楊麗娟，張連江，吳殿秀，趙 鵬，張瀚元，荊 琦，李天聰，劉艷波

1 北華大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院， 吉林 吉林 132013；2 吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院動物科技學(xué)院， 吉林 吉林 132101

基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)是醫(yī)學(xué)教育的重要組成部分，尤其是醫(yī)學(xué)機能實驗學(xué)是基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)的橋梁學(xué)科。而醫(yī)學(xué)機能實驗學(xué)的綜合性實驗及設(shè)計性實驗不僅資源耗費大，實驗也比較復(fù)雜，因此實驗操作存在較大困難。隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，新的教學(xué)形態(tài)，如慕課(MOOCs)、虛擬仿真、翻轉(zhuǎn)課堂等已逐漸融入到醫(yī)學(xué)教育中。因此，建設(shè)在線醫(yī)學(xué)實驗課程成為醫(yī)學(xué)教育面臨的重要挑戰(zhàn)，應(yīng)用數(shù)字和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)深化醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)成為醫(yī)學(xué)教育的迫切需求[1]。為了節(jié)省資源，同時滿足醫(yī)學(xué)生技能的培養(yǎng)，北華大學(xué)將虛擬仿真實驗應(yīng)用于機能學(xué)實驗教學(xué)中[2-3]。

1 醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗系統(tǒng)的建設(shè)

虛擬實驗室的概念由美國弗吉尼亞大學(xué)的威廉·沃爾夫于1989年首先提出，初衷是為了方便不同實驗室中的科研人員共享彼此的數(shù)據(jù)、儀器設(shè)備，并能交流思想和進行遠(yuǎn)程科研合作。而傳統(tǒng)的機能實驗教學(xué)與虛擬實驗教學(xué)擁有各自的特點，發(fā)揮其各自的優(yōu)點，才是發(fā)展和改革的需要[4-6]。

北華大學(xué)于2012年進行虛擬實驗系統(tǒng)應(yīng)用于實驗教學(xué)中的改革，那時使用的是成都泰盟研發(fā)的VBL-100醫(yī)學(xué)機能虛擬實驗系統(tǒng)，取得了一定的教學(xué)效果。但是隨著課程的進行，顯露出一些弊端：首先，VBL-100醫(yī)學(xué)機能虛擬實驗系統(tǒng)模式固定，不可更改。從而造成了軟件里的實驗與學(xué)校教學(xué)實際不符；其次，不能根據(jù)學(xué)生的實際操作情況突出操作技術(shù)要點。

針對以上問題及國家提出的要在全國構(gòu)建國家級虛擬仿真實驗教學(xué)示范中心的政策，學(xué)校大膽提出建設(shè)適合學(xué)校教學(xué)實際的醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗系統(tǒng)。此款系統(tǒng)所含的實驗均是學(xué)校一線教師與北京潤尼爾公司的動畫制作人員面對面的交流、溝通，最后制定出適合該校教學(xué)實際、針對性強、重點突出的醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗項目。該校構(gòu)建的虛擬仿真軟件—人體結(jié)構(gòu)與功能虛擬仿真實驗教學(xué)中心，包括五個模塊：人體解剖學(xué)虛擬仿真實驗平臺、形態(tài)學(xué)虛擬仿真實驗平臺、機能學(xué)虛擬仿真實驗平臺、生物醫(yī)學(xué)工程虛擬仿真實驗平臺、分子醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗平臺。教師登錄后，可以創(chuàng)建課程，添加虛擬仿真實驗項目，并把授課學(xué)生的學(xué)號導(dǎo)入，學(xué)生可通過校園網(wǎng)隨時觀看實驗項目。

2 教學(xué)應(yīng)用

2.1 應(yīng)用對象

選取2015級五年臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)三年級學(xué)生為研究對象，共4個班：1班、2班為對照組(64人)，3班、4班為實驗組(65人)，共129人。1、2班進行傳統(tǒng)的實驗教學(xué)，3、4班進行虛擬仿真綜合性實驗與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的方法。樣本在人數(shù)、年齡、性別和基礎(chǔ)知識等因素上無顯著差異。

2.2 研究方法

2.2.1課程實施對照組和實驗組均采用2014年8月出版、由北華大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院自編的《醫(yī)學(xué)機能實驗學(xué)》教材，在相同的實驗教學(xué)大綱指導(dǎo)下，完成課程實施；實驗項目、考核辦法及授課教師均相同。在《失血性休克及微循環(huán)觀察》的實驗項目下進行兩種授課方法對比。

在學(xué)期初，授課教師在虛擬仿真實驗系統(tǒng)中安排課程目錄，進行開課管理，根據(jù)開課計劃添加實驗項目、學(xué)生賬號(為學(xué)生一卡通賬號)，學(xué)生只要通過校園內(nèi)網(wǎng)絡(luò)就可以隨時隨地的觀看實驗項目，進行預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)。

對照組仍然按照傳統(tǒng)的方法進行授課：課前通過實驗指導(dǎo)進行預(yù)習(xí)，復(fù)習(xí)休克理論所學(xué)過的知識；實驗組課前通過實驗指導(dǎo)及虛擬仿真實驗系統(tǒng)進行預(yù)習(xí)，復(fù)習(xí)休克理論所學(xué)過的知識。對照組和實驗組均分為8個實驗小組，實驗動物采用家兔，16只家兔隨機分為2組。

2.2.2評價方法在實驗進行前，根據(jù)組員的實際操作能力，進行小組內(nèi)成員分工。每組選出一名學(xué)生記錄實驗結(jié)果，同時把每組實驗過程的時間記錄下來，之后進行統(tǒng)計。在課程結(jié)束后，發(fā)放調(diào)查問卷。

2.3 統(tǒng)計學(xué)方法

3 結(jié)果

3.1 實驗組與對照組實驗情況對比

實驗組與對照組在完成家兔麻醉時間、動靜脈插管時間、微循環(huán)觀察時間及全部完成實驗的時間相比較，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，如表1所示。

3.2 實驗組與對照組實驗動物體重及成功率的比較

實驗組與對照組實驗動物體重的比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。實驗成功率有大幅度提升(如表2所示)。

3.3 問卷調(diào)查

共發(fā)放調(diào)查問卷65份，具體內(nèi)容涉及實驗操作技術(shù)要點是否突出、是否增強對實驗操作的信心等13項內(nèi)容，回收65份問卷，無棄權(quán)者，如表3所示。

組 別n麻 醉動靜脈插管微循環(huán)觀察完成實驗 實驗組8(27.75a±4.56)(35.25A±2.49)(36.75A±3.92)(173.25A±7.25)對照組8(21.38±3.42)(27.50±1.77)(29.50±2.07)(145.63±9.74)

注：與對照組比較a，P<0.05；與對照組比較A，P<0.01

表2 家兔體重(kg)及實驗成功率(%)比較

注：與對照組比較d，P<0.05

表3虛擬仿真技術(shù)與傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法結(jié)合問卷調(diào)查結(jié)果n(%)

評價內(nèi)容 評價等級肯定是是一樣否快速掌握重點知識58(89.2)5(7.7)2(3.1)0(0.0)實驗操作技術(shù)要點突出60(92.3)5(7.7)0(0.0)0(0.0)掌握實驗步驟46(70.8)11(16.9)8(12.3)0(0.0)實驗操作方法明了48(73.8)17(26.2)0(0.0)0(0.0)有利于實驗步驟時間的分配56(86.2)7(10.8)2(3.0)0(0.0)對實驗整體的掌控能力37(56.9)26(40.0)2(3.0)0(0.0)提升完成實驗的速度59(90.8)6(9.2)0(0.0)0(0.0)增強對實驗操作的信心45(69.2)15(23.1)5(7.7)0(0.0)提高實驗操作技術(shù)練習(xí)的效率23(35.4)19(29.2)10(15.4)13(20.0)提高實驗的成功率35(53.8)18(27.7)9(13.8)3(4.6)增強對實驗項目的感性認(rèn)識38(58.4)23(35.4)4(6.2)0(0.0)提高自學(xué)能力22(33.8)29(44.6)11(16.9)3(4.6)提高對實驗課的興趣 48(73.8)13(20.0)4(6.2)0(0.0)

4 討論

醫(yī)學(xué)機能實驗學(xué)是在生理學(xué)、病理生理學(xué)、藥理學(xué)實驗的基礎(chǔ)上,經(jīng)過重新有機融合形成了一門獨立的綜合性醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)實驗課。醫(yī)學(xué)機能實驗學(xué)課程已成為基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)的重要組成部分，是高等醫(yī)學(xué)教育的重要環(huán)節(jié)。各個高校根據(jù)自己的資源優(yōu)勢開設(shè)了不同的實驗項目，如綜合性實驗、設(shè)計性實驗等?？偟闹笇?dǎo)思想是提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，在不斷摸索中總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗。但是綜合性、設(shè)計性實驗的教學(xué)實施有一定難度，比如：學(xué)校配套資源、課程設(shè)置、學(xué)生素質(zhì)、教師綜合素質(zhì)、有毒有害等，都限制了實驗課程的開展。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，有條件改善這些不利因素。虛擬仿真實驗平臺的提出、構(gòu)建及使用將不斷豐富教學(xué)手段，提高培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)量[7-8]。

4.1 醫(yī)學(xué)機能虛擬仿真實驗系統(tǒng)的主要優(yōu)勢

虛擬實驗室的構(gòu)建已成為該校機能實驗教學(xué)改革中的重要部分。人體結(jié)構(gòu)與功能虛擬仿真實驗系統(tǒng)是采用計算機虛擬仿真與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，運用客戶/服務(wù)器的構(gòu)架模式，涵蓋了十幾個醫(yī)學(xué)實驗的全套模擬仿真軟件。醫(yī)學(xué)機能虛擬仿真實驗系統(tǒng)與傳統(tǒng)實驗教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)效果優(yōu)于傳統(tǒng)的演示教學(xué)，其優(yōu)勢主要有以下幾方面：

4.1.1解決學(xué)生圍觀，看不清示教過程問題按照教學(xué)條件標(biāo)準(zhǔn)，每個實驗小組應(yīng)在4～5人，但由于多方面實驗條件的限制，達不到此標(biāo)準(zhǔn)。每次教師進行演示教學(xué)的時候，絕大多數(shù)學(xué)生都不能清楚地觀看演示過程，這樣造成了極大的資源浪費(尤其是實驗動物)和學(xué)生的困擾，打擊學(xué)生上實驗課的積極性。在虛擬仿真實驗平臺上則可清楚地觀看實驗操作過程。

4.1.2通過觀看虛擬仿真實驗平臺中的實驗項目進行課前預(yù)習(xí)傳統(tǒng)的實驗預(yù)習(xí)首先要預(yù)習(xí)實驗課的相關(guān)理論知識，實驗步驟的預(yù)習(xí)只能通過閱讀實驗報告，即只局限于對文字的了解，對于實驗操作了解甚少。所以，傳統(tǒng)的實驗課是理論課的輔助課程，導(dǎo)致學(xué)生對實驗課態(tài)度松懈、動手能力差，對實驗課沒有興趣，認(rèn)為只要上好理論課程就行。要想改變實驗課的從屬地位，就要從改革實驗課本身開始，實驗課是理論課程的實踐過程，通過實驗課，對理論形成感官認(rèn)識，才能更好地理解和運用理論知識。通過觀看虛擬仿真實驗過程，對將要進行的實驗課程有了感官上的認(rèn)識，了解了整個實驗過程，上課時對實驗節(jié)奏的掌控能力得以提升(56.9%)。

4.1.3提高信心，培養(yǎng)興趣在《家兔失血性休克及微循環(huán)觀察》實驗項目中，傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法的成功率只有62.5%，尤其是在微循環(huán)觀察環(huán)節(jié)上，大多數(shù)學(xué)生不能掌握微循環(huán)觀察的操作要領(lǐng)，尤其是活體動物實驗，操作難度很大，容易導(dǎo)致實驗失敗。機能學(xué)的虛擬仿真實驗項目完全是按照學(xué)校實驗課程步驟打造的。所以，學(xué)生知道上課的內(nèi)容，了解每一步實驗操作，清楚操作要點，從而激發(fā)學(xué)生突破難點，完成實驗的信心。實驗成功率提升了25%，增強了學(xué)生的自信心，也培養(yǎng)了其對實驗課的興趣。

4.1.4節(jié)約資源由于動物倫理學(xué)、動物的成本大大提升等多方面的原因，導(dǎo)致實驗動物短缺或禁止某些動物應(yīng)用于醫(yī)學(xué)實驗。那么，為了更好地培養(yǎng)醫(yī)學(xué)人才，而且在不浪費實驗動物及其他實驗消耗品的前提下，學(xué)生可在系統(tǒng)內(nèi)反復(fù)觀看虛擬仿真實驗，在有限的時間內(nèi)熟悉和掌握更多的知識，了解相近學(xué)科之間的聯(lián)系；并從理論上獲得更多的實驗技能。

4.1.5相互促進作用虛擬仿真實驗平臺雖然有許多優(yōu)勢，但也不能完全取代真實的實驗課程，因為虛擬仿真實驗通過鼠標(biāo)進行實驗的虛擬過程，而不是真實操作，起不到鍛煉實驗操作技術(shù)手法及嫻熟度的作用；并且動物實驗也存在個體差異，要求在實驗過程中實時分析不同的情況、緊急情況的處理、實驗結(jié)果等，鍛煉學(xué)生綜合分析、解決問題的能力。所以，只有將“虛”和“實”結(jié)合起來，相互促進，才會取得更好的教學(xué)效果[9-11]。

4.2 展望

目前，各醫(yī)學(xué)院校正在針對虛擬仿真實驗平臺高效、直觀的優(yōu)越性，進行一系列的虛擬實驗室建設(shè)，以增強實驗教學(xué)效果、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效率，完善教師的教學(xué)手段。科技的發(fā)展促進了教育手段的多樣性，而培養(yǎng)出的人才又會服務(wù)于科技發(fā)展。教育工作者要不斷地探索新的教育模式，緊跟科技前沿，相互促進，創(chuàng)造出更實用的新型實驗教學(xué)平臺。