馬焜，靖雪妍，李百祥

（哈爾濱醫(yī)科大學公共衛(wèi)生學院，黑龍江 哈爾濱 150081）

隨著“一帶一路”建設的不斷深入，我國目前同許多國家、地區(qū)及國外機構間的教育合作程度日漸加深，來華留學生的數量也在不斷增加[1]。留學生教育已成為我國教育體系中極為重要的一部分。然而，隨著2019 年底新冠肺炎疫情的發(fā)生，使許多留學生滯留在國外，無法按時返校學習。為響應教育部“停課不停教，停課不停學”的號召，本校積極開展線上教學活動。但在此種情況下，留學生很難進入緊張的學習狀態(tài)，同時，教師在線上教學中對課堂監(jiān)控相對較弱，留學生學習效率不高，教學效果得不到保證。在這種情況下，如何保證留學生教學質量，推動我國留學生教育工作持續(xù)健康發(fā)展，就變得尤為重要。本文以毒理學課程為例，通過研究以往理論教學與實驗教學的不足，引入虛擬仿真實驗系統(tǒng)，給留學生提供創(chuàng)新的教學思想和實踐方法，以充分調動其積極性與創(chuàng)造力。

1 傳統(tǒng)醫(yī)學留學生毒理學理論教學及實驗教學的不足

1.1 留學生學習積極性不高

毒理學屬于預防醫(yī)學的專業(yè)基礎學科，具有較強的實驗性和理論性，涉及遺傳學、分子生物學、生物化學以及衛(wèi)生管理學等，是聯系基礎研究和臨床醫(yī)學的重要學科[2]。毒理學研究環(huán)境因素（化學、物理和生物因素）對機體的損害作用及其主要機制，并對其進行風險評估與控制，主要目的是預測外源化學物對人類健康與自然環(huán)境的影響，為確定接觸者的安全限值、制訂預防措施提供充分的科學依據。分子生物學和信息技術研究的深入促進了毒理學的發(fā)展，目前毒理學已成為促進人群健康、環(huán)境安全、職業(yè)健康、食品安全、醫(yī)藥安全，預防、控制和消除威脅人類生存環(huán)境危險因素的重要支撐學科?，F階段，醫(yī)學留學生毒理學理論教學仍然采用傳統(tǒng)的灌輸式教學方式，即“教師不斷講，學生不停記”，留學生被動機械地接受教師講授的課程知識點，這種“填鴨式”教學導致留學生缺乏學習熱情，不能積極主動地參與課堂教學活動。同時，一些毒理學的機制研究往往需要留學生根據教師的講解、相關圖片或視頻進行學習和理解，對留學生的學習能力和邏輯思維能力要求較高[3]。而毒理學的專業(yè)術語和操作規(guī)范內容繁雜、知識點多、專業(yè)性很強，在授課過程中一旦留學生出現注意力不集中的情況，后續(xù)的內容就會很難跟上，理解難度較大，教學效果也會大打折扣。

1.2 留學生實驗操作不易掌握

毒理學主要包括動物實驗、體外細胞實驗、管理毒理學以及人體器官毒理學等內容，重點闡述了靶器官的毒性反應、劑量影響、毒性-劑量與暴露的相互作用，以及毒性反應的可逆性等，具有很強的實踐性和應用性。目前，留學生毒理學實驗主要包括小鼠急性染毒實驗、小鼠微核實驗、Ames 菌株鑒定實驗、小鼠染色體畸變分析以及大鼠致畸實驗等。毒物毒性檢測和實驗動物模型設計是毒理學實驗教學的關鍵環(huán)節(jié)，大部分的實驗內容需要使用實驗動物來完成，導致實驗成本高、實驗時間長、實驗風險大等。（1）實驗成本高：留學生需要使用大量的實驗動物來完成毒理學實驗，但由于受實驗教師數量、實驗動物經費、時間安排、儀器數量、耗材經費以及生物安全條件等各種因素的約束，目前還無法滿足所有留學生的實驗需求。（2）實驗時間長：由于毒理學實驗中所用的動物數量多、操作難度大、費時久，導致留學生很難在一次實驗中成功完成，需多次重復實驗，因此耗時較長。（3）實驗風險大：以化學毒物作為受試物，會對教師和留學生的身體健康造成一定傷害，而且多數實驗以動物活體為實驗對象，留學生操作不當易導致動物意外受傷或死亡造成實驗失敗，違反實驗動物的“3R 原則”。

1.3 理論與實驗難以結合

毒理學研究主要探究毒物的毒性作用機理、毒性評價、毒性代謝等內容，為環(huán)境治理提供科學依據。通常以哺乳動物或體外細胞作為實驗模型，通過觀察外源化學物對其生理病理的改變，以此預測和評估外源化學物對人體產生的危害，從而為保護生物體的健康和安全提供科學依據。因此，使留學生具備良好的毒理學知識和能力，既有助于其對專業(yè)課程的認知和掌握，又能為未來參與疾病預防、健康監(jiān)測等工作打下基礎。毒理學實驗課在毒理學課程中具有十分重要的地位，不僅能加深留學生對理論內容的理解和掌握，還能培養(yǎng)其實驗操作技能和科研思維。然而，毒理學研究內容廣泛，涉及較多的學科領域，加之其理論性較強，留學生不易理解、掌握。在毒理學實驗課上，教師常常采用實驗指導與示教相結合的方式，留學生按照步驟進行實驗操作，缺乏動腦思考和學習的熱情，創(chuàng)新能力與設計能力也未得到充分訓練。同時，教師在進行實驗示教時，外圍留學生常因距離較遠而無法看清楚實際的操作步驟，因此學習效果不理想。此外，在實驗教學中，實驗教師不熟悉留學生的具體能力，導致課后評估不準確，無法開展針對性和個性化的教學，進而影響教學效果，留學生難以將理論知識靈活應用到實驗中，無法對實驗數據和結果做出合理有效的分析[4]。

2 虛擬仿真實驗系統(tǒng)在醫(yī)學留學生毒理學教學中的應用

2.1 問題引導與操作提示

引入虛擬仿真實驗系統(tǒng)，留學生可自主選擇中英文互譯模式，隨后系統(tǒng)會隨機向留學生提出問題，要求其初步了解實驗動物基本生理特征和自然屬性，并掌握涉及毒理學實驗的理論知識。只有在留學生正確回答相關問題后，才能進行下一步的實驗。同時，在操作過程中，系統(tǒng)會根據實驗進展情況隨機提出問題，可以讓留學生更好地將理論與實踐結合起來。在實驗標本觀察環(huán)節(jié)，留學生與教師可進行高頻次交流，通過互動提問與答題加深對實驗標本的理解。留學生還可以利用虛擬仿真實驗系統(tǒng)進行實驗操作訓練，系統(tǒng)可以針對留學生的不當操作給出錯誤原因提示，并顯示正確的實驗步驟。在實驗完成后，系統(tǒng)會對留學生的實驗操作進行自動評價。通過上述人機交互模式，留學生可以在掌握理論知識的同時提升實驗技能。

2.2 規(guī)范實驗與自主設計

在練習環(huán)節(jié)中，留學生可以根據自己的興趣選擇規(guī)范練習模式或自主設計實驗模式。規(guī)范練習模式可幫助留學生針對性地練習實驗技能，而自主設計實驗模式則可為留學生提供高自由度的實驗設計空間，增強了實驗教學的設計性和創(chuàng)新性。此外，系統(tǒng)還提供了標準題庫，用于考核留學生對實驗的掌握情況。系統(tǒng)從題庫中隨機抽取一定數量的問題供留學生回答，并自動評價答案正確性。在此基礎上，系統(tǒng)構建了全程實驗操作歷史記錄的數據庫，方便師生全程追溯，以掌握留學生的實驗水平，也方便其及時糾錯。同時，教師可在系統(tǒng)后臺監(jiān)測留學生的實驗操作，因材施教。教師也可利用系統(tǒng)平臺與留學生交流問題和答疑解惑，并指導留學生的實驗操作。

2.3 實驗記錄與點評反思

實驗完成后，留學生可根據系統(tǒng)自動生成的實驗操作報告了解自己的實驗操作過程，根據報告及時糾正自己的錯誤操作，從而提高實驗水平，并針對個人實驗操作的實際情況做出客觀評價。在此基礎上，留學生可根據自身實驗興趣和需要，嘗試進行多次重復性虛擬仿真實驗，以提升實驗能力。這種“反思式評價”有助于留學生及時認識到自身不足，同時也有助于教師對留學生的實驗操作進行點評，并快速掌握班級整體學習情況，了解留學生的教學內容掌握程度，發(fā)現班級整體的優(yōu)勢和不足，聚焦教學薄弱環(huán)節(jié)，提出具有針對性的教學改革建議[5]。

3 虛擬仿真實驗系統(tǒng)在醫(yī)學留學生毒理學教學中應用的優(yōu)勢

3.1 激發(fā)留學生學習興趣

在醫(yī)學留學生毒理學課程中應用虛擬仿真實驗系統(tǒng)，在虛擬環(huán)境中，留學生可以直接進行實驗標本制備、觀察以及結果判定。在虛擬環(huán)境中，留學生可以針對虛擬小鼠、大鼠和菌株進行操作，既能深化對已有理論知識的理解，又能增強實驗操作能力。這種立體式、交互式、在線式的教學模式不僅能加深留學生對實驗動物的興趣和關愛，還能提供給其進行遷移式學習的機會。同時，虛擬仿真實驗系統(tǒng)符合現代醫(yī)學倡導的“3R”原則，要求留學生科學人道地開展動物實驗、尊重生命、善待實驗動物，用實際行動愛護實驗動物。

3.2 提升留學生學習能力

虛擬仿真實驗系統(tǒng)解決了毒理學實驗教學中真實動物實驗不可回溯的問題。留學生可通過虛擬仿真實驗系統(tǒng)對虛擬動物進行反復練習操作，將理論知識轉化為實踐動手能力，充分實現理論和實踐的結合，并培養(yǎng)發(fā)現問題、分析問題和解決問題的能力。虛擬仿真實驗系統(tǒng)不僅促進了留學生對實驗相關理論知識的高效掌握，還幫助其養(yǎng)成良好的總結與反思習慣，引導留學生將理論與實際相結合。在實驗過程中，留學生的學習能力不斷得到提升。

3.3 提高留學生學習效率

由于傳統(tǒng)的醫(yī)學動物實驗周期長、實驗動物數量多，所以在絕大多數情況下，留學生無法參與整個實驗的操作過程。在留學生毒理學教學中應用虛擬仿真實驗系統(tǒng)可為其提供持續(xù)在線的“永恒式虛擬實驗課堂”，可使其學習不受空間和時間限制，隨時隨地進行學習，大幅度壓縮實驗時長。另外，系統(tǒng)的自動評價功能也為留學生提供了實驗反饋的有效渠道，能幫助其及時發(fā)現和解決問題，大幅度提高了學習效率。

3.4 提升教學效率

在留學生毒理學教學中應用虛擬仿真實驗系統(tǒng)，相當于創(chuàng)建了一個較真實的實驗環(huán)境，避免了現實中留學生無法處理大量的實驗動物的問題，解決了實驗教學無法重復、回溯和加快實驗進程的難題。留學生可以在虛擬環(huán)境中對虛擬的實驗動物、試劑和器材進行反復的實驗操作，結合提示信息幫助留學生復習回顧線下理論課程所學知識，并將其靈活應用于虛擬仿真實驗系統(tǒng)實驗操作。這些交互式手段也激發(fā)了留學生對毒理學實驗的學習興趣和積極性，大幅度提高了教學質量。同時，虛擬仿真實驗系統(tǒng)的應用也極大地減少了實驗室教師的準備工作，縮短了實驗周期。

3.5 降低教學成本

在留學生毒理學教學中使用虛擬仿真實驗系統(tǒng)，留學生在電腦前即可完成煩冗復雜的實驗過程，節(jié)省了實驗動物飼養(yǎng)、運輸和繁殖的成本，同時也減少了標本制備過程中各種實驗儀器和試劑的使用，降低了實驗教學成本。另外，還縮短了實驗教師的實驗準備時間，同時也減少了師生接觸各種有毒有害試劑的機會，保護了師生的健康。

3.6 共享教學資源

醫(yī)學留學生毒理學教學中應用虛擬仿真實驗系統(tǒng)實現了資源共享，各大高?？色@取權限并通過互聯網訪問該系統(tǒng)。目前，該系統(tǒng)已經初步實現校內局域網絡化，其他專業(yè)的學生也能夠訪問該系統(tǒng)，實現教學資源共享。未來，其他兄弟院校的相關專業(yè)也可以共享本虛擬仿真實驗系統(tǒng)的實驗教學項目。

3.7 提高人才培養(yǎng)質量

醫(yī)學留學生毒理學課程虛擬仿真實驗系統(tǒng)的應用使其實驗教學不受空間和時間限制。系統(tǒng)提供了提示、評價和記錄等功能，能夠幫助留學生改進實驗操作，提升實驗技能，從而提高留學生預防醫(yī)學實驗的科學化和專業(yè)化水平。自應用虛擬仿真實驗系統(tǒng)以來，留學生的毒理學知識和實驗操作技能水平不斷提高，在工作中表現得更加得心應手，受到用人單位的好評，大大提高了本校人才培養(yǎng)質量。

4 討論

4.1 虛擬仿真實驗系統(tǒng)能優(yōu)化教學資源配置、完善考核評價方式

虛擬仿真實驗系統(tǒng)可幫助教師優(yōu)化教學資源配置[6]。毒理學虛擬仿真實驗系統(tǒng)為留學生提供了泛在化的網絡虛擬實驗室和24 小時在線的“空中課堂”，使留學生能夠在自動化、智能化的虛擬仿真實驗教學平臺上實現人機交互，突破了時間和空間上的客觀壁壘。以留學生為主體，沉浸式的互動能激發(fā)其自主學習興趣，培養(yǎng)和鍛煉創(chuàng)新思維和實踐操作能力，并真正做到學以致用。同時，通過“去監(jiān)控、強指導、重自主”的人機互動交流，促進了留學生醫(yī)學理論與實踐技能的結合，使其學習積極性與主動性大大提升。虛擬仿真實驗系統(tǒng)應用虛擬動物替代真實的實驗動物，節(jié)約了人力成本、實驗教學成本和社會資源。另外，相較于傳統(tǒng)毒理學實驗教學，虛擬仿真實驗系統(tǒng)還可以有效克服和解決傳統(tǒng)實驗教學缺乏統(tǒng)一、客觀、全面、系統(tǒng)的評價考核過程這一弊端。基于虛擬仿真實驗系統(tǒng)的教學反饋路徑和改進策略，可形成完整的“設計-實施-反饋-評價-改進”教學閉環(huán)，使考核方式更加客觀、嚴謹，提高整體教學水平和教學質量。通過對留學生進行問卷調查、訪談等方式，分析留學生的實驗學習情況、掌握情況以及應用虛擬仿真實驗系統(tǒng)的利弊因素等，初步構建毒理學虛擬仿真實驗教學模式。

4.2 虛擬仿真實驗系統(tǒng)能彌補傳統(tǒng)實驗教學的不足

虛擬仿真實驗系統(tǒng)可以減輕留學生理解實驗專業(yè)術語的壓力，保證課堂上下師生可以進行有效的溝通。同時，它也彌補了傳統(tǒng)毒理學實驗在時間、空間、儀器設備等客觀因素方面有所限制的不足，改善了課程枯燥和抽象的現狀。采用問題式、自主式、反思式的實驗教學方法，以留學生為主體，采用課堂直播+在線互動、直播、錄播+在線交流、錄播、自主學習+在線交流、自主學習、PPT+在線討論、課程答疑、錄制講解視頻+直播等新型的教學方式，激發(fā)了留學生主動學習的積極性，鍛煉了創(chuàng)新性思維。在留學生毒理學課程中應用虛擬仿真實驗系統(tǒng)，從最初的實驗前準備到實際上機模擬仿真實驗操作，應用中英文詞匯互譯，減輕了留學生語言理解的壓力，還可以讓其“真實”參與每一個毒理學實驗操作，實現“虛實互補、教研相長、開放共享”的目的。此外，不僅可按照留學生的實際需求開展更多的毒理學實驗教學內容，創(chuàng)設具有臨場感、沉浸感和交互性的實踐教學情境，還能與其他的醫(yī)療教育科學相融合，做到教學服務科學，以科學研究支撐教育。虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)可推動留學生將理論知識應用于實踐，教師能根據系統(tǒng)后臺提供的數據，建立留學生實驗教學評價體系，對其學習情況形成客觀反饋，制訂客觀統(tǒng)一的實驗考核標準，消除主觀因素的影響。這樣有助于快速掌握留學生實驗內容的學習情況，明確其學習特點和效果。虛擬仿真實驗系統(tǒng)是對傳統(tǒng)實驗教學模式的重要補充，能有效提升教學質量，培養(yǎng)和強化留學生的創(chuàng)新能力和實踐技能，提高綜合素質，具有重要的實踐應用價值。

4.3 虛擬仿真實驗系統(tǒng)能提升留學生創(chuàng)新實踐能力

在傳統(tǒng)留學生毒理學課程教學中，師徒帶教式的教學模式往往受教師知識儲備的影響，留學生僅能依據教師提供的圖片、視頻、案例與既往經驗進行學習，難以獲取系統(tǒng)、全面的毒理學知識與實驗技能。虛擬仿真實驗系統(tǒng)參照國內外先進的醫(yī)學實驗課程教學體系，結合虛擬環(huán)境、實驗動物、實驗儀器及數據庫等技術，達到“虛實結合”的現場效果，為留學生呈現醫(yī)學實驗中真實的環(huán)境，增強教學活動的沉浸性和交互性，保證輸出知識的系統(tǒng)性和全面性[7]，并建立了客觀、統(tǒng)一的實驗考核標準，在掌握每個留學生學習進度和學習質量的基礎上，按照特定的群體劃分，以班級為單位，掌握群體學習特點，盡早發(fā)現班級群體存在的學習薄弱環(huán)節(jié)，為留學生毒理學實驗教學提供了科學合理的改進建議。虛擬仿真實驗系統(tǒng)能夠充分調動留學生的視覺、聽覺，甚至肢體運動等多項感官系統(tǒng)，通過人機交互式教學模式，將被動接受轉變?yōu)橹鲃犹剿鳎浞旨ぐl(fā)了留學生的學習興趣和主觀能動性，培養(yǎng)了其實驗設計和創(chuàng)新能力[8]。虛擬仿真實驗系統(tǒng)給留學生提供了更多的自主學習機會，隨著這種教學模式的全面推廣，將培養(yǎng)出兼具創(chuàng)新和實用的醫(yī)學人才。虛擬仿真實驗系統(tǒng)為毒理學實驗教學提供了全新的操作平臺，不僅突破了傳統(tǒng)實驗教學的局限性，而且能夠避免大量使用消耗類或易損類實驗材料，節(jié)約實驗成本，提升留學生的實踐動手能力。

5 結語

目前，國家級醫(yī)學虛擬仿真實驗教學網絡平臺雖然也得到了廣泛發(fā)展，但是大多應用于臨床診斷和預后判斷各種疾病。國內醫(yī)學虛擬仿真實驗系統(tǒng)的應用還處于起步階段，針對留學生的虛擬仿真實驗系統(tǒng)更是屈指可數。因此，對留學生虛擬仿真實驗系統(tǒng)的開發(fā)及其虛擬仿真實驗教學模式的研究顯得十分迫切。虛擬仿真實驗系統(tǒng)在留學生課程教學中應用推動了留學生教育教學方法的改革和創(chuàng)新，轉變了教師的教學理念。在留學生毒理學教學中應用虛擬仿真實驗系統(tǒng)，一方面能提升教學效果，另一方面符合我國培養(yǎng)實用性和創(chuàng)造性醫(yī)學領域尖端人才的需求，實現了我國醫(yī)學留學生教學領域的革命性改變，提高了留學生對我國醫(yī)學教育的認同度，激發(fā)了其對醫(yī)學專業(yè)知識的學習興趣，推動了醫(yī)學專業(yè)課程教學模式改革。