起步早、思路清、内容实、成果丰、应用广

——生物科学与技术国家级实验教学中心（扬州大学）数字化资源建设与应用

信息化、数字化教育是高等教育重要的发展趋势。结合扬州大学的资源和办学特点，生物科学与技术国家级实验教学示范中心（以下简称“中心”）教学团队设计开发视频、教材、虚拟仿真实验项目等各类优质数字化资源，同时开发了可扩展的数字化共享教学平台，为本校及其他高校学生提供更加便捷的学习方式。

中心于1999年开始启动数字化资源建设，至今为止已建设实验教学视频、实验图片、微课、新形态教材、虚拟仿真项目等数字化资源15000余部/项。建设仪器设备、实验教学等微课视频148部；取得计算机软件著作权证书10余件；建设虚拟仿真项目48项，《兔的形态结构与功能虚拟仿真实验》《被子植物营养器官建成虚拟仿真实验》分别于2018和2019年获批国家级一流课程。中心建设有生物学数字切片虚拟仿真教学（学习）系统、生物学虚拟标本仿真教学（学习）系统和植物野外实习综合实训在线教学平台等三个在线教学平台。2015年获批国家级虚拟仿真实验教学中心，2021年江苏省级虚拟仿真共享平台（生物）通过验收，可为线上教学提供平台整合。中心在资源和平台建设的同时，着力向全国生物类院校推广资源和教学方法，使平台的受益面进一步增加。

一、中心数字化资源建设理念

中心于2007年获批国家级实验教学示范中心，其前身是扬州大学生物科学与技术学院本科实验教学中心。中心秉承学校创始人张謇先生倡导的“学必期于用，用必期于地”的办学思想，按照“厚基础、宽口径、强能力、扬个性、求创新”的人才培养要求，紧密结合专业培养方案、实验教学大纲，以数字化技术与现代教育技术为载体，以优质实验教学资源的开放与共享为目标，提出了“积为教用、虚为实用、虚实互补、提升实效”的数字化资源建设思路，逐步形成了“以学生为本，以能力培养为核心，充分发挥数字化实验教学资源的共享优势，通过实施虚实结合的实验教学模式和形成性实验考核体系，系统地培养学生的实验技能、科学思维和创新能力”的虚拟仿真实验教学理念。

二、数字化资源建设实践

（一）中心数字化资源的建设特点

1. 起步早：中心于1999年开始启动数字化实验教学资源建设，至今已历24年。

2. 协作佳：中心与校内外学院、企业等相关单位形成了很好的长期紧密型协同关系，效果显著。

3. 思路清：中心提出并落实了“积为教用，虚为实用，虚实结合，提升实效”的数字化实验教学资源建设思路。

4. 内容实：通过长期积累，数字化实验教学资源实现了以实为主（生物实体标本、玻璃切片和纸质实验教材）向虚实结合（生物实体标本、数字切片、虚拟仿真实验、微课、线上共享课、多形态实验教材）的转变；支撑平台也由最初的单一课程模块、基于单一终端（计算机）网上预约选课发展到目前可完成多个课程模块、基于多终端（计算机、平板电脑、智能手机）的在线“预约选课，考核，模拟，仿真和观摩学习，师生交流讨论，提交实验报告，教学档案管理等”的转变。

5. 成果丰：自开展建设以来，中心先后在高等教育出版社、科学出版社、东南大学出版社出版纸质、电子、网络实验教材15部，教师获国家级、省级多媒体课件和微课竞赛一、二等奖共20余项，取得国家版权局颁发的计算机软件著作权证书15件，建设4门国家级一流课程，8门国家精品资源共享课和3门国家精品在线开放课程。

6. 应用广：中心开发的共享平台及相关资源已被北京理工大学、新疆大学、河南工业大学、南京师范大学、盐城师范学院等院校引进应用,获得了良好的教学效果；《植物学实验与技术》、《动物学实验与技术》等被多所院校选为实验教材。虚拟仿真实验教学资源的建设为生物科学与技术实验教学中心先后获批国家级实验教学示范中心、国家级创新人才培养实验区、国家级卓越人才教育培养计划、国家级虚拟仿真实验教学平台、国家级教学团队、国家级精品课程和多项教学成果获奖提供了强有力的支持。

（二）数字化资源建设做法与实践

1. 建设了丰富且优质的数字化实验教学资源

1999年起，中心对1902年清末状元张謇先生创办的通海农学堂植物标本室中的腊叶标本（12000余份）、玻片标本（2000余种）和挂图（400余套）以及多年收集的动物剥制与浸制标本（2000余种）进行数字化实验教学资源原始素材的积累。通过数码成像、视频制作等技术的应用，整理和制作各类数字化（文本、图片、视频）实验教学资源1万余张（套）。中心结合实验教材建设的需要，安排专项经费和人员，独立或与企业合作，建设了部分动植物典型结构的数字化和动植物发育过程影像资料30余套，包括鲑鱼胚胎发育过程、棉花开花过程、绿豆种子萌发过程等动画或延时摄影，让学生在实验过程中能够对动植物内部形态特征及发育过程感受更完整。

为解决由于学时安排、实验材料和教学仪器限制等原因导致各实验课程的部分实验项目排不进、做不出、做不了、做不好等问题，中心安排针对性地开发虚拟仿真项目共计48个，如《蛙的神经与肌肉生理虚拟仿真实验》《结核分枝杆菌药敏试验虚拟仿真实验（沉浸式）》《动物细胞大规模培养生产蛋白的工艺通用流程》等。项目开发完成后，实验课程相关内容的教学采用虚拟沉浸、观摩比对、人机交互、自主学习等教学方式，构建了覆盖实验“预习、实施、复习、考核”全过程的“虚实结合”实施流程，取得了良好的教学效果。其中，《兔的形态结构与功能虚拟仿真实验》《被子植物营养器官建成虚拟仿真实验》分别于2018和2019年获批国家级一流课程。

与此同时，中心与扬州大学教育科学学院、新闻与传媒学院、扬州天润电脑有限公司等合作，应用现代教育技术、网络技术进行多媒体课件（电子、网络教材）和新形态教材等建设，先后编写了以“纸质、电子、网络”为载体的立体化系列实验教材15部，其中9部由高等教育出版社、科学出版社、东南大学出版社公开出版发行。建设了8门国家精品资源共享课和3门国家精品在线开放课程等。

2. 结合实际建设在线教学平台并持续更新

2002年，结合江苏省合格达标实验室建设的要求，中心与扬州大学信息中心合作开发了以校园网络为依托的《植物形态解剖学实验预约选课系统》运行控制软件，并于当年在教学中使用，实现了学生对“实验内容、实验时间、施教老师”的自主预约选择。2003年，结合江苏省精品课程（植物学一类优秀课程）建设，开发了《植物学实验教学信息资源库》。2004年该项目完成并投入使用，实现了学生自主网上预约实验（增加了实验预约准入考核）、在线观摩学习、在线考核等功能。2005年，继续升级改造了本平台运行控制软件，制作了“生物组织与器官发育进程、仪器设备与实验技能操作流程”的二维动画、视频等数字化实验教学资源并投入教学使用。

2006年，中心建成了《植物学实验在线教学（学习）平台》并投入使用，实现了植物学在线“预约选课、考核、模拟、仿真和观摩学习，师生交流讨论，提交实验报告、教学档案管理”等功能。2007年起，进一步加大对各课程数字化实验教学资源和支撑平台的建设与整合力度，并于2009年底建成了包含十二门课程的生物学实验课程（群）在线教学（学习）平台，为多门实验课程同时在线开展虚拟仿真实验教学提供了有效载体与支撑。2013年，中心对平台进行基于移动终端下访问的升级改造，2014年5月建成了基于移动终端运行的实验教学平台，实现了实验教学资源使用从互联网单一终端（计算机）向多终端（计算机、平板电脑、智能手机等）的转变。经过多年建设，中心形成了较为完善的虚拟仿真实验教学资源与功能强大的管理与共享平台，为构建“学中游、游中学”的新型实验教学模式提供了有力支撑。

2015起至2018年，中心结合信息技术的最新发展，分别建成植物野外实习综合实训在线教学平台、生物学数字切片虚拟仿真教学（学习）系统和生物学虚拟标本仿真教学（学习）系统，进一步优化了课程的线上教学方式。

生物学实验在线教学（学习）平台

3. 资源整合与共建共享

2016年，江苏省教育厅遴选8个省级虚拟仿真实验教学共享平台，本中心申报的生物科学与技术虚拟仿真实验教学共享平台通过遴选。中心在“共建共享，持续发展”理念的指导下，本着“虚为实用，边建边用，积优复用，提升效用”的建设思路，通过继承、提升、创新、整合与应用，历经四年多的建设，建成了集教学、科普和展示为一体的扬州大学生物科学与技术虚拟仿真实验教学共享平台，实现了资源的一体化管理、个性化配置、效用化评价。经过4年建设，本平台将所有已建设数字化资源整合，向社会及其他高校开放接口，可实现已有数字化资源的管理和教学应用，以及数字化资源的共建共享。平台于2021年11月通过验收。平台由资源共享子平台和实验教学子平台两部分组成，采用B/S架构、分布式部署，可实现多终端、跨平台使用，具有较强的开放性、兼容性和扩展性。其他高校可利用本平台建设与整合数字化资源，开通实验课程教学系统并用于学生线上实验教学。

平台首页及平台架构和设计

三、数字化资源建设的成效与展望

（一）构建了“三位一体”的实验教学平台，实现了实验教学时空的拓展

中心以高效开展并完成相关实验教学内容和培养学生的实践创新能力为最终目标，按照“积为教用，虚为实用，虚实互补，提升实效”的虚拟仿真实验教学资源建设思路，在教学（实体）实验室和创新（实体）实验室的基础上，依托网络技术、信息技术与现代教育技术，建成了虚拟（网络）实验室，构建了“三位一体”的实验教学平台。依托平台，通过虚拟和实体实验教学资源的整合应用，逐步形成了“虚实互补、以实为主”的实验教学模式，实验教学效果得到显著提高，学生的实践创新能力得以显著提升。指导本科生创新创业项目45项，支持创新创业竞赛活动共167项；学生共获奖445人次，其中省级以上436人次；在“挑战杯”、“互联网+”、大学生生命科学创新创业大赛等竞赛中获国家级特等奖（金奖）4项，一等奖（银奖）29项，二等奖28项，三等奖50项；获省三等奖以上共161项。

“三位一体”实验教学平台运行模式（重绘）

（二）建立了“形成性”实验教学考核体系和运行模式，实现了考核过程的全覆盖

依托“三位一体”的实验教学平台，通过对实践教学中相关组成要素在教学体系中的目标定位和权重、可实现的媒介表现形式，从“实验预习，实验过程，实验结果，知识整合、应用与拓展”等方面入手，构建出虚实结合的实践教学考核体系和运行模式，在虚拟实验室“全天候”开展偏重结果的实验预习、单元实验学习效果、课程实验学习效果在线考核；在实体教学实验室“定时”开展偏重过程的基本技能、实验过程、实验结果（报告）的实体考核；在创新实验室开展“过程与结果并重”的知识整合与应用、综合实验技能等方面的考核，实现了考核过程的全覆盖。

（三）建成了与教学各环节紧密结合的管理与共享平台，实现了良好的交互性

中心始终坚持以实用为导向，充分发挥网络在知识传播途径中的优势，保障虚拟仿真实验教学资源的高效运行，并根据实验教学各环节的实际需要，以及不同专业与学科服务对象的需求，建成了功能强大、体系完备的信息化管理与共享平台。

平台实现了虚拟仿真实验教学时空范围上的全覆盖，学生不但能够应用计算机、平板电脑、智能手机等在办公室、实验室和学生宿舍在线开展虚拟仿真学习，还能够在无线网络覆盖的校园内外开展在线学习与交流。

平台具备“在线教学信息发布、实验预习、预约选课、实验考核、实验报告提交、问题讨论、自主实验开展、学生评教、虚拟仿真实验教学资源的在线管理与配置”等功能，不仅实现了实验教学及教学档案的信息化管理，还形成了一些符合课程特点的实验教学“新”模式，显著提升了学生的学习兴趣和探索未知领域的热情。如在植物分类学实验中建立了“游中学、学中游”的模式，借助平台中相关资源模块，学生能够在游览校园、公园美景的同时，通过智能手机进入平台，按照一定的方法与步骤完成对物种的鉴别，从而实现课程实验学习的主要目标和任务。

（四）数字化资源开放共享，全国受益，影响力扩大

中心的实验教学服务于扬州大学理、工、农、医四大学科门类，每年为全校20个本科专业开设35门实验课程，218个课程性实验项目，年均实验人时数15万左右，虚拟仿真实验教学共享平台年均访问量超10万人次。中心自主研发的生物学实验课程（群）在线教与学平台已在北京理工大学、新疆大学、盐城师范学院等院校得到推广和应用，并受到了较好的评价。各精品资源共享课在中国大学MOOC、SPOOC、扬州大学在线教育综合平台、江苏省省级虚拟仿真实验教学共享平台、国家虚拟仿真实验教学课程共享平台等平台上免费开放共享。四部国家级规划教材被全国100多所高校选用；国家一流课程辐射全国26个省、82家国省级实验教学示范中心。

优质教学资源在多个平台免费开放共享

经过在全国生命科学学院院长论坛、国家级实验教学示范中心联席会年会等全国性会议上的专题交流展示，中心的数字化资源建设思路、质量、数量等多个维度均得到了滕利荣、王兆龙、林宏辉、冯虎元等专家同行的高度肯定与认可，在行业内具有较高的影响力。

中心开发的《兔的形态结构与功能虚拟仿真实验》和《被子植物营养器官建成虚拟仿真实验》等虚拟仿真项目在河南工业大学、江苏海洋大学、南京师范大学等10余所高校教学中得到应用，尤其为疫情期间“停课不停学”等指导下的线上教学提供了优质的教学资源，得到国内高校同行高度认可。

教学资源深度融合、应用等方面的成效被《中国科学报》《科技日报》《科学网》等国家级媒体广泛报道，得到了媒体与社会的广泛关注。《中国科学报》多次报道了中心示范性虚拟仿真实验教学项目的建设与应用情况。《虚实之“间”，教育精准扶“贫”》暑期社会实践项目，被遴选为2018年全国大中专学生暑期社会实践“千校千项”成果项目。

（五）数字化资源建设展望

1. 充分利用中心的优质资源，扩大共享范围。在实现虚拟仿真实验教学资源进一步丰富的同时，着力向全国生物类院校推广平台，使平台的受益面进一步增加。充分发挥中心动植物标本馆的资源优势，将其构建为一座先进的数字化动植物标本馆，对全社会进行开放，向广大青少年、儿童普及生命科学知识。

3. 将更多的科研成果转化为实验项目。中心通过设立虚拟仿真实验教学改革基金，引导广大教师进行实验教学研究，通过将科研要素信息化，来实现科研成果转化为实验教学内容和资源，实现学科研究优势与本科研究性教学的深度融合，实现各方面（校内科研实验室、教学实习基地、生物产品生产车间）优质实验资源的共通共享。