智能化教学方法在本科生物教学中的应用

智能化教学方法在本科生物教学中的应用

崔昕昕

西北工业大学生态环境学院 陕西西安 710129

摘要：信息技术在高校教学中的应用发展，为本科实验教学注入了新的活力。

实验教学作为生物类学科重要的培养环节，近年来不断改革旧有的实验教学模式，全方位推进实验教学的智能化、信息化。通过引入慕课、微课、虚拟仿真教学、线上线下混合教学等新型教学模式，不仅促进了当前实验教学体系、方法、资源的优化调整，还增强了课程的丰富程度和吸引力，调动了学生的主观能动性和积极性。智能化教学方法的应用培养了学生的创新能力与兴趣，拓展了实验教学的广度和深度，提高了实验室资源的使用率，在目前本科生物实验教学改革中具有促进意义。

关键词：实验教学；生物学；智能化教学；

引言

随着科技的飞速发展，教学信息化、智能化水平已经提升到前所未有的高度，实验室教学智能化是目前高校重要建设领域之一，是双一流高校教学水平的重点建设内容。虽然本科生物实验教学模式不断创新，在特殊时期所开展的线上线下等教学形式取得了一定的成效，但其实验教学内容和方法仍存在众多问题，落后于互联网时代的发展，无法满足目前创新性人才培养目标的核心需求。在本科生物实验课程中，主要体现在智能化教学硬件的建设跟不上，智能化教学的应用与课程结合较弱，教师的信息化与智能化意识不够，使用信息化教学手段的能力不足，智能化教学设计不到位，综合应用能力不足。如何将培养学生的综合创新能力与教学智能化有机结合，需要在教学过程中进行改革和探索。因此，进一步创新探索实验教学模式，充分发挥智能化实验教学手段的优势，建立智能化教学体系，提升实验室的智能化管理就成为了当前本科生物实验教学的发展方向。

教育部2013年印发《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》，推动虚拟仿真实验教学的建设。2017年印发《关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知》，指出：“虚拟仿真实验教学项目是推进现代信息技术融入实验教学项目、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措”。实验教学信息化、智能化的发展趋势下，鼓励实验教学中的手段多样化，教学形式丰富化，与时俱进地融入先进的互联网技术手段，大幅提升大学生的互动参与积极性和创新能力。

1.实验教学智能化概述

在智能化教育的发展趋势下，新型实验教学手段不断演变，发展出微课、慕课、虚拟仿真教学、线上线下混合教学等一系列智能化教学模式，对实验教学的改革起到了重要的促进作用，推动了混合教学模式的发展，从而整体提升实验室的利用效率，合理化分配教学资源，更好地服务教师和学生。尤其对于生物学这类侧重实验科学的学科，智能化教学模式的引进，互联网多媒体技术的广泛应用，可以从视觉、听觉等多方面增强学生的感受，通过组合视频、音频、参与互动等形式，带来身临其境的学习体验。

2.慕课带来身临其境的实验课体验

慕课是制作精良的网络数字化课程的代表，被广泛应用到生物学教学中，具有很强的扩展性和灵活性，受到师生的普遍认可。目前各高校制作的慕课种类繁多，涵盖了普通生物学、生物化学与分子生物学、遗传学、微生物学、细胞生物学、生理学等课程，为学生提供了大量优秀的自学资料。将慕课应用于生物实验教学中，对于提升实验教学质量具有不可忽视的作用。慕课具有一定的内容深度，丰富的文献和讨论，为学生带来身临其境的体验。实验课可以实现实验报告电子化、规范化管理，实时反馈等，有效利用学生的碎片化时间，与开放式实验室相结合，有助于科研与教学相结合，扩展了课程的容量。

3.虚拟仿真实验拓展了生物实验教学的深度和广度

《普通生物学实验》和《生物化学与分子生物学实验》是本科生物类专业的重要基础课程。通过实验课程的学习，使学生养成良好的实验习惯，掌握科学的观察能力和分析能力，强化部分生物学基础知识，为后续的专业课学习和科研实践奠定基础。实验课程中主要学习光学显微镜和体视显微镜的构造及使用，植物与动物组织基本类型与形态观察，显微制片技术，动物的解剖，DNA及蛋白的提取纯化，载体的构建，聚合酶链式反应等实验技能。实验涉及的材料和试剂成本较高，生化实验中一些实验操作难度高，使用的试剂具有一定的危险性，因此需要学生做好充分的预习和准备工作。传统的实验教学中，课堂时间有限，无法满足学生反复观摩及操作的需求。引入信息技术开展虚拟仿真实验教学，可以拓展生物实验教学内容广度和深度，让学生有更多的机会完整地参与到实验当中，使学生全面熟练高效地完成实验技术的培训，丰富多彩的虚拟仿真实验形式，也可以激发学生学习的主观能动性，更好地服务于学生和教师。

4.微课教学形式丰富了实验教学的内容

信息化教学的推广促进了微课的蓬勃发展，微课在实验教学中的有效应用，可以大幅提升生物实验教学中的效率，突破课时、经费和设备资源的限制，为培养学生的科研兴趣和实验技能提供强有力的支撑。将复杂的生物实验制作成几分钟的微视频短片，融入丰富的知识点，可以广泛应用于多种生物实验课程的教学。以动物解剖实验为例，通过视频的形式进行具体解剖实验操作的反复播放讲解，有效加深学生对于实验的印象和细节知识点的消化理解，在避免危险操作的同时，也激发了学生对于实验学科的兴趣。同时微视频教学形式的开展，在极大程度地丰富实验的内容的同时，也对教师的微课制作水平和信息化能力提出了较高的要求，教师需要加强在智能化教学技能方面的培训，在实践中将教学和信息化有机融合，增加学生在课程中的参与和互动。

5.线上线下混合教学在实验教学中的探索

传统的生物实验教学主要以线下教学为主，信息化手段的应用增强了学习内容的可回顾性，反复播放的视频减少了实验器材的消耗，增加了学生实验操作的规范程度和学生的自信心。目前线上线下混合教学模式的方案仍处于探索阶段，主要包括线上视频展示，线上互动交流，线下分组实验等内容。学校教师首先建立实验教学视频库，采用启发式教学，进入问题，促进学生积极思考和讨论；线上学习的同时，学生和教师通过互动交流，完成实验课内容；在完成线上实验视频教学后，学生独立完成实验操作、分析和总结。

6.实验室智能化管理

生物实验教学中，涉及多种精密仪器的操作，部分设备价格昂贵，维护管理成本较高。为了更好地利用实验室资源，更好地为教学服务，在开展智能化教学的同时，需要提升实验室的智能化管理，尤其是设备的智能化管理。目前许多高校的科研实验室都开展了设备管理系统信息化，可以实现在线预约、刷卡操作等功能。然而本科教学实验室的智能化管理并不完善，随着开放式实验室的发展，实验设备的统一智能化管理必不可少。通过应用信息采集、网络教学、在线管理等相结合的方式，搭建智能化教学平台，提高实验室设备的利用效率，更好地服务于教学。

四、结束语

智能化教学的蓬勃发展，极大地丰富了我国高等教育的形式，为本科生物实验教学的发展注入了新的活力。目前，在虚拟仿真教学、微课、慕课、线上线下混合教学等方面的探索取得了良好的效果，高校将进一步加强教育信息化建设，整合实验教学资源，提升教师的智能化教学水平。未来，随着VR、人工智能等技术的不断发展，高校生物实验教学的形式也将不断演变，进一步向着智能化、信息化的方向发展，为高素质创新型人才的培养奠定基础。

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