醫學基礎化學仿真實驗教學探討

錢頻，陽明輝

(中南大學 化學化工學院，湖南 長沙 410078)

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醫學基礎化學仿真實驗教學探討

錢頻，陽明輝

(中南大學 化學化工學院，湖南 長沙 410078)

摘要：醫學基礎化學實驗對于培養醫學生創新意識和訓練科學方法而言，盡管傳統卻又極為有效。通過仿真實驗把實驗設備、實驗內容、實驗操作巧妙的結合在一起，既能提高學生的自主學習能力，又拓寬了學生的知識面，進一步加深對實驗原理、方法的理解，熟悉實驗操作技能，增加對醫學的興趣，從而培養醫學生的實驗素養。

關鍵詞：醫學基礎化學；仿真實驗；教學

醫學基礎化學實驗對于培養醫學生創新意識和訓練科學方法而言，是一個傳統的卻又極為有效的方式。教學主要通過學習基本化學實驗知識和練習基本實驗技能，初步培養學生的基本醫學素養和科學思維。如何提高醫學生實驗積極性，真正掌握基本操作，提高觀察、分析和解決問題的實際動手能力一直是醫學基礎化學實驗教學改革的目標[1]。醫學基礎化學仿真實驗的建立可以成為解決上述問題的一種很好的途徑，計算機模擬仿真解決傳統實驗室教學在時間和費用方面存在的問題。通過仿真實驗把實驗設備、實驗內容、實驗操作巧妙的結合在一起，既能提高學生的自主學習能力，又拓寬了學生的知識面，進一步加深對實驗原理、方法的理解，熟悉實驗操作技能，增加對醫學的興趣，從而培養醫學生的實驗素養[2]。

1建立醫學基礎化學仿真實驗的重要性

醫學基礎化學實驗一直是生物醫學類專業學生接觸到的第一門實驗課程。雖然課程開設歷史悠久，可受到教學學時數和實驗成本的限制，醫學基礎化學實驗目前只能側重于基本操作和基本技能的訓練，造成實驗項目和內容選擇上的不足，很多與生命科學緊密相關的特色實驗不能開設。例如，在臨床上，溶液的滲透壓對于糾正體內水，電解質和酸堿平衡失調起著十分重要的作用,溶液滲透壓的測定及紅細胞形態觀察的實驗就是專門針對醫學生開設的特色基礎醫學化學實驗。對于一年級的醫學生來說，紅細胞懸液配制操作有一定困難，紅細胞在不同滲透壓溶液中的形態變化觀察不清楚，與此同時若每人配一臺冰點滲透壓計的實驗成本比較高，并且在實際操作過程中不容易掌握其使用要領，實驗容易失敗，會降低學生實驗的積極性。然而，信息技術對教育發展具有革命性影響，仿真實驗就是計算機技術高速發展帶來的紅利，很多高校都建立了自己的重大儀器仿真實實驗室，但在基礎實驗仿真這一塊比較薄弱。仿真實驗的出現同樣也可以為這些特色醫學基礎實驗服務，可以彌補這種因實驗教學資源不足而帶來的學習上的損失。學生除了學習化學知識以外，還能初步接觸凸顯化醫學基礎化學實驗學與生命科學的聯系的相關實驗。

2醫學基礎化學仿真實驗的特點

2.1醫學基礎化學仿真實驗的移動開放性

普通高校實驗只能給特定人群提供固定的時間和地點。而如今我們任何人都可以通過網絡向其他任何人學習我們想要學習的幾乎任何東西。仿真實驗正是突破了傳統實驗模式，將有限的課堂轉變為沒有時空限制的移動開放學習。學生可隨時通過互聯網訪問仿真實驗室網站，登錄后即可在遠程計算機上選擇將要實驗的項目，并完成實驗的預習、文獻查閱、不限次數仿真操作實驗，最終完成實驗目標。這將最大限度地提高學生學習的主動性和積極性，最終提升自主學習能力，有效引導學生進行思考，將知識融會貫通，應用于實踐，提高教學質量。

2.2醫學基礎化學仿真實驗輔助實驗教學的高效性

在傳統實驗教學模式下，為了把實驗原理和實驗步驟和注意事項講述清楚，教師一般需講授的時間約占實驗課的1/4。在實驗室環境下，教師講解階段學生注意力很難完全集中，細節性操作步驟往往被忽視。這種灌輸式教學方式不利于學生創新性學習，學生做實驗時間減少，只重視結果，輕視過程，操作不規范。例如，在鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量實驗中，普通學生至少要經過2次實驗才能基本掌握分光光度計的使用方法，可受限于學時只能安排1次實驗，而且還是2人一組共同完成，實驗效果是大打折扣的。然而仿真實驗可以反復操作，無需任何試劑和實驗儀器，借助計算機學生能夠低成本高效率地學習該實驗的原理，熟悉儀器的結構。在仿真實驗中可反復練習操作，直到完全掌握之后再進行真實實驗，教師課堂講述時間縮短，有的設計性實驗甚至可以省略，這樣學生實驗時間相對增加，通過一次實驗就可以熟練掌握儀器的操作。這要求學生在課前要充分預習實驗，反復模擬實驗操作，在真實實驗中才能把更多的時間放到實驗問題研究上，仔細鉆研實驗，分析解決問題。

3醫學基礎化學仿真實驗的實踐

目前設計了兩個不同類型的實驗，一個為課外補充實驗即溶液滲透壓的測定實驗，另一個為課堂儀器操作實驗即鄰二氮菲分光光度法測鐵含量實驗。它們以全新的方式將學生、實驗儀器及實驗項目緊密聯系起來，使醫學化學實驗在實驗手段、實驗課時數和實驗項目上都得到了補充和拓展，對學生進行醫學基礎化學實驗起到積極的促進作用[3]。首先搭建計算機仿真的實驗教學設備平臺，并在此平臺上模擬冰點滲透壓計和分光光度計，然后結合學院的仿真教學平臺用于實現網絡實驗。和室內真實儀器操作一樣，學生可以親自操作仿真實驗設備，按照相關規范完成仿真實驗，仿真操作與動畫顯示的緊密結合，并加入文字注解說明，將操作步驟和相關注意事項同步顯示出來。計算機仿真虛擬實驗設備平臺建立了統一的試劑庫、標準操作庫，在這個仿真實驗設備平臺上實現一個實驗使用多臺仿真實驗設備，而每臺實驗設備也可以被多個不同的仿真實驗使用。通過仿真實驗平臺建設，將通過網絡數據庫記錄每位進行仿真實驗同學的實驗過程和結果，供實驗老師對學生進行打分。

例如，通過仿真溶液滲透壓的測定實驗，將難以觀察的過程直觀地展示出來，學生可以自由的模擬實驗，更好地了解并掌握冰點滲透壓計測量溶液滲透壓的方法，觀察紅細胞在等滲溶液、低滲溶液、高滲溶液中的形態變化。學生對這樣的仿真實驗表現出濃厚的興趣，積極主動地參與實驗[4]。

4結語

通過計算機仿真解決傳統實驗室教學在時間和費用方面存在的問題，仿真實驗成為聯系理論實驗和真實實驗的紐帶，使得一些難于真實開展的實驗不再是紙上談兵，一些難以掌握操作的實驗變得容易。利用網絡仿真實驗中的仿真儀器、強大的數據處理和圖像仿真等功能，可以讓學生身臨其境地體會實驗內容，使學生更快、更好地融會貫通，理解、鞏固和掌握醫學化學知識，激發學生對生命科學的興趣。既培養了學生分析、解決問題的能力和探索創新的科學精神，又拓寬了學生的知識面，增強了學生學習的積極性、創新性和主動性，為實驗教學以及理論教學提供了新思路。

參考文獻：

[1] 曹瑰華，席美云.化學設計實驗教學內容和方法的探索與實踐[J].高等理科教育,2005(6):27-29.

[2] 劉澤良.發揮虛擬實驗室建設對實驗教學的促進作用[J].實驗技術與管理,2011,28(7):193-197.

[3] 王偉,陳輝.虛擬現實在醫學教育中的運用[J].中國教育技術裝備,2009(4):98-99.

[4] 劉慧中,周金娥,李月琴,等.虛擬實驗在醫學化學實驗中的應用[J].實驗室科學,2013,16(1):98-100.

(責任校對游星雅)

中圖分類號：G642

文獻標志碼：A

文章編號：1674-5884(2016)02-0075-02

通訊作者：陽明輝(1980- ),女，湖南衡陽人，副教授，博士，主要從事高等教育、生物納米材料的制備并用于生物分析檢測等研究。

基金項目：中南大學實驗室建設與管理研究項目(160260003)

收稿日期：20151008

doi:10.13582/j.cnki.1674-5884.2016.02.024