教育信息化背景下持续推进实验教学改革

专题

［编者按］

生物学实验教学是高校生物学相关专业本科教学的重要组成部分，也是造就高素质理工科人才的必要实践环节。不断促进高校生物学实验教学改革，对于培养学生科学思维、科研能力和创新创业能力具有重要意义。本期继续围绕高校生物学实验教学改革刊出三篇论文，特别围绕在信息化高速发展和“双一流”建设背景下的实验教学改革和实验平台构建加以探讨，以资借鉴和交流。

教育信息化背景下持续推进实验教学改革

刘亚丰，鲁明波，马聪，赵元弟，卢群伟，余龙江（

华中科技大学生命科学与技术学院，武汉，430074

）

摘 要：教育信息化已成为教育改革与发展的方向，以慕课为代表的在线开放课程体系给现行教学体系带来了巨大冲击。实验教学作为理论联系实际的桥梁，在教育信息化时代更应充分发挥其在提高人才培养质量上的重要作用。本文将信息化理念与手段引入实验教学，从教学模式、实验教学内容、教学评价体系、教学资源建设、实验室开放管理以及师资队伍建设等方面阐述持续深化实验教学改革，推进学生创新创业思维能力的培养和分析问题解决问题能力的提升。关键词：教育信息化，慕课，实验教学，教学改革

Promoting Continuously Experimental Teaching Reform Under the Background of Education Informatization

LIU Ya-feng，LU Ming-bo，MA Cong，ZHAO Yuan-di，LU Qun-wei，YU Long-jiang（

）

College of Life Science and Technology，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China

人工智能、物联网、虚拟现实、移动通信、大数据、区块链等信息技术发展快速，迅猛推进产业革命和社会跨越式发展，也正改变甚至颠覆着人们的生活和学习方式［1，2］。人人皆学、处处能学、时时可学的学习型社会正构建，教育信息化的新格局正在形成［3-5］。

教育信息化就是将信息技术应用到教学和管理中，用到人才培养质量上，推动教育理念转变、教学模式创新和办学模式改革［6-8］。其典型特征是网络化、数字化、个性化、终身化，它是社会信息化发展的必然产物，也是教育改革与发展的方向。

实验教学在知识学习和实践能力养成之间架起桥梁，是提高学生实践能力的重要手段，也是高等教育提高人才培养质量的重要途径［9］。教育信息化时代，大量慕课形成的在线开放课程体系给现行教学体系带来了巨大冲击，实验教学应借势而为，主

收稿日期：2019-07-24；修回日期：2019-09-22基金项目：湖北省教学研究项目（201767；201858）通讯作者：余龙江，E-mail：yulj@hust.edu.cn

4 刘亚丰等：教育信息化背景下持续推进实验教学改革

动引入信息化教育理念和手段，推进数字化课程和虚拟仿真实验项目建设与应用，以培养“发现问题、创设问题、获取知识和方法、解决问题”的综合能力为目标，不断提高学生分析问题、解决问题的能力，提升学生创新创业能力［1，10］。

1 实验教学改革重要性

实验教学是培养学生观察能力、思维能力、分析能力、解决问题能力的重要方法。学生通过实验操作、结果分析和报告撰写，锻炼了实践操作技能，培养了严谨科学的态度，加深了对理论知识的理解认识，促进知识向能力的转化，同时也培养了学生协作精神、沟通能力、组织管理与协调能力。作为高等教育重要的教学内容，实验教学在引导学生养成严谨、求实的科学态度，掌握科学技术及培养创新能力方面起着重要作用。

尽管实验教学很重要，但重理论轻实践现象仍普遍存在。在强化高等教育内涵式发展的新形势下，高校管理工作应高度重视实验教学，充分认识到理论知识是培养学生能力的基础，实验教学是培养学生实践创新能力的重要途径。要重视实验教学，就要不断提高教师开展高水平实验教学的积极性，构建与理论教学相互协调、与专业培养目标相匹配的实验教学体系。

教育信息化发展对传统实验教学提出了新要求，带来了新挑战——实验教学不能故步自封，要与时俱进，推陈出新，要充分认识到教育信息化时代实验教学不可替代，不能简单地用虚拟实验或仿真操作代替实体实验，要转变教育教学理念，推动实验教学及其管理信息化，推进翻转式教学、虚拟仿真教学、混合式教学等实验教学模式创新，加强数字化教学资源的建设与共享，推动信息化实验教学平台建设，促进实验室安全运行与智能化管理，构建以学生为中心的虚实结合、线上线下互补的开放式实验教学新体系［11-13］

。2 实验教学改革内容

2.1 创新教学模式

当前，学生的学习习惯和学习方式发生了很大

变化，许多学生更愿意通过移动网或互联网获取知识，这就需要将信息化技术与实验教学融合，创新教学模式，促进课内课外、线上线下相结合，丰富教学内容与手段，优化课前、课中和课后三个重要环节，建立相应的课程成绩评价方式，加强实验过程个性化考核。

教学模式的创新，可以将虚拟仿真教学、混合式教学、翻转式教学运用到实验教学中，突出线上线下互补、虚实融合互补、传统与现代互补，强调学习的主动性，培养学生学习自觉性、自主性与创造性，激发学生学习的兴趣与动机，拓宽学习的广度与深度，最大限度实现知识到能力的转换。

2.2 提高综合设计性、创新性实验的比例

除了必备的基础性实验项目，应开发建设更多的紧跟专业发展和社会需求的综合设计性实验和个性化创新实验，充分发挥学生主观能动性，引导学生多思考、多积累、多实践，避免“坐井观天”“闭门造车”和“纸上谈兵”，不断锻炼学生实践创新能力和综合设计能力。

在做强传统实验项目的同时，应加大对基于现代信息技术的虚拟仿真实验教学项目的开发力度，助推信息技术与教育教学的深度融合［1］，如笔者开发的生物大分子分离纯化虚拟仿真综合设计实验，将实验方案设计搬到网上，学生登录网络平台可拖拉选取模块化技术，多个模块化技术组合且逻辑关系正确、条件参数合适则完成方案设计，进而开展三维仿真操作［13-15］。学生只有完成通关设计，才可进入实体实验室进行实际操作。

2.3 建立新型实验教学评价体系

实验教学评价是督促学生做好实验和检查实验教学质量的重要手段，也是实验教学的重要组成部分。创新教学模式需完善传统评价体系，将教与学一同纳入评价体系。学生评价涵盖网上学习与交流、课前仿真操作、课堂实际操作及课后报告撰写等环节，既要看实验结果、数据处理、图表绘制、问题回答等，也要看过程如预习准备、实验方案设计、操作过程等，对学生进行个性化形成性评价。教师评价应考察课堂设计，学生对教师教学满意度，以

及与学生互动交流等，也可将实验室开放程度、仪器使用率、实验过程、实验操作安全等因素纳入考核范围。

2.4 建设开发虚拟仿真实验项目与共享平台

虚拟仿真实验使学生在开放、自主、交互的环境中开展高效、安全、经济的实验，达到真实实验不具备或者难以实现的教学效果［11-13］，扩展性强、方便开放共享［16］。2017年，教育部启动了虚拟仿真项目的认定工作，凸显对虚拟仿真教学的重视，也是“金课”的重要组成部分。

为推动虚拟仿真实验教学，一方面要加强虚拟仿真实验项目的建设，根据学科优势和专业特色有计划有步骤地进行；另一方面，要建设以互联网或移动网为基础的共享平台，实现教学资源动态加载、学生成绩评定、后台监控、互动交流等功能。

2.5 推进实验室开放与智能化管理

实验室开放有利于吸引学生利用课余进入实验室，训练规范操作，提高仪器设备利用率，促进学生自主学习和主动实践，有利于培养学生创新思维和实践动手能力。实验室开放需要建立配套的管理制度和运行机制，除常规地安排专门教师或学生助管参与管理之外，还可融入现代信息技术，实现远程智能管理，如安装360°可旋转自动对焦摄像头、烟雾监控系统、红外报警系统、音频对讲系统、多种气体成分监控系统以及可远程控制电源插座等。通过这些技术实施，教师用手机可实时观察了解实验室开放情况，及时解答学生碰到的问题，实时控制设备电源开关等。

2.6 强化实验教师队伍建设

教师队伍是决定实现教学目标尤其是实验教学能否培养创新人才的关键，也是推动实验教学改革、提高教学质量的生力军。在当前教育信息化背景下，教师队伍建设要着重考虑以下几个方面：

一是加大高水平教师引进，建立一支愿意从事实验教学、学历高、素质高、科研能力强的专职教学队伍，引导鼓励理论课教师或科研一线教师参与

刘亚丰等：教育信息化背景下持续推进实验教学改革 5

实验教学；形成专职与兼职、固定与流动相结合的队伍，丰富人员的层次与梯度。

二是鼓励科研成果向实验教学项目转化，鼓励高水平实验项目建设，鼓励数字化教学资源的建设与应用。

三是强化对教师队伍的培训与教育，鼓励教师深造，通过参加学术会议和教研会议，到条件好、水平高的科研机构或企业挂职锻炼等，不断提升科研和教学能力。加强教师信息技术应用能力的培训，树立现代教育理念，积极主动使用信息技术手段，提升在教案设计、资源整合、课堂管控、技术应用等方面的综合教学能力与水平。

3 小结

实验教学是培养学生实践能力和创新能力的重要途径，其教学水平与教学质量直接影响学生综合素养。现代信息技术的快速发展，使得学习越来越不受时间、地点和教师限制，获取知识更便捷、获取途径多样化。当前，教育信息化格局已形成，实验教学也应因时而变，积极推动实验教学改革，推进实验教学信息化和管理信息化，发挥其在人才培养上的重要作用。

实验教学改革首先要进行教学模式的创新，推动线上线下教学、虚实融合互补等教学模式的应用。加大数字化教学资源尤其是虚拟仿真实验金课的建设，推进开放共享平台的建设，为学生自主学习、主动实践提供丰富的线上资源和服务。逐步提高综合设计和创新性实验项目的比例，深入推进实验室开放，不断提升学生综合设计和实践创新能力。加强实验队伍建设与管理，使教师积极投身实验教学改革和高素质人才的培养。围绕以上几个方面，笔者单位积极探索、勇于实践，学生在国内外大赛上取得多项大奖，教学工作也不断受到学校表扬，连续多年获得优秀。

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（责编 张 磊 单冉东）