孫虎男 韓英浩

摘要 數(shù)字化實驗教學(xué)是高校細(xì)胞生物學(xué)實驗課程教學(xué)方式發(fā)展的趨勢之一，數(shù)字資源庫的建設(shè)是支撐數(shù)字化實驗教學(xué)的重要手段之一。本文分析了細(xì)胞生物學(xué)實驗課程的教學(xué)現(xiàn)狀，提出了高校細(xì)胞生物學(xué)實驗課程數(shù)字資源庫建設(shè)的建議與方案，為高校細(xì)胞生物學(xué)實驗課程的建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞 大數(shù)據(jù)；高等農(nóng)業(yè)院校；細(xì)胞生物學(xué)實驗課程；數(shù)字資源庫

中圖分類號 G647.38；Q2-4 文獻標(biāo)識碼 A

文章編號 1007-7731（2024）03-0115-03

細(xì)胞生物學(xué)是生命科學(xué)的前沿學(xué)科之一，是高等農(nóng)業(yè)院校的重要基礎(chǔ)課程。細(xì)胞生物學(xué)是實踐與理論高度統(tǒng)一的學(xué)科，其實驗課程對于培養(yǎng)和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力具有重要作用。隨著大數(shù)據(jù)、云計算等行業(yè)的興起，網(wǎng)絡(luò)直播課、云教學(xué)和視頻公開課等教學(xué)模式被不斷開發(fā)和利用，推動了學(xué)校教育模式改革，線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式已經(jīng)成為高校課堂教學(xué)的常態(tài)。在細(xì)胞生物學(xué)課程教學(xué)改革中，學(xué)者們進行了多元化、5S管理模式以及多方位優(yōu)化方法等教學(xué)模式的嘗試和研究，促進了細(xì)胞生物學(xué)實驗課程的發(fā)展。實踐中，細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)課程要求具有特殊性，其網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式難以滿足學(xué)生對實驗原理和操作過程的掌握需求。為提高細(xì)胞生物學(xué)實驗課程的教學(xué)效果，本文分析了該課程的教學(xué)現(xiàn)狀，提出了高校細(xì)胞生物學(xué)實驗課程數(shù)字資源庫建設(shè)的建議，為高校細(xì)胞生物學(xué)實驗課程的建設(shè)提供參考。

1 高校細(xì)胞生物學(xué)實驗課程數(shù)字資源庫建設(shè)基本情況

1.1 細(xì)胞生物學(xué)實驗課程建設(shè)現(xiàn)狀

高校細(xì)胞生物學(xué)實驗課以“夯實基礎(chǔ)、注重素質(zhì)、提高能力、瞄準(zhǔn)創(chuàng)新”為原則，以培養(yǎng)高素質(zhì)的專業(yè)人才為主要目標(biāo)，對于培養(yǎng)學(xué)生獨立思考，并科研創(chuàng)新的能力具有重要作用。該課程在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中起著至關(guān)重要的作用，其與實際操作結(jié)合，可深化學(xué)生對理論課程的理解，增強學(xué)生的動手能力、實踐能力以及理性思維能力等，提高學(xué)生的實驗操作技能和科學(xué)素養(yǎng)。在教學(xué)過程中，教師需要明確課程安排和授課內(nèi)容，并根據(jù)實驗課程的教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生發(fā)展的實際需求合理安排實驗內(nèi)容，以提高學(xué)生綜合素質(zhì)，培養(yǎng)社會需要的應(yīng)用型人才。同時，良好的實驗環(huán)境是實驗課程開展的重要基礎(chǔ)。實驗設(shè)備和實驗材料須滿足教學(xué)需求，及時更新和維護實驗室的設(shè)備和材料，保證學(xué)生在安全的環(huán)境中進行實驗操作。

實踐中，高校細(xì)胞生物學(xué)實驗課程存在發(fā)展短板，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。首先，有限的實驗室資源和教學(xué)設(shè)備在一定程度上限制了實驗教學(xué)的開展，且部分實驗操作耗時、耗材，教學(xué)效果不夠理想。其次，部分傳統(tǒng)的實驗教學(xué)過程中可能存在安全隱患，給實驗教學(xué)帶來一定的風(fēng)險。最后，在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方式下，部分耗時較長的實驗教學(xué)難以在課堂上完整完成，學(xué)生對實驗操作細(xì)節(jié)掌握程度有限，從而影響實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。細(xì)胞生物學(xué)的研究內(nèi)容廣泛且復(fù)雜，對于實驗教學(xué)的要求也日益提高，因此，需要確立更加專業(yè)化的教學(xué)內(nèi)容，并優(yōu)化教學(xué)方法。

1.2 數(shù)字資源庫實驗教學(xué)優(yōu)勢

數(shù)字化實驗教學(xué)是高校細(xì)胞生物學(xué)實驗課程教學(xué)方式發(fā)展的趨勢之一，不僅可以為學(xué)生提供更豐富、更具挑戰(zhàn)性的實驗內(nèi)容，還可以為教師提供更多的教學(xué)輔助功能。數(shù)字資源庫的實驗教學(xué)優(yōu)勢如下。首先，數(shù)字資源庫可以提供更加豐富和靈活的實驗教學(xué)內(nèi)容。數(shù)字資源庫收錄了大量的實驗教學(xué)資料和研究成果，使學(xué)生可以更加方便地獲取實驗資料。數(shù)字資源庫中的實驗內(nèi)容更加靈活、多樣，滿足學(xué)生的不同需求和興趣。其次，數(shù)字資源庫可以提供更加便捷的實驗教學(xué)方式。學(xué)生可以在任何時間和地點，通過數(shù)字資源庫進行學(xué)習(xí)，提高了實驗教學(xué)的靈活性和便捷性。同時，數(shù)字資源庫還可以通過在線交流和互動的方式促進師生之間的交流和合作，提高實驗教學(xué)效果。最后，數(shù)字資源庫可以提供更加安全和可靠的實驗教學(xué)環(huán)境。數(shù)字資源庫可以通過虛擬實驗等方式模擬實驗過程，從而減少實驗操作過程中產(chǎn)生的安全隱患和潛在風(fēng)險。因此，數(shù)字資源庫在細(xì)胞生物學(xué)實驗課程中的應(yīng)用，將進一步提高實驗教學(xué)的質(zhì)量和效果，為細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)帶來更多發(fā)展機遇。

2 數(shù)字資源庫在實驗教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 數(shù)據(jù)分析和挖掘

在建設(shè)數(shù)字資源庫的過程中，可以收集和整理大量的實驗數(shù)據(jù)，并利用數(shù)據(jù)分析和挖掘技術(shù)，為學(xué)生提供更深入、全面的實驗教學(xué)內(nèi)容。實驗數(shù)據(jù)的處理和分析是數(shù)字資源庫的重要應(yīng)用之一。學(xué)生在實驗過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以通過數(shù)字資源庫中的軟件進行處理和分析，提高數(shù)據(jù)處理的效率和準(zhǔn)確性。立體化地分類、比較、統(tǒng)計和分析數(shù)據(jù)，可以幫助學(xué)生更好地理解實驗原理，掌握數(shù)據(jù)處理技能，提高實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析的能力。

2.2 傳統(tǒng)教學(xué)與技術(shù)相融合

數(shù)字化實驗教學(xué)能推動科研與教學(xué)一體化，提高學(xué)生的科研能力。在數(shù)字化實驗教學(xué)平臺上，學(xué)生可以自主選擇實驗課題，并在資源庫中獲取相關(guān)資料進行實驗設(shè)計，這不僅能提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，還能培養(yǎng)其實驗設(shè)計能力。同時，學(xué)?？梢栽跀?shù)字化實驗教學(xué)平臺上發(fā)布相關(guān)的研究進展和成果，為學(xué)生提供最新的科研信息，激發(fā)學(xué)生的科研興趣和熱情。教師可以通過數(shù)字資源庫提供的實驗視頻、圖表等資料來輔助教學(xué)，使實驗過程更加直觀和生動，幫助學(xué)生更直觀地理解實驗內(nèi)容，提高實驗效率。

2.3 移動學(xué)習(xí)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合

數(shù)字資源庫有助于解決部分高校實驗設(shè)備的不足問題。利用數(shù)據(jù)資源庫進行虛擬實驗?zāi)M，使學(xué)生在條件受限的情況下進行實驗操作，從而提高實驗操作能力和實驗設(shè)計能力。移動設(shè)備和虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以為數(shù)字化實驗教學(xué)提供更便利、真實的學(xué)習(xí)體驗。一方面，學(xué)生可以通過手機應(yīng)用或移動端網(wǎng)頁隨時隨地進行學(xué)習(xí)和實驗操作；另一方面，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以創(chuàng)建虛擬實驗室，讓學(xué)生在數(shù)字虛擬環(huán)境中進行實驗，增強實驗教學(xué)效果。

2.4 人工智能教學(xué)與評測

人工智能技術(shù)可以為實驗教學(xué)提供智能化的輔助和評測功能。學(xué)?？梢岳萌斯ぶ悄芗夹g(shù)，創(chuàng)建智能化的實驗操作系統(tǒng)和教學(xué)輔助工具，讓學(xué)生在實驗過程中得到全面、精準(zhǔn)指導(dǎo)和評測。人工智能技術(shù)還可以為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容和效果評測，幫助學(xué)生更好地掌握實驗知識。

3 數(shù)字資源庫的建設(shè)方案

3.1 建立數(shù)字化實驗教材庫

建立數(shù)字化實驗教材庫，整合實驗教材、指導(dǎo)書、視頻和圖片等相關(guān)資源，給學(xué)生提供獨立的學(xué)習(xí)空間。同時，采用云存儲技術(shù)，將資源庫的訪問權(quán)限分配給學(xué)生，方便學(xué)生學(xué)習(xí)和使用，提高資源獲取的便捷性、時效性。

3.2 開發(fā)虛擬實驗平臺

開發(fā)虛擬實驗平臺，模擬實驗操作過程，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境下進行實驗操作，達到實驗教學(xué)的目的。同時，虛擬實驗平臺還可以豐富實驗內(nèi)容，提高學(xué)生的實驗操作技能，增強學(xué)生的實驗教學(xué)效果。

3.3 開展數(shù)字化實驗教學(xué)

教師可以通過線上平臺和微信群等方式開展數(shù)字化實驗教學(xué)，為學(xué)生提供在線輔導(dǎo)和答疑服務(wù)。同時，教師還可以通過視頻的方式，講解實驗原理、方法和技巧等，幫助學(xué)生了解實驗操作過程，提高學(xué)生實驗操作技能。開設(shè)相關(guān)數(shù)字化課程，可以提供相關(guān)教材，提高學(xué)生信息素養(yǎng)和數(shù)字化應(yīng)用能力。

4 數(shù)字資源庫的整體設(shè)計

數(shù)字資源庫主要分為2個部分：前端和后端。前端主要包括網(wǎng)站的設(shè)計和實現(xiàn)，后端主要包括數(shù)據(jù)庫的設(shè)計和實現(xiàn)。前端和后端之間通過接口進行交互。

4.1 前端設(shè)計

前端采用響應(yīng)式設(shè)計，以確保用戶能夠在不同尺寸屏幕的設(shè)備上訪問網(wǎng)站。前端主要采用HTML5、CSS和JavaScript技術(shù)。主頁展示部分基本信息，如數(shù)字資源庫介紹、使用方式以及實驗教育資源。同時，在該頁面設(shè)置搜索欄，用戶可以通過輸入關(guān)鍵字搜索資源。

資源列表提供所有可用資源的概述，并給出資源的元數(shù)據(jù)（如資源類型、作者、發(fā)布日期、關(guān)鍵字和主題等）。用戶可以使用過濾器進一步縮小搜索范圍。單擊資源頁列表中的任意資源，將導(dǎo)航到詳細(xì)信息頁，該頁面將提供有關(guān)該資源的詳細(xì)信息，包括資源的描述、教學(xué)用途、資源類型、作者、發(fā)布日期、關(guān)鍵字和主題。此外，該頁面還包含實驗數(shù)據(jù)和注釋。上傳資源的頁面將允許用戶將自己的資源上傳到數(shù)字資源庫中。在此頁面，用戶需要填寫必填字段，如資源類型、作者、發(fā)布日期、關(guān)鍵字和主題，同時可以選擇上傳資源的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)來源。

4.2 后端設(shè)計

后端部分使用MySQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，將所有元數(shù)據(jù)和實驗數(shù)據(jù)進行存儲。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進行分配，所有數(shù)據(jù)均需要分類存儲。對于元數(shù)據(jù)和實驗數(shù)據(jù)，分別分配不同的表。在每張表中，所有對應(yīng)的測試選項（如實驗數(shù)據(jù)類型、用途、作者和出版日期）都作為一個抽象的字段。

4.3 接口設(shè)計

前端和后端之間采用自定義APIs 的方式實現(xiàn)。后端將使用Flask框架作為API的主要工具，用來設(shè)置API路由和處理請求。同時，增加身份驗證機制，確保數(shù)據(jù)安全。

5 結(jié)語

在大數(shù)據(jù)時代，數(shù)字資源庫成為教育領(lǐng)域的重要組成部分之一。本文分析了細(xì)胞生物學(xué)實驗課程教學(xué)現(xiàn)狀，提出了高校細(xì)胞生物學(xué)實驗課程數(shù)字資源庫建設(shè)的實踐，為高校細(xì)胞生物學(xué)實驗課程的建設(shè)提供參考。

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（責(zé)編：王 菁）

基金項目 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)教育教學(xué)研究課題“大數(shù)據(jù)背景下的細(xì)胞生物學(xué)實驗課程數(shù)字資源庫的建設(shè)研究”（NDJY2240）。

作者簡介 孫虎男（1978—），男，吉林和龍人，博士，副教授，從事細(xì)胞生物學(xué)研究。

收稿日期 2023-11-06