錢頻，陽明輝

(中南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，湖南 長沙 410078)

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醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)仿真實驗教學(xué)探討

錢頻，陽明輝

(中南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，湖南 長沙 410078)

摘要：醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實驗對于培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生創(chuàng)新意識和訓(xùn)練科學(xué)方法而言，盡管傳統(tǒng)卻又極為有效。通過仿真實驗把實驗設(shè)備、實驗內(nèi)容、實驗操作巧妙的結(jié)合在一起，既能提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，又拓寬了學(xué)生的知識面，進一步加深對實驗原理、方法的理解，熟悉實驗操作技能，增加對醫(yī)學(xué)的興趣，從而培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的實驗素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)；仿真實驗；教學(xué)

醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實驗對于培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生創(chuàng)新意識和訓(xùn)練科學(xué)方法而言，是一個傳統(tǒng)的卻又極為有效的方式。教學(xué)主要通過學(xué)習(xí)基本化學(xué)實驗知識和練習(xí)基本實驗技能，初步培養(yǎng)學(xué)生的基本醫(yī)學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)思維。如何提高醫(yī)學(xué)生實驗積極性，真正掌握基本操作，提高觀察、分析和解決問題的實際動手能力一直是醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)改革的目標[1]。醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)仿真實驗的建立可以成為解決上述問題的一種很好的途徑，計算機模擬仿真解決傳統(tǒng)實驗室教學(xué)在時間和費用方面存在的問題。通過仿真實驗把實驗設(shè)備、實驗內(nèi)容、實驗操作巧妙的結(jié)合在一起，既能提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，又拓寬了學(xué)生的知識面，進一步加深對實驗原理、方法的理解，熟悉實驗操作技能，增加對醫(yī)學(xué)的興趣，從而培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的實驗素養(yǎng)[2]。

1建立醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)仿真實驗的重要性

醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實驗一直是生物醫(yī)學(xué)類專業(yè)學(xué)生接觸到的第一門實驗課程。雖然課程開設(shè)歷史悠久，可受到教學(xué)學(xué)時數(shù)和實驗成本的限制，醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實驗?zāi)壳爸荒軅?cè)重于基本操作和基本技能的訓(xùn)練，造成實驗項目和內(nèi)容選擇上的不足，很多與生命科學(xué)緊密相關(guān)的特色實驗不能開設(shè)。例如，在臨床上，溶液的滲透壓對于糾正體內(nèi)水，電解質(zhì)和酸堿平衡失調(diào)起著十分重要的作用,溶液滲透壓的測定及紅細胞形態(tài)觀察的實驗就是專門針對醫(yī)學(xué)生開設(shè)的特色基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)化學(xué)實驗。對于一年級的醫(yī)學(xué)生來說，紅細胞懸液配制操作有一定困難，紅細胞在不同滲透壓溶液中的形態(tài)變化觀察不清楚，與此同時若每人配一臺冰點滲透壓計的實驗成本比較高，并且在實際操作過程中不容易掌握其使用要領(lǐng)，實驗容易失敗，會降低學(xué)生實驗的積極性。然而，信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命性影響，仿真實驗就是計算機技術(shù)高速發(fā)展帶來的紅利，很多高校都建立了自己的重大儀器仿真實實驗室，但在基礎(chǔ)實驗仿真這一塊比較薄弱。仿真實驗的出現(xiàn)同樣也可以為這些特色醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)實驗服務(wù)，可以彌補這種因?qū)嶒灲虒W(xué)資源不足而帶來的學(xué)習(xí)上的損失。學(xué)生除了學(xué)習(xí)化學(xué)知識以外，還能初步接觸凸顯化醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實驗學(xué)與生命科學(xué)的聯(lián)系的相關(guān)實驗。

2醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)仿真實驗的特點

2.1醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)仿真實驗的移動開放性

普通高校實驗只能給特定人群提供固定的時間和地點。而如今我們?nèi)魏稳硕伎梢酝ㄟ^網(wǎng)絡(luò)向其他任何人學(xué)習(xí)我們想要學(xué)習(xí)的幾乎任何東西。仿真實驗正是突破了傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ剑瑢⒂邢薜恼n堂轉(zhuǎn)變?yōu)闆]有時空限制的移動開放學(xué)習(xí)。學(xué)生可隨時通過互聯(lián)網(wǎng)訪問仿真實驗室網(wǎng)站，登錄后即可在遠程計算機上選擇將要實驗的項目，并完成實驗的預(yù)習(xí)、文獻查閱、不限次數(shù)仿真操作實驗，最終完成實驗?zāi)繕?。這將最大限度地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，最終提升自主學(xué)習(xí)能力，有效引導(dǎo)學(xué)生進行思考，將知識融會貫通，應(yīng)用于實踐，提高教學(xué)質(zhì)量。

2.2醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)仿真實驗輔助實驗教學(xué)的高效性

在傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式下，為了把實驗原理和實驗步驟和注意事項講述清楚，教師一般需講授的時間約占實驗課的1/4。在實驗室環(huán)境下，教師講解階段學(xué)生注意力很難完全集中，細節(jié)性操作步驟往往被忽視。這種灌輸式教學(xué)方式不利于學(xué)生創(chuàng)新性學(xué)習(xí)，學(xué)生做實驗時間減少，只重視結(jié)果，輕視過程，操作不規(guī)范。例如，在鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量實驗中，普通學(xué)生至少要經(jīng)過2次實驗才能基本掌握分光光度計的使用方法，可受限于學(xué)時只能安排1次實驗，而且還是2人一組共同完成，實驗效果是大打折扣的。然而仿真實驗可以反復(fù)操作，無需任何試劑和實驗儀器，借助計算機學(xué)生能夠低成本高效率地學(xué)習(xí)該實驗的原理，熟悉儀器的結(jié)構(gòu)。在仿真實驗中可反復(fù)練習(xí)操作，直到完全掌握之后再進行真實實驗，教師課堂講述時間縮短，有的設(shè)計性實驗甚至可以省略，這樣學(xué)生實驗時間相對增加，通過一次實驗就可以熟練掌握儀器的操作。這要求學(xué)生在課前要充分預(yù)習(xí)實驗，反復(fù)模擬實驗操作，在真實實驗中才能把更多的時間放到實驗問題研究上，仔細鉆研實驗，分析解決問題。

3醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)仿真實驗的實踐

目前設(shè)計了兩個不同類型的實驗，一個為課外補充實驗即溶液滲透壓的測定實驗，另一個為課堂儀器操作實驗即鄰二氮菲分光光度法測鐵含量實驗。它們以全新的方式將學(xué)生、實驗儀器及實驗項目緊密聯(lián)系起來，使醫(yī)學(xué)化學(xué)實驗在實驗手段、實驗課時數(shù)和實驗項目上都得到了補充和拓展，對學(xué)生進行醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實驗起到積極的促進作用[3]。首先搭建計算機仿真的實驗教學(xué)設(shè)備平臺，并在此平臺上模擬冰點滲透壓計和分光光度計，然后結(jié)合學(xué)院的仿真教學(xué)平臺用于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實驗。和室內(nèi)真實儀器操作一樣，學(xué)生可以親自操作仿真實驗設(shè)備，按照相關(guān)規(guī)范完成仿真實驗，仿真操作與動畫顯示的緊密結(jié)合，并加入文字注解說明，將操作步驟和相關(guān)注意事項同步顯示出來。計算機仿真虛擬實驗設(shè)備平臺建立了統(tǒng)一的試劑庫、標準操作庫，在這個仿真實驗設(shè)備平臺上實現(xiàn)一個實驗使用多臺仿真實驗設(shè)備，而每臺實驗設(shè)備也可以被多個不同的仿真實驗使用。通過仿真實驗平臺建設(shè)，將通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫記錄每位進行仿真實驗同學(xué)的實驗過程和結(jié)果，供實驗老師對學(xué)生進行打分。

例如，通過仿真溶液滲透壓的測定實驗，將難以觀察的過程直觀地展示出來，學(xué)生可以自由的模擬實驗，更好地了解并掌握冰點滲透壓計測量溶液滲透壓的方法，觀察紅細胞在等滲溶液、低滲溶液、高滲溶液中的形態(tài)變化。學(xué)生對這樣的仿真實驗表現(xiàn)出濃厚的興趣，積極主動地參與實驗[4]。

4結(jié)語

通過計算機仿真解決傳統(tǒng)實驗室教學(xué)在時間和費用方面存在的問題，仿真實驗成為聯(lián)系理論實驗和真實實驗的紐帶，使得一些難于真實開展的實驗不再是紙上談兵，一些難以掌握操作的實驗變得容易。利用網(wǎng)絡(luò)仿真實驗中的仿真儀器、強大的數(shù)據(jù)處理和圖像仿真等功能，可以讓學(xué)生身臨其境地體會實驗內(nèi)容，使學(xué)生更快、更好地融會貫通，理解、鞏固和掌握醫(yī)學(xué)化學(xué)知識，激發(fā)學(xué)生對生命科學(xué)的興趣。既培養(yǎng)了學(xué)生分析、解決問題的能力和探索創(chuàng)新的科學(xué)精神，又拓寬了學(xué)生的知識面，增強了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、創(chuàng)新性和主動性，為實驗教學(xué)以及理論教學(xué)提供了新思路。

參考文獻：

[1] 曹瑰華，席美云.化學(xué)設(shè)計實驗教學(xué)內(nèi)容和方法的探索與實踐[J].高等理科教育,2005(6):27-29.

[2] 劉澤良.發(fā)揮虛擬實驗室建設(shè)對實驗教學(xué)的促進作用[J].實驗技術(shù)與管理,2011,28(7):193-197.

[3] 王偉,陳輝.虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學(xué)教育中的運用[J].中國教育技術(shù)裝備,2009(4):98-99.

[4] 劉慧中,周金娥,李月琴,等.虛擬實驗在醫(yī)學(xué)化學(xué)實驗中的應(yīng)用[J].實驗室科學(xué),2013,16(1):98-100.

(責(zé)任校對游星雅)

中圖分類號：G642

文獻標志碼：A

文章編號：1674-5884(2016)02-0075-02

通訊作者：陽明輝(1980- ),女，湖南衡陽人，副教授，博士，主要從事高等教育、生物納米材料的制備并用于生物分析檢測等研究。

基金項目：中南大學(xué)實驗室建設(shè)與管理研究項目(160260003)

收稿日期：20151008

doi:10.13582/j.cnki.1674-5884.2016.02.024