丁潔瓊 唐瓊 孟巍 朱海麗（通訊作者）

（湖北科技學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生理教研室 湖北 咸寧 437100）

生理學(xué)是研究生物體及其各組成部分正常功能活動(dòng)規(guī)律的一門重要基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程，它同時(shí)也是一門實(shí)驗(yàn)性科學(xué)，其所有知識(shí)均來(lái)自臨床實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)研究。傳統(tǒng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)強(qiáng)調(diào)教師為授課主體，醫(yī)學(xué)生僅僅被動(dòng)接受知識(shí)，同時(shí)教學(xué)中動(dòng)物、手術(shù)器材、藥品等資源的不足會(huì)導(dǎo)致部分學(xué)生沒(méi)有動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，以上均會(huì)影響學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性。為確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，采用新的教學(xué)方式迫在眉睫。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)于1989年由美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)William Wulf教授首次提出，旨在構(gòu)建一種基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等資源的共享[1]。虛擬仿真技術(shù)是在多媒體技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息科技發(fā)展的基礎(chǔ)上，將仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，伴隨著此技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)作為一種新的教學(xué)手段得到迅速發(fā)展[2]。本校生理教研室從2016年開(kāi)始將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，通過(guò)探索生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，為醫(yī)學(xué)生搭建低成本、教學(xué)模式多樣化的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，用以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足之處。

1.虛擬仿真系統(tǒng)在生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

當(dāng)今社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，醫(yī)學(xué)生希望在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院學(xué)習(xí)期間盡量多掌握實(shí)踐技能。為適應(yīng)教學(xué)形式變化，生理教研室近年引入虛擬仿真系統(tǒng)，將其應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)。

1.1 課前預(yù)習(xí)

開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)之前，預(yù)留15分鐘給予醫(yī)學(xué)生預(yù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容。學(xué)生使用電腦訪問(wèn)局域網(wǎng)，通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)室客戶端進(jìn)入電子資料室，通過(guò)圖片演示原理和實(shí)驗(yàn)操作錄像，初步掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這種主動(dòng)的學(xué)習(xí)方式，提升了學(xué)生對(duì)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要涉及動(dòng)物手術(shù)操作，以傳統(tǒng)授課方式呈現(xiàn)部分難度較大的實(shí)驗(yàn)，很難使醫(yī)學(xué)生真正掌握操作技巧，最終導(dǎo)致手術(shù)失敗?，F(xiàn)今以《神經(jīng)體液因素及藥物對(duì)家兔心血管活動(dòng)的影響》為例，教師可依靠虛擬仿真系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入醫(yī)學(xué)生理學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室。每個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)包括：簡(jiǎn)介、原理、模擬、實(shí)驗(yàn)錄像和模擬波形5個(gè)部分內(nèi)容。通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介和原理模塊，再次鞏固基礎(chǔ)知識(shí)；點(diǎn)擊模擬模塊，可以隨時(shí)觀看和模擬不同階段的手術(shù)仿真操作，再輔以錄像演示家兔麻醉、氣管插管、頸部神經(jīng)分離術(shù)和頸總動(dòng)脈插管等過(guò)程，使學(xué)生詳細(xì)的掌握整個(gè)操作流程和注意事項(xiàng)；最后學(xué)生在虛擬家兔模型上進(jìn)行不同藥物的注射，觀察動(dòng)物仿真血壓波形的變化及其對(duì)心率的影響。醫(yī)學(xué)生以小組為單位，認(rèn)真記錄虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象，并對(duì)其進(jìn)行分析和討論，同時(shí)制定手術(shù)操作流程和規(guī)范，以期提高實(shí)驗(yàn)成功率。在生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入虛擬仿真系統(tǒng)，將枯燥抽象的知識(shí)轉(zhuǎn)化為生動(dòng)形象的事物，在一定程度上消除由教師個(gè)體差異造成的教學(xué)質(zhì)量波動(dòng)，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)達(dá)到理想的效果[3]。

1.3 實(shí)驗(yàn)考試

常規(guī)的生理學(xué)考核源于平時(shí)成績(jī)、期末實(shí)驗(yàn)操作和理論筆試成績(jī)。根據(jù)醫(yī)學(xué)生每次所提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告確定平時(shí)成績(jī)，占10分；期末實(shí)驗(yàn)操作考試占20分；理論筆試占70分。針對(duì)平時(shí)成績(jī)，由于任課教師精力受限，僅依靠實(shí)驗(yàn)報(bào)告很難客觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)小組中每位學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度等隱性指標(biāo)；而期末實(shí)驗(yàn)考核僅憑一次操作給予成績(jī)，不能形成科學(xué)合理的形成性評(píng)價(jià)方式[4]。由于教學(xué)經(jīng)費(fèi)的限制，少數(shù)班級(jí)期末實(shí)驗(yàn)考核曾以筆試的方式進(jìn)行。在精神衛(wèi)生、眼視光等專業(yè)小班教學(xué)中，教師減少學(xué)生書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告次數(shù)，嘗試運(yùn)用虛擬仿真系統(tǒng)中的考場(chǎng)模塊進(jìn)行日?？己恕＝處熞揽款}庫(kù)隨機(jī)考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)，另外通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)考查學(xué)生手術(shù)操作，再輔以期末操作考試，通過(guò)強(qiáng)化形成性評(píng)價(jià)以期提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，為優(yōu)化考評(píng)機(jī)制提供參考依據(jù)。

2.虛擬仿真系統(tǒng)在生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)點(diǎn)

在生理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)依托數(shù)據(jù)庫(kù)、多媒體資源和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，采取以學(xué)生為主體和教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式。醫(yī)學(xué)生在虛擬環(huán)境中運(yùn)用各種設(shè)備和實(shí)驗(yàn)器械開(kāi)展操作，以達(dá)到學(xué)習(xí)訓(xùn)練的目的[5]。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)比較，其優(yōu)點(diǎn)如下：

2.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)節(jié)省實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，降低實(shí)驗(yàn)難度

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)所用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和儀器損耗較大，引進(jìn)虛擬仿真系統(tǒng)后，一套生理實(shí)驗(yàn)多媒體教學(xué)軟件可供不同年級(jí)和專業(yè)的醫(yī)學(xué)生反復(fù)開(kāi)展預(yù)實(shí)驗(yàn)，而無(wú)需額外消耗實(shí)驗(yàn)資源，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。例如呼吸、血液循環(huán)等實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)生通過(guò)人機(jī)交互進(jìn)行模擬操作，真實(shí)體驗(yàn)手術(shù)過(guò)程，進(jìn)而降低了實(shí)驗(yàn)難度，同時(shí)節(jié)約了教學(xué)成本。

2.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)采取“滿堂灌”的教學(xué)方法，教師首先示教，然后在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中糾正學(xué)生出現(xiàn)的操作錯(cuò)誤，其弊病在于造成學(xué)生對(duì)老師的依賴心理[6]。為培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，教師在實(shí)驗(yàn)課上要求醫(yī)學(xué)生以小組為單位（人數(shù)控制在3～4人）進(jìn)行模擬手術(shù)操作。以家兔手術(shù)為例，如果動(dòng)物未經(jīng)稱重而直接進(jìn)入麻醉模式時(shí)，系統(tǒng)會(huì)以紅叉提示進(jìn)而無(wú)法進(jìn)入下一步操作。出現(xiàn)類似問(wèn)題時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生自行查閱電子資料，然后經(jīng)小組討論以及老師的提示，學(xué)生基本可以自行解決各種問(wèn)題。以虛擬仿真系統(tǒng)為基礎(chǔ)，這種開(kāi)放式的學(xué)習(xí)方式同時(shí)也培養(yǎng)了醫(yī)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

2.3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)增強(qiáng)學(xué)生操作技能，提高教學(xué)效果

應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，可以加深醫(yī)學(xué)生對(duì)某個(gè)實(shí)驗(yàn)原理和方法的感性認(rèn)知，最終提高該實(shí)驗(yàn)的成功率和實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果[7]。例如，針對(duì)護(hù)理專業(yè)學(xué)生，可以利用生理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化家兔耳緣靜脈注射、氣管插管、導(dǎo)尿等護(hù)理常規(guī)操作技術(shù)。這種教學(xué)模式表達(dá)直觀，允許操作者反復(fù)嘗試，且每位學(xué)生均可參與其中，最終強(qiáng)化了學(xué)生的操作技能。

3.虛擬仿真系統(tǒng)在生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足之處

目前，該套虛擬仿真系統(tǒng)僅在實(shí)驗(yàn)室局域網(wǎng)內(nèi)使用，醫(yī)學(xué)生無(wú)法在實(shí)驗(yàn)課以外的時(shí)間和地點(diǎn)通過(guò)移動(dòng)終端進(jìn)行訪問(wèn)。因此后期需要進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，將虛擬仿真系統(tǒng)與校園網(wǎng)整合，允許學(xué)生隨時(shí)隨地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)。此外，模擬考場(chǎng)允許同時(shí)在線的人數(shù)不能超過(guò)30人，當(dāng)班級(jí)人數(shù)較多時(shí)，其考核效率不是太高，希望在后期的技術(shù)升級(jí)中，考慮到現(xiàn)實(shí)情況將系統(tǒng)做得更完善。在計(jì)算機(jī)環(huán)境中構(gòu)建的虛擬仿真環(huán)境與現(xiàn)實(shí)環(huán)境比較，其實(shí)驗(yàn)設(shè)備和器械略有差異，這需要教研室根據(jù)實(shí)際情況和醫(yī)學(xué)生的反饋意見(jiàn)，制作適合本院學(xué)生的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K，以彌補(bǔ)其缺陷；同時(shí)結(jié)合教研室自身的科研成果，適當(dāng)增加綜合性實(shí)驗(yàn)，作為選修課內(nèi)容擴(kuò)展醫(yī)學(xué)生知識(shí)面。

總之，使用虛擬仿真系統(tǒng)是推進(jìn)完善現(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)體系、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的重要舉措。在今后的工作中，教研室教師將不斷完善生理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的功能，為培養(yǎng)高質(zhì)量醫(yī)學(xué)人才服務(wù)。

[1] Kouzes RT, Myers JD, Wulf WA. Collaboratories: doing science on the Internet. IEEE Computer[J],1996,29(8):40-46.

[2]楊丹聃,王志飛,王艷玲,等.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ教骄縖J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2017,34(3):124-126.

[3]杜鵑,尹艷艷,沈兵.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)在機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育,2015,17(2):155-156.

[4]呂慧明.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)在護(hù)理機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].教育教學(xué)論壇,2016,44:273-274.

[5]周莉.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在內(nèi)分泌生理學(xué)、病理生理學(xué)實(shí)習(xí)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].2017,1(2):255-256.

[6]朱曉琴,雷水生,胡景鑫,等.醫(yī)學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索[J].中華醫(yī)學(xué)教育雜志,2012,32(3):441-443.

[7]方振華,王銳萍,傅麗容.虛擬仿真技術(shù)在人體解剖生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].教育現(xiàn)代化,2017,34:150-151.