| 标题 | 动物医学虚拟仿真实验教学平台的建设与应用 |
| 范文 | 宋予震 郭素琴 史洪涛 刘玲玲 王坤丽 胡佩佩 董青 摘 ?要：文章对河南牧业经济学院建设动物医学虚拟仿真实验教学中心的经验进行归纳总结，围绕网络教学资源建设和利用，对动物医学虚拟仿真实验教学中心建设中相关问题进行了探讨。 关键词：动物医学;虚拟仿真;实验教学;教学平台 中图分类号：G642 ? ? ? 文献标志码：A ? ? ? ? 文章编号：2096-000X（2020）21-0079-03 Abstract： This paper sums up the experience in establishing veterinary medicine experimental teaching centers of virtual simulation in Henan University of Animal Husbandry and Economy.Centering on the construction and utilization of network teaching resources， the related problems in the construction of virtual simulation experiment teaching center of veterinary medicine were discussed. Keywords： veterinary medicine; virtual simulation; experiment teaching; teaching platform 河南牧業经济学院于2013由原郑州牧业工程高等专科学校和原河南商业高等专科学校合并组建而成，建校以来一直致力于应用型本科的建设。农学学科是我校传统优势学科，尤其是动物医学及动物科学更是自建校以来不断发展壮大的龙头学科。动物医学是我国农业科学的重要组成部分，也是医学的一个分支。其主要任务是在“一个世界、一个健康”的理念下[1]，运用专业知识，对食品动物、农场动物、实验动物、伴侣动物、野生动物以及外来动物等进行流行病学分析、疾病检查、诊断与治疗，对疫病进行检疫和防控。其根本任务目标是保障畜牧业可持续发展，促进动物健康和动物福利，提高动物源性食品质量，维护公共卫生和生态环境安全，保护人类健康[2]。 一、动物医学实验实体教学中存在的主要问题 动物医学职业性强、涉及面广、知识更新快。其相关课程涵盖了动物医学、动物科学、动物药学、动植物检疫、食品质量与安全等本科专业，以及兽医、畜牧兽医、中兽医、兽药、宠物养护、生物制药、草食动物、养禽等专科专业学生大量的必修课程，包括动物解剖学、动物组织胚胎学、动物生理学、兽医药理学、兽医毒理学、兽医病理生理学、兽医传染病学、兽医寄生虫学、兽医微生物学、兽医免疫学、分子生物学、兽医外科学、兽医内科学、兽医产科学等，这些课程均包含有大量的实验教学内容，对学生后期从事临床生产实践和科研工作的能力影响很大。但是鉴于动物医学实验的复杂性，有些实验在实体实验室对学生开展的难度较大，在一定程度上影响了高素质应用型人才的培养[3]，因此迫切需要开展虚拟仿真实验，与实体教学和真实实验相互补充，以弥补实体教学的不足。目前动物医学实验教学存在主要问题包括[4-6]： 1. 有些实验的教学时间比较长，比如观察反刍动物瘤胃内微生物的菌群变化，需要长期观察动物并反复取样检查，鉴于学生其他课程安排较多，很难连续安排这样的实验进行，导致学生不能很好的理解实验过程。 2. 存在部分高危实验。比如一些高致病性的人畜共患病原微生物实验、涉及放射性元素的免疫性实验，一方面受到相关监管部门的管制，另一方面需要具有资质的实验室和管理人员才能开展。学生无法独立开展实验操作。 3. 教学经费和设备不足。一些实验所需的实验仪器设备和耗材昂贵，例如电子显微镜、质谱仪、流式细胞仪等，无法做到让每个学生都亲手操作并熟悉仪器设备。 4. 受制于动物福利和动物伦理。动物解剖学、动物生理学、兽医药理学、兽医病理生理学、兽医外科手术学等课程的实验消耗的动物数量巨大，不符合替代（replacement）、减少（reduction）、优化（refinement）“3R”动物保护原则。 5. 部分实验操作复杂，学生掌握难度大。比如动物生理学的电生理实验、离体蛙心灌流实验等，操作难度很大，学生要通过反复的练习才能够掌握。 6. 实验考核的难度比较大。很多实验都需要在实验结束之后对学生进行考核，但是受制于实验教学资源和时间，很难对每一名学生都进行准确的考核。 二、动物医学虚拟仿真实验教学平台的建设 为了解决上述这些问题，河南牧业经济学院在2016年开始尝试构建动物医学虚拟仿真实验教学平台（下简称平台），平台的建设随着动物医学实验教学改革而建立和发展，依托河南牧业经济学院“省级动物科学与动物医学实验教学示范中心”，坚持“以虚补实，能实不虚，虚实结合”的建设原则[7]，围绕学生自主学习平台和数字化网络教学资源平台建设，构建了动物医学虚拟仿真实验教学平台。目前该平台包括平台管理后台以及丰富的教学资源内容两大部分。 （一）动物医学虚拟仿真实验教学平台架构 动物医学虚拟仿真实验教学平台以网络技术、计算机仿真技术、虚拟仿真教学平台为依托，集实物仿真、创新设计、智能指导、虚拟实验结果自动批改和教学管理于一体，具有良好自主性、交互性和可扩展性。平台架构如下： 1. 基础层 平台以网络服务器为基础，采用学校教育网和互联网，让学生随时随地可以访问服务器上的虚拟课件。服务器采用刀片式，托管于校园网管中心，提供7×24小时的服务，具有安全性，可靠性。 2. 平台层 平台层是进行教学管理的核心框架，是完成与传统实验教学无缝对接的重要手段。平台包括：身份认证、课件管理、班级管理、考试管理、学习统计、实验报告提交和批阅、师生互动等功能。 学生登录该平台后，可以对实验项目进行预习小测验，阅读教学课件ppt，完成虚拟课件的实验项目，提交实验报告和老师布置的课后测验。教师可以通过该平台查看学生对该实验项目的学习情况，批改实验报告，布置作业和互动答疑。平台可保证和维护整个虚拟实验教学项目的正常进行。 3. 仿真层 仿真层主要采用主流的Adobe Flash仿真动画技术，结合3DMax三维场景建模工具，利用数学模型完成对实验波形的实时仿真，实现各虚拟实验项目中仪器、场景、实验操作的可视化，通过知识点设计，利用提问，选择题等多种方式实现互动操作，强化知识点学习，符合教学大纲要求。 4. 应用层 应用层包括学生可以学习的所有教学材料，主要按照基础兽医、临床兽医和预防兽医三个二级学科为骨架搭建。 （二）动物医学虚拟仿真实验教学平台资源 目前，我们已经按照不同教学材料属性，建成了动物机能学实验项目群、动物形态学实验项目群、分子生物学实验项目群、兽医病原学实验项目群、实验动物项目群。 1. 动物机能学实验项目群 动物机能学实验项目群主要涵盖动物生理学、兽医药理学、兽医病理生理学等方面的实验教学内容，主要包括：离体蛙心灌流、期前收缩与代偿间歇、家兔血压的调节、蛙心起搏及起源分析、家兔失血性休克、心律失常、心律失常、家兔呼吸运动的调节、胸膜负压的观察、家兔肺水肿、刺激强度与肌肉收缩反应的关系、神经干动作电位引导、减压神经放电、胃肠运动的观察、药物对离体肠的作用、影响尿生成因素及利尿药的作用、胰岛素的低血糖抢救、普鲁卡因的传导麻醉作用等项目。 2. 动物形态学实验项目群 动物形态学实验项目群包含动物组织胚胎学、兽医病理学数字化切片，截至目前已建有263张数字化切片，依托数字切片网络浏览技术，可查看相应切片附加信息，如大体图像、文件附件说明等;可按不同倍率（2x，4x，10x，20x，40x）浏览切片，也可进行无级连续变倍观察;可按标注方式导航浏览切片，方便学习、教学和交流，培养学生独立读片技能;可进行数字切片网上评论交流，发表不同见解，进行教学指导或学习。 3. 分子生物学实验项目群 分子生物学实验项目群包含PCR仪的使用及其基本操作、微量移液器的使用操作、普通高速离心机的使用操作、冷冻离心机的使用操作、恒温摇床的使用操作、电子天平的使用操作、分光光度计的使用操作、恒温水浴锅的使用操作、PH计的使用操作、总RNA提取及荧光定量PCR、质粒DNA提取、聚合酶链式反应——PCR、DNA琼脂糖凝胶电泳、DNA的纯化、感受态细胞的制备、酶联免疫吸附反应、SDS-PAGE聚丙烯酰氨凝胶电泳等实验项目。 4. 兽医病原学实验项目群 兽医病原学实验项目群包括日本血吸虫实验、自然沉淀集卵法、饱和盐水浮聚法、固体培养基培养大肠杆菌、液体培养基培养大肠杆菌、革兰氏染色法等实验项目。 5. 实验动物项目群 实验动物项目群包括实验动物介绍（猫、狗、猴、豚鼠、黄金地鼠、小鼠、大鼠、裸鼠、兔、蟾蜍等动物的生物学特性，生理常数及实验应用）、动物伦理学（动物伦理、动物福利、应激和痛苦、3R原则、仁慈终点、具体福利要求等）、哺乳类手术器械的简介及三维仿真展示（动脉插管、静脉插管、动脉夹、颅骨钻、气管插管、三通管、手术刀、输尿管插管、兔盒、兔台、压力传感器、止血钳、注射器等器械）、蛙类手术器械的简介及三维仿真展示（保护电极、金属探针、普通电极、蛙板、蛙钉、蛙心夹、锌桐弓、张力传感器等器械）、常用器械简介及三维仿真展示（玻璃分针、粗剪、缝合针、手术剪、手术镊、眼科剪、支架等器械）、实验动物的捉拿方法（蟾蜍、小鼠、家兔、豚鼠等）、实验动物的插管技术（蛙心插管、家兔颈总动脉插管、家兔气管插管、家兔尿道插管）、实验动物的注射给药（小鼠、大鼠、豚鼠、兔、猫等的腹腔注射、家兔耳缘静脉注射等）、动物的分组（分组的原则、建立对照组）、动物编号（挂牌法、打号法、针刺法、染毛发、剪毛法、打孔/剪缺口法）、动物的品系与分类、动物的选择及性别识别等。 三、动物医学虚拟仿真实验教学平台的应用及成效 （一）建立了丰富的教学资源 目前我校动物医学虚拟仿真实验平台已建设有上述丰富的教学资源内容，2018年依托该平台，我校取得了省级虚拟仿真实验教学项目的立项。 （二）建立了崭新的教学模式 动物医学虚拟仿真实验教学平台的搭建，转变了传统教学模式，改革了现有的教学手段和方法，切切实实以学生为主体、教师为主导、做到“以虚补实，虚实结合”，开展了多个专业、同一时间、多种方式的校内综合实验、实训、实习教学，通过虚拟仿真实验项目的考试系统，对学生的实验操作进行了全面细致的考核，做到了每一名学生都能被考核、每一个项目都能被考核，扭转了以往的实验教学孤立、不系统无法精准考核的局面，实现了“教”与“学”的有机结合。 （三）提高了学生综合能力 通过动物医学虚拟仿真实验教学平台，学生自主观看每个实验项目的实验简介、实验原理，动手操作虚拟仿真实验过程，结合高清的实验视频，学生自主探索实验结果，观察实验结果变化，进行虚拟仿真的模拟考试，并且记录笔记和向老师提出疑问反馈。高清的实验录像、随时随地的可不限次数的完成模拟仿真操作，大大提高了實体实验的学习质量。辅助于虚拟仿真的实验平台，学生在理论学习的基础上，更好的理解了相关的知识点，更加深刻的熟悉和掌握了整个实验过程，大大提高学生的科研思维能力和设计能力。 （四）提高了师资队伍水平 动物医学虚拟仿真实验教学平台建立了“知识探究+能力建设+科研实训”三位一体的动物医学人才培养体系。我们将学生考核重点放在学习能力、解决问题能力和独立设计实验能力，并能形成一定的科研思维能力方面。同时，由于动物医学虚拟仿真实验教学平台内容全面，涵盖了动物解剖学、动物组织胚胎学、动物生理学、兽医药理学、兽医病理学、兽医诊断学、兽医内科学、兽医外科学、兽医寄生虫病学、兽医传染病学、分子生物学、实验动物学等知识，所以，随着本平台的应用与推广，逐渐建立和培养了一支知理论、懂技术、会应用、能创新的实验教师队伍。 （五）产生了显著的社会效益 我校动物医学虚拟仿真实验教学平台除了为我校相关专业的实验、实习、实训提供了有力保障，同时也鉴于该平台在建设理念和设备技术等方面具有一定的先进性，在省内外处于同类院校较领先地位，为兄弟院校动物医学类专业教育提供了共享平台，有效的降低了办学成本，节约了社会资源;部分校企合作单位依托该平台开展员工培训，为区域动物生产、动物疾病防治、药品生产、食品检验检疫提供技术服务，提高了相关企业管理水平和经济效益。 四、结束语 动物医学虚拟仿真实验教学平台良好的支撑了我校应用型专业技能人才培养，产生了显著的社会效益，未来我们将继续扩充资源内容，扩大资源共享范围，以期取得更好的效益。 参考文献： [1]贾敬敦.同一个世界同一个健康[J].中国比较医学杂志，2010，20（Z1）：1-4. [2]汪开毓，杨光友，李英伦，等.动物医学类本科教育培养方案的改革与实践[J].四川农业大学学报，2000（S1）：24-28. [3]尹荣焕，何剑斌，白文林，等.高等院校动物医学专业本科学生实践创新能力培养的研究[J].农学学报，2014，4（06）：97-100. [4]韩庆功，崔艳红，陈金山.临床兽医学科实践教学体系的改革与探讨[J].黑龙江畜牧兽医，2012（23）：153-155. [5]郭定宗，周东海，杨世锦，等.改革实践教学、大力培养动物医学专业学生创新能力[J].华中农业大学学报（社会科学版），2009（01）：48-51. [6]杨萍萍，徐瑞雪，崔言顺.动物医学专业创新型人才培养的研究与实践——以山东农业大学为例[J].高等农业教育，2013（02）：59-61. [7]张宏颖，孙艺平，曹婧，等.基础医学国家级实验教学示范中心的建設实践[J].实验技术与管理，2015，32（12）：150-154. |
| 随便看 |
|
科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。