OBE理念下顯微數碼互動與虛擬仿真的混合式教學模式在微免中的應用研究

孫琳

摘要：基于OBE教學理念，最終針對學生的學習成果，采用對病原微生物和免疫學課程進行教學改革。在OBE理念，在課程中師生共同參與，通過由教到學的轉變，讓教師把教學重點逐步轉移到學為中心，過程的轉變并不是簡單地突出學生的課堂地位，而是需要教師在教學中，能夠通過引導讓學生發揮主觀能動性。借助顯微攝影和虛擬仿真相融合的技術手段，激發學生學習的內部動力，讓學生沉浸式學習，在實踐中提升學習能力。這種教學模式，是以學生為主體，提升學生的參與感和體驗感，讓學生快速有效地掌握基礎知識。

關鍵詞：OBE理念；顯微數碼互動；虛擬仿真；微免

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）01-0166-03

1 引言

微免是病原生物與免疫學的簡稱，是醫學專業的基礎課程。病原生物學主要研究病原微生物的性狀、致病性和免疫原性，以及所致疾病的流行病學特征、臨床診斷和防治方法。對免疫學的學習，使學生掌握機體的免疫系統結構及功能，理解其在機體中承擔的功能，用以實現防病治病的目的。所以學習免疫學并使學生熟練掌握免疫學常用實驗技術，成了課程學習的重點。

顯微數碼互動技術，最初拍攝的樣品是從小而簡單的個體如蒼蠅、爬蟲等觀察它們的細微結構，進而到使用顯微鏡觀察染色切片和活體細胞，再到使用免疫熒光技術得到的亞細胞結構如各種細胞器結構，或者特定蛋白質的結構等，拍攝的成品也從最初的膠片升級到了電子照片、視頻圖像等更易于保存和觀察的樣品[1]。而顯微鏡的研究進展使得各種高倍、特定顯微鏡出現了，為樣品的采集和研究的深入做出了巨大的貢獻[2-3]。虛擬仿真技術，就是在真實的系統無法及時地獲取或者呈現的時候，使用計算機構建的一種虛擬世界，對此系統進行模擬保存，以便隨時取用，這種技術手段解決了現實系統的不可操控性及不可及時追蹤性[4]。由于技術的顯而易見的優勢，讓該技術一經問世，就廣泛地被利用并應用到多個領域[5]。例如實習醫生的培訓，利用虛擬手術進行培訓，模擬不同的臨床場景；還有最近虛擬現實游戲、動畫模型的構建等方面，甚至一些產業因為此項技術的出現而形成，以上的領域都說明虛擬仿真技術有著強烈的市場需求和技術驅動[6]。OBE，是成果導向教育（Outcome Based Education，簡稱OBE）的簡稱[7]。OBE 理念簡單地來說是一種通過先獲得學生所預期的結果，然后通過該結果為主要成果，設計教學進程[8]，通過學習所預期的成果引導學生自主學習從而提升學習動力，最終達到預期結果的教學方法[9-10]。

2 研究內容和方法

2.1 顯微數碼互動儀器的連接

顯微數碼技術被廣泛地應用于生物醫學方面，利用其可以真實記錄各種生物組織及其超微結構的特點，它已經被穿插到各門學科中去，在其中承擔著至關重要的作用。相機通過連接具有顯微攝影功能的儀器，進行拍攝，這種連接一般有兩種方法，一種是將相機聚焦到目鏡中進行拍攝，直接獲得目鏡的放大畫面，這種方法比較簡單容易操作，但是獲得的圖像像素不高，而一般使用這種方法操作的設備主要是手機或者卡片機等；第二種方法，叫作直焦攝影法，將顯微鏡的目鏡和相機的鏡頭都拆除，然后將相機連接到顯微鏡上，讓相機起到顯微鏡目鏡的作用，目前基礎醫學實驗室采用的都是這種方法構建的顯微攝影儀器[11-12]。通過相應的計算機軟件進行微觀攝影以及動態追蹤，方便學生和老師對課堂內容進行及時的學習和討論，同時也可以對其進行儲存、處理以及隨時觀察。

2.2 顯微數碼互動技術與虛擬仿真技術混合式教學模式的研究

顯微攝影儀器構建完成后，對病原微生物與免疫學課程中出現的微觀結構進行攝影，從而得到最真實多樣的微觀組織結構，每個學生顯微鏡下不同位置、不同狀態的、相同的微觀結構所得到的圖像是不同的，比如同一種細菌，在不同的學生鏡下都是不一樣的。

虛擬仿真是對真實系統場景的模擬，如果將其投入到顯微結構的模擬中去，可以發揮其巨大的優勢。在病原微生物與免疫學課程中，顯微攝影雖然是對微觀結果的放大和追蹤，但是由于真實微觀結構的復雜性、可變性以及個體性，導致每個細胞，每個器官結構的差異性，直接應用到課程中，對學生的認知和接受成都都是一個巨大的挑戰。因此將現實的組織結構進行歸納整理，提取其共同且典型的結構特點，利用虛擬仿真技術進行模擬，更有利于學生對微觀結構的了解和掌握。根據結構的典型特征由虛擬仿真平臺構建結構模式圖，進而讓學生更形象生動地掌握微觀細胞、組織結構。

2.3 病原微生物與免疫學利用混合式教學模式在OBE理念下新的教學模式

OBE理念，是以學生的預期成果為導向，進而引導學生的一種學習理念，代表了專業工程教育改革的主流方向，清晰地聚焦和組織了教育中的每個環節，使學生在學習過程中實現預期的結果，因此在學生上課前，教師應該先引導出學生最想取得的學習成果，梳理出能夠激發學生學習動力的成果。根據這些成果，和學生們一起匯集整理并規劃出合理的教學方法，讓學生參與其中，熟悉方案的制作，引起學生的興趣，進而讓學生自發地進行學習。期末時，教師和學生一起判斷學生是否獲得了這些學習成果。因此，在OBE理念下的微免課堂教學中，是熟練按照顯微數碼互動技術與虛擬仿真技術來操作的。最終的微免教學成果應以學生為主體，以預期成果為目標，教學目標、教學內容、教學計劃及教學結果來進行評價。

3 重難點及創新點

3.1 顯微數碼互動技術與虛擬仿真技術混合式教學模式的研究

在醫學院，顯微攝影儀器設備已具備，虛擬仿真平臺也已構建，然而顯微攝影和虛擬仿真的連接還是第一次構建。需要熟練掌握顯微攝影技術，并能夠利用虛擬仿真平臺，配合微免教學的內容完成此次融合過程。

3.2 病原微生物與免疫學利用混合式教學模式構建OBE理念下新的教學模式

傳統教學理念，固守的教學方法和教學手段，有一定的弊端，這次采用國際先進的教育理念，應用到微免課程教學中，并且結合我們新開發的教學手段，希望可以獲得一個良好的教育模式的創新。

4 研究思路及方法

4.1 明確 OBE 教育理念

OBE教育理念，注重效率和對人才的節約，重點強調了以學習成果為最終目標，來合理地安排所有的教學時間以及教學資料等。

4.2 顯微攝影技術的掌握

能夠熟練操作顯微攝影設備，并根據微免教師提供的微免課程內容，將微觀組織結構進行攝影留存。

4.3 虛擬仿真平臺的使用及教學模式的構建

能夠掌握虛擬仿真技術，可以將真實的圖片結構進行虛擬化處理，達到典型特征明顯，刪除顯微攝影中的誤差，或者微觀結構中不美觀或者不符合邏輯的內容及結構，為學生初步掌握組織結構提供一個完美的平臺。

5 項目研究保證措施

首先，據根據微免教學大綱結合OBE理念明確教學目標；采用此次的顯微攝影和虛擬仿真相融合的教育手段，制定相關的教學內容；根據制定的教學內容，設計教學實施方法；最后建立一個良好的課程評價體系。

項目組負責確立課題研究目標和內容以及監控與調節研究進程及結項。本項目組成員經驗豐富，而且具有創新精神，在之前的教學教改活動中已經總結了大量的經驗，課題研究時間充分，為項目的順利進行提供了保證。

目前，醫學院實驗中心配備有裝置顯微攝影的儀器，各種型號的攝像機；和需要連接的顯微鏡，如光學顯微鏡，電子顯微鏡等儀器設備，可以滿足各種畫面的拍攝。醫學院基礎實驗室從2018年開始，已經引進了虛擬仿真模擬技術，實驗室已經配套裝載虛擬仿真軟件的電腦，一旦顯微攝影操作完成，即可實時進行虛擬仿真操作。此外，學校圖書館已擁有中國知網、萬方數字化信息數據庫、維普期刊數據庫等國內高質量文獻檢索平臺。以上條件均可為項目的順利開展提供充足的準備。

6 推廣價值

6.1 教學模式的創新充分體現微免課程教學中以學生為中心的教育理念

學習結果是老師引導學生根據學生的預期得到的結果，在病原微生物與免疫學的課堂上不是教師與學生之間單向的知識輸出和接收，也不是教師展現個人知識儲備和魅力的舞臺，而是以學生為主體，針對學生預期的學習結果進行高效且充分發揮學生自動學習能力的平臺。在改進的教學模式中，如果衡量教學效果不再單一地看重教師的課堂表現，而是重點關注學生從課堂獲得的知識和需要完成的知識儲備。雖然教師在新的教學模式中角色有所轉變，但是不可否認的是，教師有著無法替代的作用，依然是保證完成教學模式改變的主體性角色，最終的學習成果能否按照規劃獲得，離不開教師對課堂教學工作的把控、設計以及課后對學生的輔導。近年來，已有學者開始重視微免教學過程中學生作為自主的重要性，例如學生是否自主學習，是否主觀意愿參加。但是就目前教研情況分析，學生的自主性、主觀能動性并沒有得到足夠的重視，往年提及的教學模式也沒有得到很好的貫徹。OBE 教育理念的輸入，對此無疑是一個巨大的推動。

6.2 顯微數碼互動與虛擬仿真的混合式教學模式能夠充分彰顯微免課程建設的重點和特色

目前微免教學工作存在著趨同性，教師的教學工作大多依托傳統的教學方法，根據教案和教學大綱進行，在課程建設方面重點不夠突出，沒有自己的特色[13]，所使用的教學手段單一且傳統[14]。顯微攝影與虛擬仿真相融合的教學模式的啟用在很大程度上可以改變傳統的思維模式，給學生提供便捷和形象的學習途徑，為預期學習結果提供可靠的參數。形成新型、線上結合線下的具有自己特色的學習手段和學習途徑。

6.3 OBE理念下顯微數碼互動與虛擬仿真的混合式教學模式為課程評及估改進提供了有效的保障

按照該教學模式的教育理念，達到預期學習成果是課程完成的標準，顯微攝影與虛擬仿真相融合是新的教學手段，教學標準和教學手段可以作為該微免課程評估的最終質量標準。

參考文獻：

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【通聯編輯：謝媛媛】