孫雪蓮　劉淵　彭岳

【摘 要】本文論述虛擬仿真實驗在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)概論實驗教學(xué)中的運用，分析基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)概論課程的特點及實驗課的意義，以及該課程實驗教學(xué)中存在的不足之處，探討了應(yīng)用虛擬仿真實驗教學(xué)改革基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)概論實驗課的必要性和可行性，提出利用虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)，在驗證性實驗的基礎(chǔ)上增加綜合性、設(shè)計性實驗，以優(yōu)化實驗教學(xué)的內(nèi)容，引入PBL教學(xué)法改革實驗教學(xué)的方法和手段，建立多元化的實驗考核方式，以加強(qiáng)實驗教學(xué)改革。

【關(guān)鍵詞】虛擬仿真實驗? 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)概論? 實驗教學(xué)改革

【中圖分類號】G? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）11C-0082-03

隨著信息化時代的到來，以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的各種知識學(xué)習(xí)逐漸成為全世界教學(xué)發(fā)展的一種趨勢。虛擬仿真實驗教學(xué)應(yīng)運而生，它是利用計算機(jī)創(chuàng)建一個虛擬仿真的實驗操作環(huán)境，通過模擬現(xiàn)實的實驗環(huán)境，對仿真試劑、人體組織器官、實驗動物或標(biāo)本等進(jìn)行虛擬操作，實現(xiàn)對學(xué)習(xí)操作人員的各種感官反饋的模擬，以達(dá)到與真實實驗一致的教學(xué)目的和要求。與傳統(tǒng)的實驗相比，虛擬仿真實驗不受教學(xué)資源的限制，具有開放性、資源共享性、交互性、先進(jìn)性、安全性、內(nèi)容豐富、體驗逼真等特點，是未來理論教學(xué)的有益補(bǔ)充和實驗室建設(shè)的主要發(fā)展方向。

基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)概論是供護(hù)理學(xué)、藥學(xué)、法學(xué)、心理學(xué)、醫(yī)藥營銷、公共衛(wèi)生、社會保障、醫(yī)療保險、醫(yī)學(xué)信息工程等醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)類人才培養(yǎng)設(shè)置的一門基礎(chǔ)課程，涵蓋了人體解剖學(xué)、組織胚胎學(xué)、生物化學(xué)與分子生物學(xué)、生理學(xué)、遺傳學(xué)、病原生物學(xué)、免疫學(xué)、病理學(xué)等多門課程的內(nèi)容。為適應(yīng)教學(xué)發(fā)展的需要，幫助學(xué)生了解醫(yī)學(xué)全貌，掌握必要的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)知識，自2009年以來，廣西中醫(yī)藥大學(xué)護(hù)理學(xué)、藥學(xué)、中藥學(xué)、口腔醫(yī)學(xué)、醫(yī)藥營銷等專業(yè)開設(shè)了此門課程。由于課程知識跨度大，涵蓋的內(nèi)容廣，學(xué)生基礎(chǔ)知識薄弱，在學(xué)習(xí)過程中普遍感到理解困難，所以通過實驗教學(xué)鞏固基礎(chǔ)知識，加深學(xué)生對相關(guān)知識的理解，掌握醫(yī)學(xué)實驗、檢驗及基本診療方法，就顯得特別重要。

一、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)概論實驗課的意義和存在的問題

（一）基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)概論實驗課在教學(xué)中的意義。醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)的各類課程大多實驗性很強(qiáng)，許多學(xué)術(shù)理論，各種學(xué)說、設(shè)想和結(jié)論都是從實驗結(jié)果得出的，并不斷通過重復(fù)實驗得到驗證。基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)概論作為一門將基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里的多個學(xué)科密切聯(lián)系起來的綜合性課程，實驗課的開設(shè)是為了加強(qiáng)多學(xué)科知識間的相互關(guān)聯(lián)性，使形態(tài)與功能、基礎(chǔ)與臨床之間的內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，這不僅是提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段，也是一個培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、實踐操作能力和科研創(chuàng)新能力的重要平臺。

（二）基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)概論實驗課存在的問題。目前，我校基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)概論實驗課的授課量只占20學(xué)時，相比起其豐富的理論教學(xué)內(nèi)容來說，實驗課時偏少，造成部分實驗課的內(nèi)容得不到學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)得不精，教學(xué)質(zhì)量難以保證。實驗內(nèi)容主要以人體解剖學(xué)、生化學(xué)和生理學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)性、驗證性實驗為主，缺少綜合性、設(shè)計性實驗，不利于學(xué)生職業(yè)技能的培養(yǎng)。實驗教學(xué)的手段和形式比較單一，一般都是教師先講解實驗步驟，然后學(xué)生機(jī)械式地照做，缺乏對實驗設(shè)計的思考，這在培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力與創(chuàng)新能力方面存在缺陷。另外，隨著高校招生規(guī)模的擴(kuò)大，實驗儀器、設(shè)備耗材等教學(xué)資源相對不足的問題逐漸凸顯，使得一些有特殊生物安全要求的實驗沒有機(jī)會進(jìn)行，造成學(xué)生對這方面知識的掌握薄弱。

基于上述基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)概論實驗教學(xué)中存在的問題，構(gòu)建一個既能節(jié)約成本、降低實驗資源消耗，又能豐富拓展實驗教學(xué)內(nèi)容的虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，對減輕高校教學(xué)資源的壓力、豐富實驗教學(xué)的內(nèi)容、提高學(xué)生對實驗課的興趣和增強(qiáng)學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)具有重要的意義。

二、基于虛擬仿真實驗改革基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)概論實驗教學(xué)

（一）廣西中醫(yī)藥大學(xué)開展虛擬仿真實驗教學(xué)的基礎(chǔ)。2016年，廣西中醫(yī)藥大學(xué)整合解剖學(xué)虛擬實驗、機(jī)能學(xué)虛擬實驗、病原微生物學(xué)虛擬實驗、形態(tài)學(xué)虛擬實驗、細(xì)胞與分子生物學(xué)、醫(yī)學(xué)化學(xué)、護(hù)理學(xué)虛擬實驗、中醫(yī)學(xué)虛擬實驗、藥學(xué)虛擬實驗、生命科學(xué)、臨床前基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)綜合案例思維訓(xùn)練等教學(xué)資源，建立了涵蓋基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、護(hù)理學(xué)、中醫(yī)學(xué)、藥學(xué)等多學(xué)科的自治區(qū)級中（壯）醫(yī)藥虛擬仿真實驗教學(xué)中心。該中心是廣西中醫(yī)藥大學(xué)中西部高?；A(chǔ)能力建設(shè)項目—— 中醫(yī)藥壯瑤醫(yī)藥實驗教學(xué)中心的重要組成部分，也是作為醫(yī)學(xué)院校真實實驗的有力補(bǔ)充，它豐富了實驗教學(xué)資源，有效地補(bǔ)充了學(xué)校部分真實實驗暫不具備的條件，提供了可靠、安全和經(jīng)濟(jì)的實驗項目，并可突破時間和空間的限制，便于學(xué)生安排好自己的學(xué)習(xí)時間，強(qiáng)化了學(xué)生對醫(yī)藥學(xué)實驗知識的學(xué)習(xí)，搭建了共享的實驗資源平臺，值得推廣應(yīng)用。

（二）優(yōu)化基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)概論實驗教學(xué)的內(nèi)容。傳統(tǒng)的實驗課教學(xué)主要以驗證醫(yī)學(xué)理論、演示實驗現(xiàn)象為主要內(nèi)容，缺乏系統(tǒng)性，制約了各學(xué)科之間知識的交叉融合，與大學(xué)生素質(zhì)教育的培養(yǎng)不符合。因此，根據(jù)醫(yī)學(xué)相關(guān)類專業(yè)人才培養(yǎng)的專業(yè)特點和教學(xué)要求，以培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)和能力為目標(biāo)，我們把基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)概論實驗設(shè)計為從基礎(chǔ)到前沿、從接受知識到能力培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容，包括基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗與設(shè)計性實驗。

1.基礎(chǔ)性實驗。主要包括各學(xué)科最基本的實驗操作和技能，由觀察與驗證實驗組成，要求學(xué)生掌握解剖學(xué)形態(tài)和組織學(xué)結(jié)構(gòu)，然后在掌握形態(tài)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上理解各系統(tǒng)的機(jī)能及其調(diào)節(jié)，根據(jù)我校中（壯）醫(yī)藥虛擬仿真實驗教學(xué)中心不同學(xué)科的實驗分類，挑選以下內(nèi)容開展虛擬實驗教學(xué)：①進(jìn)入解剖學(xué)虛擬實驗室，進(jìn)行三維人體觀察（包括皮膚、肌肉、關(guān)節(jié)、骨骼、內(nèi)臟、心血管、淋巴、神經(jīng)等）以及大體標(biāo)本觀察（包括脊柱、關(guān)節(jié)、肌組織、各系統(tǒng)器官等），掌握正常人體各系統(tǒng)組織器官的基本形態(tài)結(jié)構(gòu)。②進(jìn)入細(xì)胞與分子生物學(xué)虛擬實驗室，學(xué)習(xí)細(xì)胞基本結(jié)構(gòu)的普通光鏡觀察和分析，為光學(xué)顯微鏡的使用打下基礎(chǔ);學(xué)習(xí)移液槍的使用，掌握正確使用移液槍進(jìn)行移液的方法。③進(jìn)入形態(tài)學(xué)虛擬實驗室，從微觀層面認(rèn)識人體各系統(tǒng)器官的組織結(jié)構(gòu)，為將來的病理學(xué)、診斷學(xué)、內(nèi)科學(xué)、外科學(xué)等知識的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。④進(jìn)入機(jī)能學(xué)虛擬實驗室，學(xué)習(xí)家兔的基本操作綜合實驗：包括術(shù)前準(zhǔn)備，氣管、頸動脈、頸外靜脈插管，中心靜脈壓測定，頸部迷走神經(jīng)、交感神經(jīng)、降壓神經(jīng)的分離等技術(shù);學(xué)習(xí)大鼠手術(shù)實驗操作：包括大鼠的抓取與固定、分組與編號、給藥方法、麻醉、取血、主要臟器識別、處死等方法;學(xué)習(xí)蟾蜍手術(shù)實驗操作：包括術(shù)前準(zhǔn)備、離體心臟制備、神經(jīng)肌肉標(biāo)本制備、神經(jīng)干標(biāo)本制備等方法。只有掌握好以上動物實驗操作的基本技術(shù)，才能進(jìn)行下一步機(jī)能類動物實驗的學(xué)習(xí)。接下來我們選擇幾個代表性好、理論知識典型、內(nèi)容比較重要，學(xué)生也普遍感興趣的呼吸、心血管及神經(jīng)系統(tǒng)的相關(guān)實驗內(nèi)容，主要包括：呼吸運動的調(diào)節(jié)，心血管活動的調(diào)節(jié)，動脈血壓的調(diào)節(jié)及減壓神經(jīng)放電實驗，中樞神經(jīng)系統(tǒng)實驗等。通過這些實驗的學(xué)習(xí)，達(dá)到鞏固理論知識，掌握機(jī)能學(xué)基本的實驗操作技術(shù)，也為今后診斷、外科的各項操作打下良好的實踐基礎(chǔ)。

2.綜合性實驗。實驗設(shè)計體現(xiàn)綜合性，內(nèi)容涉及一門課程的兩個主要章節(jié)以上的多個知識點或兩門以上相關(guān)課程的綜合知識，學(xué)生需要應(yīng)用這些不同的知識和技能方可完成實驗。比如機(jī)能學(xué)虛擬實驗室里的多因素對呼吸功能調(diào)節(jié)的綜合實驗，實驗?zāi)康挠袃蓚€，一是通過模擬氣道阻力與死腔氣量增加、吸入氮氣和二氧化碳、酸與堿的中毒、氣胸、肺水腫、藥物等影響外呼吸功能;二是觀察與分析多種因素對呼吸運動的影響，以及呼吸運動改變時血氣變化與心血管系統(tǒng)的相應(yīng)改變。這項綜合性實驗涉及實驗動物學(xué)、解剖學(xué)、生理學(xué)、生物化學(xué)、藥理學(xué)等多個學(xué)科的相關(guān)知識，多學(xué)科的知識綜合在一起，為完成共同的實驗?zāi)康姆?wù)。又如機(jī)能學(xué)虛擬實驗室里的離體心臟灌流綜合實驗、微循環(huán)灌流與血液動力學(xué)綜合實驗、坐骨神經(jīng)—— 縫匠肌綜合實驗、影響尿液的生成綜合實驗等都屬于這一類實驗。對于醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，我們建議學(xué)生選三項自己感興趣的實驗進(jìn)行學(xué)習(xí)，這些綜合性實驗?zāi)苓M(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的實驗操作技能，提高學(xué)生綜合運用知識和技能分析問題、解決問題的能力。

3.設(shè)計性實驗。是對擬定的研究目標(biāo)進(jìn)行的一種具有新見解或創(chuàng)新性的實驗，它體現(xiàn)了“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，以知識傳授為基礎(chǔ)，學(xué)生能力培養(yǎng)為核心”的教學(xué)理念。根據(jù)我校中（壯）醫(yī)藥虛擬仿真實驗教學(xué)中心已有的虛擬實驗教學(xué)資源，我們擬定幾個仿真虛擬實驗讓學(xué)生自學(xué)，然后學(xué)生根據(jù)自學(xué)內(nèi)容自選題目、查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計實驗方案、分組參與實驗討論。比如教師擬定的仿真虛擬實驗有：大蒜素體外抑菌實驗、ABO血型的鑒定、用PH計測定醋酸的電離常數(shù)的實驗操作。學(xué)生利用校園網(wǎng)在線學(xué)習(xí)細(xì)胞與分子生物學(xué)虛擬實驗：大蒜素體外抑菌實驗，掌握細(xì)菌培養(yǎng)基的制備方法、細(xì)菌的密集劃線接種方法以及大蒜素抑菌環(huán)的敏感度判斷方法，然后根據(jù)所學(xué)的實驗知識舉一反三，觸類旁通，自己設(shè)計“不同中藥的抑菌作用”實驗方案。通過學(xué)習(xí)機(jī)能學(xué)虛擬實驗：ABO血型的鑒定，掌握血型測定、消毒采血的操作方法以及正確判讀血型鑒定結(jié)果的方法，然后根據(jù)這些知識設(shè)計“同學(xué)間ABO血型的鑒定”實驗。通過學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)化學(xué)虛擬實驗：用PH計測定醋酸的電離常數(shù)的實驗操作，掌握PH法測定醋酸電離常數(shù)的原理和方法，學(xué)會使用PH計，根據(jù)所學(xué)的實驗知識設(shè)計“唾液淀粉酶最適PH值的測定”實驗等。有問題或有困難可以查閱文獻(xiàn)資料，在線上詢問老師，線下分組討論解決。設(shè)計性實驗讓學(xué)生通過自選題目、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料、設(shè)計實驗方案、分組參與討論等，提高了學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)造性思維能力，同時，設(shè)計性實驗以實驗小組為單位，共同參與討論實施，使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的同時也培養(yǎng)了團(tuán)隊協(xié)作的精神，增強(qiáng)了溝通合作及協(xié)調(diào)能力。

（三）改革實驗教學(xué)的方法和手段。傳統(tǒng)的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)概論實驗教學(xué)方法是教師先講授實驗內(nèi)容，然后學(xué)生按照老師的操作重復(fù)實驗即可，這種教學(xué)方法形式較單一，造成學(xué)生過于依賴?yán)蠋?，普遍缺乏興趣，不利于學(xué)生創(chuàng)造性思維和能力的培養(yǎng)。為此，我們在傳統(tǒng)教學(xué)方法的基礎(chǔ)上引入“以問題為基礎(chǔ)”的學(xué)習(xí)方法（Problem-based learning，PBL），比如在學(xué)習(xí)組織胚胎學(xué)的相關(guān)知識時，要從微觀層面認(rèn)識人體各系統(tǒng)器官的組織結(jié)構(gòu)，這就要求學(xué)生首先要學(xué)會使用顯微鏡，教師可以在相關(guān)理論課講授結(jié)束時提出幾個問題：同學(xué)們，你們了解顯微鏡的構(gòu)造及其正確的使用方法嗎？假如給你人體某一器官的組織切片，你能用顯微鏡觀察它的結(jié)構(gòu)并準(zhǔn)確判斷出它是什么器官的組織嗎？然后讓同學(xué)們帶著這些問題，利用課余時間登錄我校中（壯）醫(yī)藥虛擬仿真實驗教學(xué)中心系統(tǒng)，自學(xué)相關(guān)實驗內(nèi)容，獲得一個感性的綜合的認(rèn)識，這樣在后期真實的實驗課過程當(dāng)中，就可以縮減教師示教的時間，教師可以騰出更多的時間指導(dǎo)實驗有困難或有問題的同學(xué)，參與指導(dǎo)學(xué)生實驗小組的實驗討論，促進(jìn)師生之間的互動交流，調(diào)動學(xué)習(xí)氣氛，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊合作的精神。此外，教師還可以及時引導(dǎo)學(xué)生思考總結(jié)實驗原理、優(yōu)化時間條件、甚至設(shè)計新的實驗，使實驗教學(xué)進(jìn)一步向縱深拓展，這樣培養(yǎng)了學(xué)生獨立思考、舉一反三的創(chuàng)新能力。

（四）改革實驗教學(xué)的考核。實驗考核是對實驗教學(xué)效果的檢驗和反饋，改革舊的、教條的、單一的考核方式，建立多元化的考核方式，是“以學(xué)生為中心”的教育理念的需要。我們將學(xué)生所學(xué)的相關(guān)虛擬仿真實驗的章節(jié)測試成績，納入平時實驗成績，加上實驗報告、實驗技能操作以及實驗設(shè)計方案等，從這幾個方面綜合評價學(xué)生的實驗成績，并且提高實驗成績的比重，實驗成績應(yīng)至少占到期末總成績的30%。

三、虛擬仿真實驗教學(xué)的運用所取得的初步成效

我們將2016級藥學(xué)專業(yè)的236名學(xué)生的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)概論實驗采用了改革后的課程內(nèi)容設(shè)置。改革后的實驗教學(xué)內(nèi)容涉及解剖學(xué)、組織胚胎學(xué)、生物化學(xué)、機(jī)能學(xué)、微生物與免疫學(xué)等各個學(xué)科，遵循了從基礎(chǔ)到前沿、由淺入深、從接受知識到運用能力培養(yǎng)的學(xué)習(xí)過程，整體實驗安排循序漸進(jìn)，全面性、綜合性和實用性更強(qiáng)。

學(xué)生利用虛擬仿真實驗系統(tǒng)反復(fù)模擬實驗操作，對實驗原理的理解和掌握得到加強(qiáng)，提高了實驗教學(xué)的質(zhì)量。學(xué)生可不受時間和空間的限制，在課后或假期進(jìn)行實驗，減少了真實實驗儀器操作前的準(zhǔn)備和檢測時間，把有限的時間留給具體的實驗操作，提高了實驗效率。實驗項目虛擬化后，使得教學(xué)效果不變，卻不消耗實驗資源，大大節(jié)約了實驗成本。虛擬仿真實驗補(bǔ)充了真實實驗不具有的新技能和新技術(shù)項目，豐富拓展了實驗教學(xué)的內(nèi)容，提高了學(xué)生對實驗課的興趣。學(xué)生在實驗知識學(xué)習(xí)過程中的主體性有所加強(qiáng)，其自學(xué)能力、理解能力、實踐能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊合作能力均有顯著的提高。教師在課堂上擔(dān)任的角色也發(fā)生了翻轉(zhuǎn)，由知識的傳授者變成了教學(xué)資源的開發(fā)者、教學(xué)的指導(dǎo)者和幫助者。師生之間得到良好的互動交流，活躍了課堂氣氛，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

隨著信息化時代的發(fā)展，虛擬仿真實驗教學(xué)必將成為高校實驗教學(xué)的重要組成部分。國內(nèi)外很多高校已經(jīng)開發(fā)構(gòu)建了醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)中心，用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的教學(xué)和科研，可見其應(yīng)用前景廣闊，必將成為當(dāng)前實驗教學(xué)改革的熱點。

實踐證明，將虛擬仿真實驗教學(xué)應(yīng)用在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)概論實驗教學(xué)中，符合該課程實驗教學(xué)改革的方向，將為醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)的實驗教學(xué)開辟新的天地。目前，利用虛擬仿真實驗教學(xué)補(bǔ)充完善基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)概論的實驗教學(xué)改革還處于探索階段，在實驗教學(xué)過程中，還需要我們不斷努力，為培養(yǎng)具有良好的創(chuàng)新精神和實踐能力的高素質(zhì)人才提供一個廣闊的醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)平臺。

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