虚实混合在生物学实验教学中的应用及效果评价
张保石，贾晓梅，苗晓燕
（保定学院生物化工与环境工程学院，河北保定071000）
虚拟实验具有开放性、交互性、便捷性、利用率高、易维护等优点，在教学中可以代替高成本、高危、高复杂程度的实验，可以实现异地使用和资源共享［1］，且注重学生创新和实践能力的培养，在国内教育领域，特别是高校中的应用越来越受到重视，成为强化实验室建设、改革实验教学手段的重要发展方向。《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》提出，推进信息技术与教学深度融合。建设智能化教学环境，提供优质数字教育资源和软件工具，利用信息技术开展启发式、探究式、讨论式、参与式教学，鼓励发展性评价，探索建立以学习者为中心的教学新模式［2］。近年来，国内的许多高校根据自身科研和教学的需求建立了虚拟实验室。2017年，教育部办公厅发布了《关于2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》［3］，对高等教育中应用虚拟仿真实验教学起到了良好的推动作用［4］。
生物学是以实验为基础的学科，在专业培养方案中，生物实验是极其重要的一部分。实验设计、操作、观察和探究等环节对学生掌握生物学知识、科学探究方法和培养学生实践创新能力具有重要的作用。高校生物专业的实验类型有验证性、设计性、综合性实验，其内容包含操作技能、创新思维、科研能力的培养。有的内容可通过传统的实验满足，但是有的内容由于危险系数过高、课堂时间有限、环境条件制约、设备不足、实验现象不明显、学生实验操作能力不足等原因，使得学生难以进行多次重复的实验或实验难以达到理想的效果，因此学生实践创新能力的有效提升受到了一定的制约。而利用虚拟实验可以解决常规方法难以解决的疑难问题，学生能够模拟操作一些真实环境中难以实施的实验，让学生参与到设计实验、选择实验用具、实施实验、收集数据、改进升华、总结分析和得出结论等实践环节中，在实践过程中逐步培养和提高学生的实践创新能力。
近年来，线上线下相结合的教学方式进一步推动了虚拟实验在教学中的应用，因此在生物实验中根据“虚实混合”的原则，将虚拟实验应用于教学实践，初步探讨其应用效果。
选取保定学院生物科学专业三年级学生共81人作为研究对象，调查学生和授课教师进行虚实混合式学习与教学的开展情况。
教学效果评价是反映教学模式质量的关键要素，为了客观地体现虚实混合的教学效果，应用和评价设定来自学业成绩、过程表现、效能感知和情感体验等四个方面，学业成绩和过程表现由进行虚实混合教学的主讲教师提供，计算平均成绩；效能感知、情感体验和过程表现通过学生问卷调查、访谈和教师课堂观察获得。
1.问卷调查法。针对学生的效能认知和情感体验评价设置了调查问卷。效能认知分为协作能力、自主学习能力、创新性思维能力、获取处理信息能力、实验探究能力、归纳分析能力等六个维度；情感体验主要考查学生的满意度和兴趣。在虚实混合实验开始前和结束后分别对参与混合式教学模式的学生进行问卷调查，以评价虚实混合教学模式对学生实践技能和学习兴趣的影响。
2.访谈法。为了解教师对虚实混合实验教学的看法、虚实混合教学实施情况、教学实践过程中存在的问题和学生在科学探究过程中的表现等问题，需与实验任课教师依据访谈提纲进行访谈调查。
3.课堂观察法。为了解学生在课堂教学过程中的表现情况、判断学生科学探究能力的发展情况，在实验预习、实验探究、讨论总结教学环节中对学生的行为进行观察，并依据观察结果对学生表现与指标的符合程度进行评价，分为非常符合、基本符合、一般、不符合、非常不符合等五项。
学生专业实践场所包括专业实验室和虚拟仿真实验室。受现实情况影响，2020—2022年应用虚拟实验频率增加，主要集中于高年级的专业模块课程和拓展课程，如“现代生物技术综合实验”“发酵工程和现代生物仪器分析”等，而在2019年之前仅设立3个虚拟实验内容，数量上差别明显（见表1）。
表1虚拟实验实施安排表
虚实混合的实验教学借助已有的软件或公司的在线虚拟仿真实验项目，选定部分实验进行虚拟实验环节设计。例如：现代生物技术综合实验的内容包括前后连续的六个实验：PCR法制备目的DNA、质粒载体的制备、限制性内切酶酶切实验、目的DNA与载体连接、重组质粒DNA的转化、琼脂糖凝胶电泳的检测。
虚实混合的实验设计主要包括线上自主学习、模拟操作、现实实验活动、完成实验报告等四个环节。教师将需要学习的实验知识要点文档、操作要点视频、PPT和教学大纲等资料在授课前一周上传至学习通平台或提供相应的链接，督促学生在线预习，熟悉实验目的、原理、内容和步骤，在此基础上进行模拟操作，虚拟实验可以多次反复进行，直至出现正确结果，再在线下完成相应实验。实验报告要求内容完整，着重分析实验现象或结果。
学习成绩是评价学生知识掌握情况的核心指标，分为虚拟实验平