趙元淑 許小洋

廣州醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，廣東省廣州市 511436

醫(yī)學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)是高等醫(yī)學(xué)院?；A(chǔ)醫(yī)學(xué)教學(xué)中重要的實(shí)驗(yàn)課程，該課程將醫(yī)學(xué)課程中的生理學(xué)、病理生理學(xué)、藥理學(xué)等基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，對于培養(yǎng)學(xué)生動手、分析問題、解決問題的能力尤為重要，為學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和臨床知識的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。近年來，教育部、衛(wèi)生部啟動和實(shí)施的“教學(xué)質(zhì)量工程”“十二五”發(fā)展規(guī)劃中特別強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性。為了提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，解決醫(yī)學(xué)院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源相對不足的弊端，國內(nèi)一些高校利用最新的計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual reality，VR) 技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)虛擬平臺的建設(shè)，如南方醫(yī)科大學(xué)的“病理學(xué)遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)室”[1]、中山醫(yī)科大學(xué)的虛擬仿真中心等。我校也緊跟最新的教學(xué)改革形式，在國內(nèi)較早進(jìn)行了機(jī)能虛擬實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)，該課程對傳統(tǒng)的機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式起到了有效的補(bǔ)充及促進(jìn)，我校機(jī)能中心針對該課程在教學(xué)實(shí)踐過程中也出現(xiàn)了一些問題對虛擬實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)和完善，對發(fā)揮虛擬課程在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用進(jìn)行有益的探索。

1 醫(yī)學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀分析

實(shí)驗(yàn)教學(xué)最主要是培養(yǎng)和提高學(xué)生的基本操作能力、綜合能力和創(chuàng)新能力[2]。隨著全國高校學(xué)生的擴(kuò)招，教學(xué)資源變得相對不足，尤其是醫(yī)學(xué)院校，由于醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容的特殊性，需要用到大量的實(shí)驗(yàn)動物和昂貴的實(shí)驗(yàn)試劑，實(shí)驗(yàn)課開設(shè)成本高，不能滿足學(xué)生反復(fù)操作探究實(shí)驗(yàn)機(jī)理的愿望，嚴(yán)重限制了學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為了節(jié)約教學(xué)資源，規(guī)范學(xué)生的操作技能，提高學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的興趣，我校機(jī)能實(shí)驗(yàn)中心從2006年開始陸續(xù)研發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)軟件，將一部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目制作成學(xué)生感興趣的虛擬游戲，讓學(xué)生利用選修課的形式進(jìn)行學(xué)習(xí)。通過近10年的改進(jìn)，虛擬實(shí)驗(yàn)軟件對于促進(jìn)機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到了一定的效果，但是教學(xué)實(shí)踐過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題。

(1)虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有待進(jìn)一步豐富。從2006年開始，我校機(jī)能實(shí)驗(yàn)中心陸續(xù)研發(fā)了家兔、青蛙的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目共8項(xiàng)[3]，主要為機(jī)能的經(jīng)典驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。隨著課程改革的不斷深入，保留經(jīng)典驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是我國高等醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教育的共識[4]。目前我校虛擬實(shí)驗(yàn)平臺存在綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量不足，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也只限于動物實(shí)驗(yàn)，缺乏實(shí)驗(yàn)的延伸和拓展項(xiàng)目。此外，學(xué)生們對于醫(yī)學(xué)前沿知識有很濃厚的興趣，而我們的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為基礎(chǔ)知識，不利于學(xué)生對新知識的學(xué)習(xí)及創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。(2)高端科研儀器的數(shù)量不能滿足學(xué)生的需要。由于教學(xué)和科研的需要，我校機(jī)能中心購置了膜片鉗、流式細(xì)胞儀等高端科研儀器設(shè)備。但是由于高端科研儀器使用成本高，數(shù)量有限，不可能使每一名學(xué)生都受益，而學(xué)生又對膜片鉗、流式細(xì)胞儀等高端科研儀器資源的使用很感興趣，希望了解基本的使用方法。(3)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育與臨床醫(yī)學(xué)知識脫節(jié)。目前機(jī)能中心的虛擬實(shí)驗(yàn)都是動物水平的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目存在一定的局限性，這就造成學(xué)生們在未來進(jìn)行臨床課程學(xué)習(xí)時(shí)，很難將從前學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識與臨床結(jié)合起來[5]。雖然綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與臨床有一定的關(guān)聯(lián)，但是沒能從實(shí)質(zhì)上解決基礎(chǔ)與臨床脫節(jié)的問題，學(xué)生進(jìn)入臨床后，仍然不能用基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)知識解釋臨床現(xiàn)象。(4)現(xiàn)有虛擬實(shí)驗(yàn)平臺資源有限。我校從2006年開始陸續(xù)建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺，平臺資源主要由機(jī)能虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目構(gòu)成，雖然這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到了輔助作用，但是虛擬資源相對有限，缺乏與學(xué)生生活相關(guān)的趣味性內(nèi)容，學(xué)生在課下的點(diǎn)擊率并不是很高。(5)學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)課中缺乏溝通。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對電腦軟件的依賴性大，久而久之，學(xué)生相互交流相對于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ接兴鶞p少，不利于學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識培養(yǎng)[6-7]。在前期的虛擬實(shí)驗(yàn)課程中，我們采用一名同學(xué)操作一臺電腦的形式，學(xué)生間相互討論交流的機(jī)會較少，待回歸到傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，同學(xué)間協(xié)作的默契性較差。

2 機(jī)能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的發(fā)展與完善

針對虛擬實(shí)驗(yàn)平臺實(shí)踐中出現(xiàn)的問題，機(jī)能中心及時(shí)改進(jìn)創(chuàng)新，在原有實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)的基礎(chǔ)上，采取如下完善措施：(1)優(yōu)化虛擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：中心運(yùn)用現(xiàn)代教育理念構(gòu)建創(chuàng)新課程體系，增加綜合性實(shí)驗(yàn)比例、增設(shè)了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，新增如油酸性呼吸窘迫綜合征的發(fā)生與治療等9個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)3個(gè)學(xué)科(生理學(xué)、病理生理學(xué)、藥理學(xué))實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容實(shí)質(zhì)性的融合；并且開發(fā)3項(xiàng)人體機(jī)能虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。至此，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺包括家兔、蛙、人的9大系統(tǒng)的18個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容逐漸豐富。此外，為了開闊學(xué)生視野、提升知識水平，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，中心還積極將教師的科研成果引入教學(xué)，開發(fā)設(shè)計(jì)了如硫化氫對消化道平滑肌的影響等6項(xiàng)課外虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。使學(xué)生能通過虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目了解科研最新動態(tài)，提高學(xué)生的科研素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)了科研和教學(xué)的相互轉(zhuǎn)化。(2)增加虛擬實(shí)驗(yàn)儀器項(xiàng)目。為了滿足學(xué)生對高端儀器學(xué)習(xí)的愿望，讓學(xué)生們在實(shí)際使用前熟練掌握基本的操作技能，中心還請專業(yè)公司拍攝膜片鉗、流式細(xì)胞儀、PCR儀等高端實(shí)驗(yàn)儀器，收集素材；由中心具有經(jīng)驗(yàn)的教師設(shè)計(jì)編寫實(shí)驗(yàn)?zāi)_本；由公司進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)儀器的軟件制作。軟件仍然采用學(xué)生感興趣的游戲形式呈現(xiàn)，學(xué)生只有采用正確的使用方法才能游戲通關(guān)，界面仿真度高，人機(jī)交互性強(qiáng)。(3)國內(nèi)首創(chuàng)應(yīng)用模擬人服務(wù)于機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)。為了解決基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)知識與臨床醫(yī)學(xué)知識教育脫節(jié)的問題，我們將臨床技能中心引進(jìn)的美國METI生產(chǎn)的高級綜合模擬訓(xùn)練系統(tǒng) (Emergency care simulator，ECS)應(yīng)用于機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。該系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)互動模型以及虛擬科技等模擬系統(tǒng)，模擬各種患者的生理及病理學(xué)特征，對所實(shí)施的各項(xiàng)操作產(chǎn)生相應(yīng)的生理反應(yīng)，并在相關(guān)的監(jiān)護(hù)設(shè)備中顯示相應(yīng)的生理數(shù)據(jù)，創(chuàng)建交互式教學(xué)情景，實(shí)現(xiàn)臨床真實(shí)場景下的治療。中心將基礎(chǔ)知識與臨床醫(yī)學(xué)課程相近的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行融合，設(shè)計(jì)一些臨床表現(xiàn)與基礎(chǔ)知識相結(jié)合的典型實(shí)驗(yàn)，通過腳本編寫、程序編輯、預(yù)試驗(yàn)等過程，開發(fā)出10個(gè)模擬人仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目具有高度安全性、高度仿真性、高度可控性、無任何風(fēng)險(xiǎn)等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了最大程度的虛擬仿真。(4)優(yōu)化虛擬實(shí)驗(yàn)平臺內(nèi)容，提高學(xué)生參與興趣。通常情況下，一提到學(xué)習(xí)平臺，學(xué)生們就會覺得枯燥乏味，因此缺乏主動學(xué)習(xí)的興趣。為了增加學(xué)生對虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的關(guān)注度，中心增加了虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的內(nèi)容。該平臺除了具有與課堂內(nèi)容相關(guān)的虛擬動物實(shí)驗(yàn)室、虛擬人體實(shí)驗(yàn)室、虛擬儀器室外，還有虛擬資料室，學(xué)生在這里可以查閱教師上課的PPT課件、題庫、授課視頻等內(nèi)容。此外，虛擬實(shí)驗(yàn)中心還設(shè)立科普課堂，請專業(yè)教師講授將與生活相關(guān)的機(jī)能課程內(nèi)容制作成視頻，力求知識趣味化、通俗化，比如緊跟社會熱點(diǎn)，制作了《霧霾—呼吸之殤》等一系列科普宣傳視頻，學(xué)生在進(jìn)行科普教育的同時(shí)也學(xué)到了機(jī)能的相關(guān)知識，寓教于樂。將教師的科研成果應(yīng)用在教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的科研素質(zhì)和創(chuàng)新能力是我校教科研的指導(dǎo)方向。近年來，我校引導(dǎo)教師把科研成果轉(zhuǎn)化為科普講座，在虛擬實(shí)驗(yàn)中心中設(shè)立學(xué)生第二課堂，在教學(xué)中分享教師科研工作的成果，加強(qiáng)學(xué)生科研素質(zhì)、創(chuàng)新意識以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，取得了一定成效，受到學(xué)生的歡迎。如基礎(chǔ)學(xué)院羅健東教授把教育部獲獎(jiǎng)成果——辛伐他汀抗心肌肥厚和心力衰竭作用及機(jī)制轉(zhuǎn)化為科普講座，藥學(xué)系袁牧教授結(jié)合自己主持研制的國家一類新藥萘哌地爾(國藥證字X20010136)項(xiàng)目作了新藥設(shè)計(jì)與構(gòu)效關(guān)系的科普講座。這種科普講座不僅增加了醫(yī)學(xué)生對新技術(shù)、新成果的了解, 拓寬了他們的視野，也使學(xué)生對今后從事的醫(yī)學(xué)科研工作有了初步了解，逐步培養(yǎng)他們對科研工作的思維能力，這有利于學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立開展課外科研活動，獲得良好的教學(xué)效果，也使得科研促進(jìn)教學(xué)的內(nèi)涵得到了豐富和延伸。(5)改變機(jī)能虛擬實(shí)驗(yàn)授課形式。在機(jī)能虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)選修課時(shí)，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行學(xué)習(xí)，教師只負(fù)責(zé)課堂組織，不負(fù)責(zé)解答學(xué)生的問題，有疑問時(shí)由各小組自行討論、查閱資料解決。

3 機(jī)能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的應(yīng)用及體會

建設(shè)完善后的機(jī)能實(shí)驗(yàn)平臺，已實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)互補(bǔ)一體化，虛實(shí)并存，實(shí)為主體，以虛補(bǔ)實(shí)，虛實(shí)雙促的特色。以創(chuàng)新能力培養(yǎng)和素質(zhì)教育為目標(biāo)，全面推動實(shí)驗(yàn)課程的全方位改革。

改進(jìn)后的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺以公修課面向臨床醫(yī)學(xué)、口腔醫(yī)學(xué)、麻醉學(xué)、預(yù)防醫(yī)學(xué)、檢驗(yàn)學(xué)、影像學(xué)和護(hù)理學(xué)等各專業(yè)本科生選修學(xué)習(xí)；并依托校園網(wǎng)，向全院的師生開放，學(xué)生和教師可以隨時(shí)隨地通過登錄校園網(wǎng)平臺進(jìn)行學(xué)習(xí)，方便學(xué)生自主支配學(xué)習(xí)時(shí)間。該平臺在教學(xué)中的應(yīng)用具有無可比擬的優(yōu)點(diǎn)：虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目齊全，它不僅減少了資金的投入，而且減少了對實(shí)驗(yàn)動物的需求，體現(xiàn)了人道主義精神。學(xué)生可反復(fù)通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，為較好地避免操作失誤、提高實(shí)驗(yàn)效率和減少不必要的實(shí)驗(yàn)損失提供一個(gè)良好的平臺，大大減少了實(shí)驗(yàn)動物的利用和資金的投入，解決了因?qū)W生人數(shù)增加而造成的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、場地和資金等不足問題。虛擬實(shí)驗(yàn)儀器項(xiàng)目解決了高端科研儀器相對不足的狀況，又滿足了學(xué)生學(xué)習(xí)的愿望，提高了學(xué)生的創(chuàng)新意識；為學(xué)生了解高端科研儀器的基本使用方法、未來應(yīng)用儀器及科研打下基礎(chǔ)；模擬人仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目將基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)有效結(jié)合，使學(xué)生能夠用基礎(chǔ)的理論知識解決臨床現(xiàn)象，為學(xué)生進(jìn)入臨床打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)；網(wǎng)絡(luò)視頻課堂內(nèi)容豐富，趣味性強(qiáng)，緊跟社會熱點(diǎn)和科研前沿，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性；改進(jìn)后的虛擬實(shí)驗(yàn)選修課方式，使學(xué)生可以通過討論、相互協(xié)作完成虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，培養(yǎng)了學(xué)生協(xié)作意識。

每學(xué)期末我們都會給學(xué)生發(fā)調(diào)查問卷，了解學(xué)生對機(jī)能虛擬平臺的使用效果，調(diào)查結(jié)果顯示，對該平臺設(shè)計(jì)的滿意率為100%，類似玩游戲的實(shí)驗(yàn)方式使學(xué)生感興趣的比例為100%；97.8%的學(xué)生認(rèn)為能提高手術(shù)操作技能，98.6%的學(xué)生認(rèn)為對避免實(shí)際操作中常犯的錯(cuò)誤有很大幫助，93%的學(xué)生認(rèn)為拓展了教學(xué)內(nèi)容并使之更為生動，92%的學(xué)生認(rèn)為提高了學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)能力。

在我們虛擬實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)實(shí)施的過程中也存在一些不足，比如，新開設(shè)的虛擬儀器和模擬人仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不是很豐富，沒能針對護(hù)理、檢驗(yàn)專業(yè)研發(fā)一些專業(yè)性強(qiáng)的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，未來，隨著中心的不斷發(fā)展，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺也會日益完善。

將現(xiàn)代化的教學(xué)手段服務(wù)于機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使機(jī)能的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不再是課堂理論的重復(fù)，而是學(xué)生主動學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的過程，是基礎(chǔ)理論和臨床技能整合的過程，是課內(nèi)外知識延伸和拓展的過程，我校機(jī)能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的建設(shè)和完善對于機(jī)能的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)有益的探索和嘗試。