張 珍，胡 濤，杜鎮(zhèn)鎮(zhèn)，耿 麗，趙慧琳

(濱州醫(yī)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264003)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)、生物仿真、多媒體與網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，與相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)與技能相結(jié)合而構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生可以運(yùn)用里面的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備和物品，按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行訓(xùn)練，此方法為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了新思路[1]。近年，已有不少基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目用于教學(xué)，但這些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較單一，缺少學(xué)科之間或?qū)W科內(nèi)多個(gè)知識(shí)點(diǎn)交叉的綜合性實(shí)驗(yàn)。在此嘗試把病原生物學(xué)與免疫學(xué)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以拓展學(xué)生思維、增強(qiáng)他們解決實(shí)際問(wèn)題的能力。下面以“細(xì)菌診斷血清制備與凝集反應(yīng)”為例，介紹虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與教學(xué)過(guò)程。

一、虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)“細(xì)菌診斷血清制備與凝集反應(yīng)”的設(shè)計(jì)思路

細(xì)菌的培養(yǎng)與形態(tài)、特性的觀察是病原生物學(xué)最基礎(chǔ)的內(nèi)容；細(xì)菌又是人機(jī)體最常見(jiàn)的抗原，抗原與抗體特異的免疫應(yīng)答是免疫學(xué)的核心主線?，F(xiàn)以細(xì)菌作為抗原接種家兔制備診斷血清(即抗體)，制備出的抗體又可反過(guò)來(lái)用于待測(cè)細(xì)菌抗原的檢測(cè)，即菌種鑒定。此綜合實(shí)驗(yàn)把幾個(gè)經(jīng)典微生物與免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)無(wú)縫銜接，學(xué)生既能理解機(jī)體免疫應(yīng)答的規(guī)律，又掌握微生物培養(yǎng)到臨床感染診斷的全過(guò)程，是理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。據(jù)此設(shè)計(jì)了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容腳本，與軟件公司技術(shù)人員合作，結(jié)合生物仿真、動(dòng)畫制作等技術(shù)，共同制作虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)呈現(xiàn)給學(xué)生。

二、“細(xì)菌診斷血清制備與凝集反應(yīng)”的內(nèi)容與操作方法

首先，綜合實(shí)驗(yàn)包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、關(guān)鍵詞釋義、實(shí)驗(yàn)流程及思考題等幾大部分，點(diǎn)擊各標(biāo)題即可查看詳細(xì)內(nèi)容，比如關(guān)鍵詞釋義，會(huì)配以文字或圖片介紹，學(xué)生能較快熟悉相應(yīng)理論內(nèi)容和相關(guān)的背景知識(shí)，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)狀態(tài)。

實(shí)驗(yàn)流程部分是重點(diǎn)內(nèi)容(見(jiàn)附圖)，流程包括好幾個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，每個(gè)模塊都是一個(gè)單獨(dú)實(shí)驗(yàn)，學(xué)員按照順序或選擇任一需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，單擊即可進(jìn)行學(xué)習(xí)。每個(gè)模塊有錄制的教師操作視頻演示，也有虛擬操作部分。學(xué)生可觀看真人操作視頻，觀摩操作過(guò)程與細(xì)節(jié)；也可在線進(jìn)行虛擬操作練習(xí)，按照操作提示即可順利完成實(shí)驗(yàn)的各個(gè)步驟，感受真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。此虛擬實(shí)驗(yàn)制作專業(yè)，實(shí)驗(yàn)器材、物品與實(shí)驗(yàn)步驟形象逼真，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)層次分明、井然有序,實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確、直觀，計(jì)算機(jī)可對(duì)學(xué)生虛擬操作過(guò)程及器材選擇是否正確進(jìn)行提示和評(píng)價(jià)，在關(guān)鍵步驟還有注意事項(xiàng)提示等。實(shí)驗(yàn)后配有相應(yīng)思考題，從理論到拓展應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生多角度思考、充分領(lǐng)悟其中的作用機(jī)制。

附圖 細(xì)菌診斷血清制備與凝集反應(yīng)流程圖

三、虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程

1.研究對(duì)象。隨機(jī)選取我校2016級(jí)臨床醫(yī)學(xué)3個(gè)班186名學(xué)生為研究對(duì)象，采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與常規(guī)課堂實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)模式；另兩個(gè)班125名學(xué)生為對(duì)照組，采用常規(guī)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。兩組學(xué)生為隨機(jī)選取。

2.課前預(yù)習(xí)。學(xué)生登錄虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可查看實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、關(guān)鍵詞釋義、實(shí)驗(yàn)流程等，進(jìn)行預(yù)習(xí)。對(duì)重點(diǎn)概念和知識(shí)點(diǎn)提前理解、梳理，觀看操作視頻、仔細(xì)觀摩操作細(xì)節(jié)，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有初步了解。

3.課堂教學(xué)。選取綜合實(shí)驗(yàn)中的玻片凝集實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生實(shí)際操作。首先實(shí)驗(yàn)教師講解、演示具體操作步驟，實(shí)驗(yàn)室事先準(zhǔn)備好相關(guān)試劑，如培養(yǎng)的幾種待測(cè)細(xì)菌(抗原)、傷寒桿菌診斷血清、變形桿菌診斷血清以及玻片、取菌環(huán)等，學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)手練習(xí)；課堂上，學(xué)生也可隨時(shí)查看虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的操作視頻或?qū)嶒?yàn)流程中的其他環(huán)節(jié)，如細(xì)菌的培養(yǎng)、免疫家兔的程序(皮內(nèi)注射、耳緣靜脈注射)、家兔心臟取血、血清收集保存等系列實(shí)驗(yàn)，搞清楚所用抗體的來(lái)龍去脈。這些實(shí)驗(yàn)周期較長(zhǎng)、所需動(dòng)物多，且受安全、場(chǎng)地等因素的影響[2]，現(xiàn)實(shí)中不易開(kāi)展，正好通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)完成，達(dá)到“虛”與“實(shí)”相補(bǔ)的目的。

4.課后復(fù)習(xí)與演練。課堂實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生仍可以登錄虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)反復(fù)練習(xí)，可加強(qiáng)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的深度理解，比如聯(lián)系到細(xì)菌的結(jié)構(gòu)與特性及機(jī)體在受到抗原刺激后、體內(nèi)相應(yīng)抗體產(chǎn)生的過(guò)程和規(guī)律等，加強(qiáng)學(xué)科之間橫向、縱向的聯(lián)系，鍛煉學(xué)生的綜合思維及創(chuàng)新理念。

四、教學(xué)效果的評(píng)價(jià)

2.實(shí)驗(yàn)組問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果。問(wèn)卷內(nèi)容包括虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)芊翊龠M(jìn)理解和深化知識(shí)、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、提高自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)驗(yàn)滿意程度等。發(fā)放問(wèn)卷186份(實(shí)驗(yàn)組)，回收有效問(wèn)卷186份，有效回收率100%，結(jié)果如下(見(jiàn)附表)。

醫(yī)學(xué)免疫學(xué)和病原生物學(xué)都是實(shí)踐性強(qiáng)的基礎(chǔ)學(xué)科，知識(shí)相互滲透、密切相連，且免疫學(xué)是很抽象的理論性學(xué)科，現(xiàn)實(shí)中的實(shí)驗(yàn)受學(xué)時(shí)、儀器材料等限制，開(kāi)展數(shù)量有限[3]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)通過(guò)視頻、動(dòng)畫、圖片、音頻等多媒體素材，多角度、全方位地展示實(shí)驗(yàn)原理和流程，為學(xué)生提供每一步線上操作的機(jī)會(huì)，使抽象的過(guò)程具體化，增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有助學(xué)生實(shí)踐與綜合思維能力的提高[4]。但虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施中也存在一些問(wèn)題，比如制作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，專業(yè)教師與軟件公司技術(shù)人員各有優(yōu)、劣勢(shì)，有些思路與操作步驟的理解配合還有欠缺；學(xué)生對(duì)科學(xué)興趣、思維創(chuàng)新等能力的提高，在學(xué)科結(jié)束以期末考試為主的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)里很難體現(xiàn)出來(lái)，多少會(huì)影響學(xué)生積極性。相信隨著時(shí)間積累和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與開(kāi)展會(huì)更完善，在培養(yǎng)復(fù)合型高等醫(yī)學(xué)人才中發(fā)揮更大的作用。

附表 實(shí)驗(yàn)組問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果