馮雪梅， 倪雯雯， 王艷霞， 郁 松

（上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，上海 200025）

0 引言

醫(yī)學(xué)功能學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門(mén)將生理學(xué)、病理生理學(xué)和藥理學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究與方法融合在一起、主要以動(dòng)物為實(shí)驗(yàn)對(duì)象的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，是連接基礎(chǔ)與臨床的橋梁學(xué)科，強(qiáng)調(diào)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的手段去發(fā)現(xiàn)、觀察、分析和解決問(wèn)題，旨在培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的實(shí)踐能力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和創(chuàng)新意識(shí)［1］。目前，該課程是臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生重要的必修課之一，開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等10～14個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)。自2010年以來(lái)，為解決教學(xué)環(huán)節(jié)不足、實(shí)驗(yàn)資源不均衡等問(wèn)題，我校陸續(xù)開(kāi)發(fā)了一系列虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，逐步建設(shè)了可在線開(kāi)放的功能學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。一直以來(lái)，虛擬實(shí)驗(yàn)作為醫(yī)學(xué)功能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的補(bǔ)充內(nèi)容，供臨床醫(yī)學(xué)、口腔醫(yī)學(xué)、預(yù)防醫(yī)學(xué)等專業(yè)的學(xué)生使用，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，在拓展和強(qiáng)化學(xué)生專業(yè)知識(shí)與能力方面發(fā)揮了重要的作用［2-4］。由于新冠肺炎疫情爆發(fā)、蔓延以及反復(fù)，一直作為輔助教學(xué)資源的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)一度被推上功能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主導(dǎo)位置。為保證教學(xué)質(zhì)量，有必要探討虛擬實(shí)驗(yàn)作為主要教學(xué)資源的實(shí)施方案及可行性，為疫情“常態(tài)化”條件下實(shí)踐教學(xué)工作做出應(yīng)急預(yù)案提供參考。

1 合理利用虛擬實(shí)驗(yàn)的思考與設(shè)想

由于醫(yī)學(xué)功能學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，其性質(zhì)從根本上不同于理論課。理論課在線學(xué)習(xí)經(jīng)常能達(dá)到與面授教學(xué)相同甚至更優(yōu)的教學(xué)效果［5-6］，而實(shí)踐教學(xué)往往是百看不如一做，虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)不管怎樣逼真、身臨其境，但永遠(yuǎn)不能等同于實(shí)踐操作。同時(shí)，醫(yī)學(xué)功能學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門(mén)綜合性非常強(qiáng)的學(xué)科，其內(nèi)容涉及藥理學(xué)、生理學(xué)、病理學(xué)等多門(mén)學(xué)科的相關(guān)知識(shí)［1，7］，實(shí)驗(yàn)信息復(fù)雜、抽象，經(jīng)常需要結(jié)合臨床病理、生化、解剖等多學(xué)科的理論來(lái)理解復(fù)雜的機(jī)制原理，學(xué)生必須仔細(xì)深入地研究學(xué)習(xí)，才能透徹地掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。而虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)不同于網(wǎng)絡(luò)游戲，其趣味性尚不足以吸引學(xué)生靜下心來(lái)主動(dòng)深入地研究。在沒(méi)有外部動(dòng)力條件下，學(xué)生在進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)時(shí)，其目的通常只是為回答思考題獲得相應(yīng)的分?jǐn)?shù)，而由于虛擬實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)操作性以及考核問(wèn)題的固定性，后臺(tái)顯示的測(cè)試結(jié)果往往是千篇一律的滿分，并不能代表學(xué)生的真正學(xué)習(xí)效果，這種被動(dòng)式學(xué)習(xí)形成的認(rèn)知可能仍然處于理論學(xué)習(xí)的水平。思維導(dǎo)圖法是一種表達(dá)放射性思考的圖形思維工具，其優(yōu)勢(shì)在于可以把復(fù)雜、枯燥的知識(shí)信息轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)、規(guī)律的框架圖，特別適合知識(shí)點(diǎn)繁雜的醫(yī)學(xué)類學(xué)科學(xué)習(xí)［8-10］。將思維導(dǎo)圖用于功能學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，充分發(fā)揮教師在教學(xué)中的導(dǎo)學(xué)作用，調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理念、手段和方法適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展的變化，勢(shì)必全面提升線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

2 醫(yī)學(xué)功能學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 多平臺(tái)共用，促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

功能學(xué)實(shí)驗(yàn)從內(nèi)容難易角度可分為基本操作和綜合性實(shí)驗(yàn)兩部分，基本操作包括對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物如大、小鼠、家兔及蟾蜍的捉拿、麻醉、手術(shù)等，是學(xué)生需要掌握的基本技能，這類實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)占比較小，在教學(xué)中通常融入具體綜合性實(shí)驗(yàn)當(dāng)中。疫情期間，結(jié)合每次綜合性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，設(shè)置相對(duì)應(yīng)的基本操作實(shí)驗(yàn)，包括高清微視頻和虛擬操作兩種學(xué)習(xí)方式。微視頻通過(guò)自制“匯實(shí)驗(yàn)”手機(jī)端學(xué)習(xí)平臺(tái)掃碼觀看，其中的內(nèi)容短小精悍，非常直觀（見(jiàn)圖1）。虛擬操作通過(guò)醫(yī)學(xué)MOEC（大規(guī)模在線實(shí)驗(yàn)課程）平臺(tái)進(jìn)行［11］。這樣，學(xué)生同時(shí)通過(guò)感官認(rèn)知和虛擬操作演練，可以很好地掌握基本操作的技術(shù)要領(lǐng)。綜合性虛擬實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)比線下實(shí)驗(yàn)課中的內(nèi)容豐富得多，除了包括正常生理-病理生理-藥物干預(yù)的主體實(shí)驗(yàn)過(guò)程，還涉及大量與科研、臨床相關(guān)的拓展內(nèi)容。要求學(xué)生運(yùn)用多種知識(shí)和技能分析研究某個(gè)較復(fù)雜問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生科研思維，學(xué)會(huì)由點(diǎn)及面，舉一反三，通過(guò)一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)，掌握一類實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與思維，同時(shí)延伸相關(guān)基礎(chǔ)、科研及臨床知識(shí)，這不僅需要跨章節(jié)，還需要跨學(xué)科知識(shí)點(diǎn)的結(jié)合應(yīng)用。合理使用虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源可以起到良好的綜合訓(xùn)練作用。

圖1 自制“匯實(shí)驗(yàn)”手機(jī)端學(xué)習(xí)平臺(tái)

2.2 強(qiáng)化任務(wù)驅(qū)動(dòng)，變被動(dòng)為主動(dòng)

在疫情期間，沒(méi)有教師面對(duì)面地指導(dǎo)和監(jiān)督，單純依靠學(xué)生自己的自覺(jué)性和主動(dòng)性，教學(xué)效果必然會(huì)大打折扣，因此需要因勢(shì)利導(dǎo)，采用有效手段調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。虛擬實(shí)驗(yàn)中內(nèi)置考核任務(wù)顯然不能起到良好的鞭策和約束作用，需要教師強(qiáng)化任務(wù)和目標(biāo)驅(qū)動(dòng)，尤其在知識(shí)信息較為復(fù)雜的綜合實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中，教師提出問(wèn)題，布置核心任務(wù)，要求學(xué)生以繪制思維導(dǎo)圖的方式完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，可有效促使學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，并在廣度和深度上對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)和反思。

2.3 自主學(xué)習(xí)，“孤立”有援

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是分組進(jìn)行的，強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作、分工及協(xié)調(diào)。顯然，疫情條件下，學(xué)生各自待在家里，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，形成一種“孤立”自主的學(xué)習(xí)狀態(tài)。為了改善這種狀態(tài)，使用超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)，依托微信群建立交流討論和在線答疑通道，供學(xué)生在自主操作過(guò)程中遇到問(wèn)題時(shí)及時(shí)溝通互動(dòng)，起到活躍課堂氣氛的作用，使學(xué)生自主學(xué)習(xí)，“孤立”有援。同時(shí)，教學(xué)任務(wù)的發(fā)布、學(xué)生簽到、作業(yè)提交及批改都通過(guò)超星平臺(tái)完成［12］，這樣可以同時(shí)對(duì)教與學(xué)進(jìn)行有效地監(jiān)督。教學(xué)實(shí)施流程見(jiàn)圖2。

圖2 虛擬實(shí)驗(yàn)線上教學(xué)示意圖

3 基于思維導(dǎo)圖的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐-以抗老年癡呆（AD）藥藥效學(xué)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)為例

3.1 抗AD藥藥效學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)及其模塊構(gòu)成

抗AD藥藥效學(xué)評(píng)價(jià)虛擬仿真系統(tǒng)基于“能實(shí)不虛、虛實(shí)結(jié)合”的原則，以經(jīng)典水迷宮實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)、以真實(shí)科研項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為支撐，依托3D仿真、多媒體和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，將實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景、實(shí)驗(yàn)設(shè)備真實(shí)呈現(xiàn)，涵蓋視域化實(shí)驗(yàn)原理、菜單式實(shí)驗(yàn)操作、隨機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、前沿知識(shí)拓展四大模塊。其中實(shí)驗(yàn)操作包括實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備、適應(yīng)性訓(xùn)練、實(shí)驗(yàn)造模、分組用藥、定位航行實(shí)驗(yàn)、空間探索實(shí)驗(yàn)等階段［13］，是一個(gè)頗具代表性的行為藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)圖3）。

圖3 抗AD藥藥效學(xué)評(píng)價(jià)虛擬實(shí)驗(yàn)示意圖

3.2 教學(xué)實(shí)施

教師在上課前通過(guò)超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)或微信群發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，提出關(guān)鍵問(wèn)題，要求學(xué)生在進(jìn)行虛擬操作時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行梳理總結(jié)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論，將問(wèn)題的回答和關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)融入思維導(dǎo)圖，形成思維導(dǎo)圖式的電子實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)生閱讀學(xué)習(xí)要求與任務(wù)后，使用自己的賬號(hào)、密碼登錄醫(yī)學(xué)MOOE平臺(tái)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)操作。結(jié)合實(shí)驗(yàn)需要，同時(shí)使用手機(jī)端掃碼登錄“匯實(shí)驗(yàn)”學(xué)習(xí)平臺(tái)觀看微視頻、微課。實(shí)驗(yàn)期間，師生通過(guò)超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)、微信平臺(tái)、郵件等多種途徑進(jìn)行討論和答疑交流。圖4所示為學(xué)生針對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)“抗AD藥藥效學(xué)評(píng)價(jià)”制作的思維導(dǎo)圖。

圖4 虛擬實(shí)驗(yàn)“抗AD藥藥效學(xué)評(píng)價(jià)”的思維導(dǎo)圖示例

4 基于思維導(dǎo)圖的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果討論

4.1 思維導(dǎo)圖有效提升學(xué)生的核心學(xué)習(xí)能力

醫(yī)學(xué)類虛擬實(shí)驗(yàn)的知識(shí)素材豐富，知識(shí)信息量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)實(shí)際課堂能操作的內(nèi)容［14-16］。為了使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容清晰，虛擬實(shí)驗(yàn)大多以導(dǎo)航式操作模式學(xué)習(xí)，學(xué)生按照操作提示按部就班完成實(shí)驗(yàn)，如果沒(méi)有特殊任務(wù)，學(xué)生可能不會(huì)全盤(pán)回顧整個(gè)實(shí)驗(yàn)知識(shí)體系，學(xué)到的內(nèi)容也不夠扎實(shí)。通過(guò)思維導(dǎo)圖任務(wù)導(dǎo)向，學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)具體化明確化，可以在突出重點(diǎn)的同時(shí)建立完整的知識(shí)體系。課程結(jié)束后對(duì)參與實(shí)驗(yàn)的同學(xué)進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查［17］，結(jié)果表明，超過(guò)80%的學(xué)生認(rèn)為使用思維導(dǎo)圖學(xué)習(xí)效率更高，能更加有效地掌握課程知識(shí)。同學(xué)們認(rèn)為這種教學(xué)模式能夠調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，提高自己的注意力、思維力、理解力、語(yǔ)言組織能力等核心學(xué)習(xí)能力，并且非常愿意使用這種方法學(xué)習(xí)其他學(xué)科的線上虛擬實(shí)驗(yàn)，圖5所示為學(xué)生對(duì)思維導(dǎo)圖訓(xùn)練后的效果評(píng)價(jià)。

圖5 學(xué)生自我評(píng)價(jià)

4.2 思維導(dǎo)圖是虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的有效策略

教師在課前預(yù)先給學(xué)生拋出一些實(shí)際操作中遇到的“懸疑”問(wèn)題，請(qǐng)學(xué)生圍繞問(wèn)題以思維導(dǎo)圖的方式，高度濃縮概括實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，即把“厚書(shū)讀薄”，要求精簡(jiǎn)但不失要點(diǎn)，并將問(wèn)題的解決與回答融入思維導(dǎo)圖中。這樣，學(xué)生在進(jìn)行虛擬操作時(shí)，目的不再是單純地瀏覽并尋找固定問(wèn)題的答案，而是邊操作邊思考，積極捕捉知識(shí)信息，考慮如何重構(gòu)這些知識(shí)要點(diǎn)，以形成精簡(jiǎn)而又涵蓋重點(diǎn)的思維導(dǎo)圖。這個(gè)過(guò)程，是對(duì)知識(shí)的處理和轉(zhuǎn)換過(guò)程，使原有的機(jī)械式操作“活”了起來(lái)。這種將思維導(dǎo)圖作為載體、任務(wù)導(dǎo)向式的教學(xué)方法迫使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行主動(dòng)梳理與重構(gòu)，必將充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性與探索精神，提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的掌握程度，為日后的實(shí)踐研究奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

思維導(dǎo)圖教學(xué)法既可以讓學(xué)生在枯燥的虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過(guò)程中有的放矢，又能夠幫助學(xué)生理清復(fù)雜的知識(shí)體系，更能體現(xiàn)學(xué)生對(duì)復(fù)雜知識(shí)體系理解掌握的深度與廣度，學(xué)生無(wú)論是知識(shí)習(xí)得還是能力提升都能取得較好的學(xué)習(xí)效果。因此，在學(xué)生全面回歸實(shí)驗(yàn)室、虛擬實(shí)驗(yàn)作為輔助學(xué)習(xí)工具的條件下，思維導(dǎo)圖結(jié)合問(wèn)題式學(xué)習(xí)方法仍可以作為一種有效的教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生充分利用虛擬實(shí)驗(yàn)資源，拓展知識(shí)面。該教學(xué)方法值得在臨床專業(yè)以及實(shí)驗(yàn)課時(shí)較少的口腔醫(yī)學(xué)、護(hù)理學(xué)等小專業(yè)中推廣使用。