”的课程目标要求，本课程的虚拟仿真混合式教学的具体实践方案分为两大板块，分别是：教师板块和学生板块。教师板块主要包含任课教师进行建设课程平台、学生信息管理、课程实施管理三个方面。首先，教师会结合“中学生物实验教学研究”教学实际情况，建设学习通课程平台，并在其中发布相关学习任务，上传课程视频资源和文字材料等;学生板块主要是学生进行个人学习任务管理、学习思维拓展与延伸、虚拟仿真—真实实验结合三个板块。在进行虚—实结合实验时，学生可先利用任课教师搭建好的课程平台进行课程预习，同时采用虚拟仿真实验进行实验操作，在真实实验课堂时，针对虚拟仿真实验操作中的问题，进行实验改进，并上传实验结果，学生通过学习通网络平台进行分享交流，同时对实验结果进行小组互评和教师评定。

三、“中学生物实验教学研究”虚拟仿真混合式教学实践过程

1.课前准备。在每次实验开始前一周，任课教师通过已经建立好的课程资源平台上传相关资源、发布相关实验学习任务，并在课程群讨论组或班级QQ群告知学生利用学习通平台进行预习，学生通过查看任务结合平台资源，在NOBOOK虚拟仿真实验进行实验操作，系统自动记录并评分，同时在学习通平台完成预习。在课程前三天，学生组成学习小组，通过学习通和QQ群开展预习研讨会，学生结合预习结果与虚拟仿真实验操作，分小组讨论实验操作中易出现的错误、安全注意事项、实验改进等方面问题，预习任务完成后，进行小组互评，任课教师予以评价。

2.课堂教学。活动一：请学生通过学习通，分组展示预习成果，并利用虛拟仿真实验平台演示实验操作过程，引导学生针对教学中的实验步骤和操作过程可能出现的问题，进行讨论交流。教师归纳总结出该实验在教学中可以研究的问题。活动二：教师引导学生分组，每组各选择一个研究的问题，进行实验方案设计，并请各组代表通过学习通上传实验方案，进行分享交流，教师加以点评。活动三：指导学生分组实验，根据各组实验方案，利用提前准备好的材料及仪器进行真实实验，并在实验过程中进行视频的录制和实验结果的纪录。实验结束后，学生将实验结果和实验数据发布到学习通平台，教师进行各组巡视，并提醒学生实验注意事项。活动四：通过学习通平台，学生对自己的实验结果进行分享、交流、讨论和反思，并进一步完善实验设计方案，独立完成真实实验、记录结果。

3.课后拓展。实验课堂教学结束后，学生撰写相关实验报告，并将实验过程视频和实验报告上传到学习通中，学生也可以进一步拓展实验研究的问题，将问题发布在学习通的讨论板块，全班学生共同进行讨论。

四、“中學生物实验教学研究”混合式教学评价改革

传统的实验教学评价，评价的形式比较单一，评价功能单薄，很难通过学业评价促进学生的专业发展，学生学习的主观能动性不够[3]。本课程的考核目标包含学生的知识、能力、师德修养等多方面，所以单一的终结性的考试，无法完成多方位、多层次的考核要求。因此，本课程基于OBE理念，将形成性评估和终结性评估相结合。评价中关注学生在课程学习中的阶段性成果，在课程作业的布置中强化实践，除了实验报告、实验教学设计等作业方式，还让学生通过课程学习，转换角色，以准生物学教师的身份进行教具的开发和实验教学的改进，并集结成册。同时，学生通过教学模拟，进行实验教学微课的录制，并上传到学习通网络平台，进一步加强过程考核和能力考核。

同时，本课程以学生实验操作评价为主要评价手段，注重定性评价与定量评价相结合。充分利用虚拟仿真实验测评系统，借助网络和VR测评装备，进行实验的操作考核。学生可以通过线上的虚拟仿真实验测评系统，不限时间、空间和成本的进行考核，由于系统对操作的每个步骤能精准的评测，因此实验操作考试的结果定量准确，较为公正，并且能及时将错误操作的问题反馈给学生，节省了大量的人力和物力，学生的实验操作能力也获得了较大的提升。虚拟仿真的测评系统，让学生也参与到课程学习评价中，评价的主体不仅仅只是教师，学生也是评价的参与者，通过对多环节、多评价主体的评价意见的整合，形成最终评价结果[4]。多元化的评价方式充分激发师范生的学习兴趣，促进学生学业水平质量的提高。

结语

师范类生物科学专业的“中学生物实验教学研究”课程教学改革中，通过采用虚—实结合的混合式教学，利用先进的虚拟仿真技术及网络课程平台建立起独特的“云课堂”。在此过程当中，既解决了实验课时不足的问题，也保证了学生实验的安全性和可行性，同时，也落实了国家疫情期间“停工不停学”的政策。虚拟仿真实验融入“中学生物实验教学研究”课程教学，拓展实验教学内容广度和深度，延伸实验教学时间和空间，充分调动了学生的学习积极性，提升实验教学质量和水平，也为师范生以后的职业发展打下坚实的基础。

参考文献

[1]刘岩，于洋，刘睿，等.基于虚拟仿真平台的线上线下混合式教学改革研究——以《制药过程检测与控制》为例[J].教育教学论坛，2020（39）：385-386.

[2]李媛媛，刘乐，陈泉志，等.基于虚拟仿真实验的混合式教学模式探索与实践——以“涂料化学与工艺学实验”为例[J].教育教学坛，2020（33）：213-215.

[3]王敏，任银祥，谷弘，等.基于虚拟仿真+CBL+TBL的混合式教学在“医学形态学实验”中的应用[J].中国医学教育技术，2020（1）：128-132.

[4]仇清海，肖苏慧.“云平台+虚拟仿真”信息技术手段在高职专业课混合式教学中的应用研究[J].教育教学论坛，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