“互联网+”背景下虚实结合的线上线下混合实验教学模式浅析

丁悦敏 沈伟达 戴 宁 曾玲晖

（1.浙大城市学院医学院 浙江·杭州 310015；2.浙江大学医学院附属邵逸夫医院 浙江·杭州 310020）

2013年教育部启动了国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作，极大推动了实验教学信息化建设，使得优质实验教学资源通过互联网得到开放共享。2015年国家层面“互联网+”行动计划的提出使传统教学模式和教育理念发生深刻变革，慕课和在线开放课程建设蓬勃兴起。2020年初突发公共卫生事件，教育部号召全国高校，积极开展互联网+教学活动[1]，短时间内大部分的理论课教学实现了实质等效的目的。但对于实验课程来说，网课的实施存在技术上的困难。虚拟仿真实验平台及其项目的建设和应用为实验课搬上互联网提供了基础。特殊时期，利用前期建设好的线上优质的慕课资源和虚拟仿真实验平台，各高校的实验教学迎来了新的机遇，关于高校实验课教学模式的改革和探索正如火如荼开展[2]。本文介绍我院在开展基于“互联网+”背景的虚实结合的线上线下混合实验教学模式改革的探索和思考，以期为进一步推动高校实验教学改革提供有益参考。

1 开展虚实结合的线上线下混合式实验教学的可行性

（1）在线资源：在线课程平台和技术平台是实施在线实验教学的两个关键因素。疫情防控期间，共计超过4万门慕课和虚拟仿真实验平台通过近40家在线课程和技术平台向全国高校免费开放，此举为全国各高校的在线实验教学提供了强大的技术支持和可靠的解决方案。

基于教育部《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》规划，经过近十年的建设，目前我国已经建成以“实验空间”等为主的一系列国家级、省级、校级等虚拟仿真实验教学平台，为实施线上实验教学打下了扎实的基础[3]。以“实验空间”平台为例，目前平台共享了超过两千个实验项目，覆盖面广、适用性强，有力保障了在线实验教学的顺利开展。

（2）硬件设备和网络环境：2020年，全国已基本实现宽带网络的全面覆盖，人人享有优质教育资源的信息化学习环境基本建成。山东大学杨海军等通过分析980份本科生的问卷，发现学生家庭的硬件和网络环境基本可以满足在线教学所需的条件。其中，91.75%的学生有电脑，所有学生有智能手机，可以满足互联网+教学对硬件的要求。家中有WiFi和手机有流量包月的学生占比均超过80%[3]。我院在开课前也对所有选课学生做了摸底调查，结果与上述数据相仿，所有学生家庭都具备接受互联网+教学的软硬件条件。

2 虚实结合的线上线下混合式实验教学模式的构建

虚拟仿真实验平台及其项目的建设和应用为实验课搬上互联网提供了基础。虚拟仿真实验能够让学生身临其境般进行实验操作，有助于加深知识理解、提高学习兴趣、培养创新精神[4]。但由于这种模拟实验操作还不能完全取代实际动手操作，因此，我院在实验教学模式改革过程中，把虚拟仿真实验作为一种很好的辅助手段，当其与传统实验教学相结合，才能为广大师生认可，并发挥更好的作用。

图1：虚实结合的线上线下混合式实验教学模式图

基于“以学生为中心”的理念，激发学生的学习兴趣、培养学生探索知识、解决问题的能力是实验课教学的主要目的[5]。互联网+课程的特点是视频学习不受时空影响、线上互动和讨论方便、可实现碎片化教学和学习等，这些特点恰好与现代化实验教学目标高度契合。在线下传统实验教学基础上，增加线上虚拟仿真实验的应用，就可以使虚实结合的线上线下混合式实验教学模式得到实施（图1）。

3 虚实结合的线上线下混合式实验教学模式的实际应用

以我院《生理学实验》这一门实验课程的教学为例，虚实结合的线上线下混合式实验教学模式的设置是将学习分成课前、课中、课后三个阶段。

（1）课前阶段：教师利用MOOC、SPOC等在线平台发布视频，让学生通过观看视频了解实验原理、操作过程等基本内容，并在生—师、生—生之间进行实验前讨论，为实验做好准备。

（2）课堂教学阶段：根据情况可分成互联网+线上课堂和线下课堂两种，线上课堂可采用直播模式开展线上翻转课堂教学，结合使用虚拟仿真实验平台，让学生进行虚拟操作，完成结果记录；线下课堂则通过面授、小组讨论、测试、小组比赛等更灵活多样的方式进行现场教学，着重协助学生在实验室完成相应的操作，观察实验现象，探索背后机理，并答疑解惑。

（3）课后阶段：可分为线下和线上两块内容。学生完成实验报告的书写和提交，该部分为线下内容。教师通过在线上平台布置相应的作业，组织更深层次的讨论，促进学生自主探索、创新能力的提高，这些又是线上的内容。

可以看到，以上实验教学模式的应用彻底改变了原来实验教学较为单一的方式，将原来课堂教学中的理论讲解、操作演示、小组讨论模块搬到线上提前进行；而课堂上则充分发挥翻转课堂的作用，激发学生积极性和主动性；配合实物实验（约占 60%-80%）和虚拟仿真实验（约占20%-40%）操作，锻炼学生的动手能力，并培养他们自主、探究、创新的素质；借助虚拟仿真实验不受时空限制的特点，结合课后的拓展性讨论和作业，达到知识外延的目的。如此形成的线上线下混合式实验教学模式，有助于提升实验教学效果。

4 虚实结合的线上线下混合式实验教学模式的优点

（1）更好地锻炼了学生的动手能力，增加学生的学习兴趣和自主性，帮助巩固理论知识，提高分析和解决实际问题的能力，提高了学习效率。

（2）更广地拓展了实验开设的范围，既突破实验在时间上和空间上的限制，也打破了部分苛刻实验条件的制约。

（3）更大地提高实物实验的成功率，学生通过虚拟实验操作训练，使学生熟悉实验具体细节和步骤，减少实物实验中的误操作，显著提高成功率。

（4）更强地培养学生的探究能力，实物实验结束后，学生仍可借助虚拟仿真实验进行反复强化练习，加深对实验原理的理解，强化学生的自主探究素养。

5 结语

基于互联网+教学和虚拟仿真实验平台的虚实结合线上线下混合式实验教学模式是一条可以实现教学信息化和现代化的有效途径。在虚实结合的线上线下混合实验教学模式下，实践与知识之间得以形成一个不断循环和促进的闭环，极大促进学生的学习主动性和自主性，并促使学生养成勇于实践、自主探究和求真创新的科学素质。