虛擬實驗在《流行病學》實驗教學中的應用

劉文宣++楊磊++李濤++楊潔++李曼++劉英麗++劉建波

摘要：目的：探討虛擬實驗教學模式對《流行病學》實驗教學效果的影響。方法：將預防醫學本科生隨機分為實驗組和對照組，分別采取虛擬實驗和傳統實驗教學模式開展流行病學實驗課，通過調查問卷分析比較不同教學方式的教學效果。結果：虛擬實驗教學的教學效果優于傳統教學模式。結論：虛擬實驗教學優勢明顯，教師應根據實驗內容，科學合理地運用虛擬實驗和傳統實驗，以提高實驗教學效果。

關鍵詞：虛擬實驗實驗；傳統實驗實驗；流行病學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）16-0266-03

《流行病學》是預防醫學的主干課程之一，是一門實踐性很強的學科，實驗教學是其重要的組成部分。但國內現有的《流行病學》實驗教學體系存在許多問題，如實驗教學內容主要為驗證性實驗，實驗教學方式基本還是以傳統實驗教學為主等，這使得學生在知識面的拓展和實踐運用等方面不能受益，故高校現有的實驗室資源遠遠無法滿足預防醫學專業學生的需求，無法達到國家提出的“培養實用性預防醫學人才”的要求[1]。虛擬實驗是將網絡技術、軟件技術、虛擬現實技術以及傳統實驗相結合的虛擬實驗軟件，它突破傳統實驗的時空限制，學生可以隨時隨地通過網絡進入實驗環境，選擇所需的實驗項目。在虛擬實驗中，抽象的概念、原理、過程被形象、生動而又真實地表現出來，學生不僅能夠感受的“真實的”實習環境，有濃厚的興趣參與其中；而且學生還可自主設計實驗，培養自己的設計能力、分析能力以及創新意識[2]。現場調查是流行病學工作實踐的起始和基礎，對于預防醫學專業的學生，掌握現場調查的方法，闡明疾病在不同人群、不同時間及不同地區的分布特征，獲得疾病的流行特征及發生發展規律具有舉足輕重的意義[3]。突發公共衛生事件的流行病學調查是疾控工作的重要內容，因該事件的發生具有緊急性和不確定性，故實驗課上組織學生親臨突發事件現場進行實習的可行性較低。故我室設計并研發出虛擬實驗項目，運用各種虛擬實驗手段，讓學生在實驗課上進行突發公共衛生事件的現場模擬訓練，以提高學生對突發事件的應急處理能力。本研究以察布查爾病的流行病學調查為核心，使學生像在真實現場一樣對研究對象的選擇、樣本含量及抽樣方法的確定、資料的收集、整理和分析、得出研究結論等方面進行虛擬處理，并比較虛擬實驗和傳統實驗教學模式的教學效果，旨在為進一步搞好《流行病學》實驗教學探索新途徑。

一、研究對象與方法

1.研究對象。以本校2013級預防醫學本科學生作為研究對象，共186人，男生85人，女生101人，21-23歲，將其隨機分為兩個組：一組是實驗組（93人），一組是對照組（93人），兩組學生在性別、年齡分布上均無顯著性差異（P>0.05）。

2.教學方法。教學內容為《流行病學》實驗課——突發公共衛生事件，實習過程為開展察布查爾病的流行病學調查，對照組采用傳統的實驗教學模式；實驗組將我教研室自行設計的虛擬實驗項目應用于實驗教學中，學生以計算機作為基本的技術平臺， 使用與課程內容相適應的實驗軟件，在虛擬的環境下進行相關內容的實驗，獲得如身臨其境效果的實驗體驗。我們將該虛擬實驗分為四個部分：實驗簡介、實驗調查、實驗分析與實驗后記結果。

I.實驗簡介：作為對該實驗的簡單介紹，使學生對實驗或事件有一個基本的了解。

II.實驗調查：作為該實驗的主要構成部分，用FLASH動畫與互動方式做為該實驗的展示特點，以多媒體動畫、虛擬操作的方式展示課題內容，調動學習興趣，提高教學質量。

III.實驗分析：作為實驗的第二主要構成部分，該部分以調查部分作為依據，對調查資料進行分析與判斷，并且根據老師的教學需求定制相關實驗，通過電腦實施交互教學，實驗操作簡便，易學易懂，實驗內容要新穎，加深學生印象。使開放實驗變的便捷、有趣、高效，開辟新的教學方法。

IV.實驗后記結果：該部分作為學生對該實驗或事件的總結部分，學生通過虛擬實驗的操作對課題進行總結記錄，培養創造力，加深記憶。

3.教學效果評價。采用問卷對兩組學生的教學效果進行無記名調查，內容包括：學生對實驗的興趣、學生實驗預習效果、學生動手機會、實驗數據處理分析、實驗報告書寫、實驗課后復習效果、學生對實驗理論及基本操作技能的掌握程度、培養學生實驗創新和設計能力及學生滿意度。

4.統計學方法。所有數據分析均使用SPSS 20.0軟件進行統計學處理，采用x2檢驗比較兩組間率的差異，P<0.05為差異有顯著性。

二、結果

通過問卷調查比較兩種實驗教學方法的教學效果，本次研究參與調查的學生共計186人，問卷回收率100%。調查結果分析顯示，與傳統實驗教學相比，虛擬實驗有利于增加學生對實驗的興趣（P<0.05）；可提高學生實驗課前預習效果（P<0.05）。這種新的實驗教學方法增加了學生在實驗課中的動手機會（P<0.05）；有助于學生自主進行實驗數據的處理分析（P<0.05）；并完整書寫實驗報告（P<0.05）；而且便于學生實驗課后復習（P<0.05），進一步鞏固理論知識，豐富實踐經驗。《流行病學》教學大綱已規定本課程應注重學生基本實踐技能及設計創新能力的培養，虛擬實驗較傳統實驗教學更有利于培養學生對實驗理論及操作基本技能的掌握（P<0.05）；并有利于培養學生實驗創新和設計能力（P<0.05）。另外，學生對模擬實驗教學的滿意度高于傳統實驗教學（P<0.05）。詳見表1。

三、討論

現代流行病學實驗教學的目的在于培養學生的實踐操作技能和創新思維及設計能力，這是理論聯系實際的重要途徑，是學生從課堂理論轉換為實際工作能力的有效方法。與傳統實驗模式相比，虛擬實驗具有以下優勢：

1.激發學生學習興趣。《流行病學》實驗教學的內容和方法常常由于不能深入現場而受限，傳統的實驗教學模式僅僅是對實驗指導上已有的資料進行分析，難以調動全體學生學習的主動積極性；而虛擬實驗是一種迎合現代學生學習計算機化、網絡化的教學模式，能給學生“真實的”現場調查環境，學生能夠獲得身臨其境的真實體驗[4]，而且我室研發的虛擬實驗是以FLASH動畫與互動方式做為該實驗的展示特點，以多媒體動畫、虛擬操作的方式展示課題內容，充分調動學生積極性，學生在興趣的驅動下主動參與其中。另外，學生利用虛擬實驗室，加深對所學理論知識的理解，可獲得學習的成就感，所以學習的積極性自然就會提高，對新知識的接受能力更強。

2.提高學生實驗預習效果和實驗課后復習效果。流行病學實驗研究程序復雜，需要課前充分預習，來了解實驗步驟，掌握實施細節。傳統的實驗教學模式僅僅借助實驗指導，紙上談兵般地介紹實驗過程，學生預習效果很差，實驗課上還需要教師反復講述并指導，課后復習也僅僅局限于根據實驗指導書寫出千篇一律的實驗報告；而利用虛擬實驗室，學生不受時空限制，可在家或宿舍通過課前實驗預習和模擬訓練，體驗到在研究的不同階段使用不同的方法可以達到不同的研究結果[5]。而且在反復摸索過程中，學生會認真研究實驗原理及各環節的操作步驟，最終，學生可針對不同情況制定出最佳的實施方案。課后，學生在書寫實驗報告的過程中，可以比較不同方法的優缺點，并對不同的實驗結果進行對比分析，從而進一步鞏固理論知識，豐富實踐經驗。另外，在我室設計的虛擬實驗最后一個模塊——實驗后記結果部分中，學生可以通過虛擬實驗的操作對課題進行總結記錄，加深記憶。

3.增加學生動手機會，助于學生自主處理分析實驗數據，并完整書寫實驗報告。傳統的實驗教學受條件限制，很多實驗只能以小組的形式來完成，每個學生不一定都能得到動手的機會，學生通常只將此次實驗得到的單一的實驗數據進行處理分析，并據實書寫實驗報告；而虛擬實驗只需要有網絡和計算機，就可以使得所有學生全程獨立完成每個實驗，然后使用虛擬實驗的實驗分析模塊，以實驗內容作為依據，對實驗結果進行分析與判斷，并且根據老師的教學需求定制相關實驗，并通過電腦實施交互教學，最后將以上過程進行總結并完整書寫實驗報告，學生從中可以得到更多的收獲。

4.強化學生對實驗理論及操作基本技能的掌握程度。實驗理論及操作基本技能是學生順利完成實驗的保證[6]。然而，在實驗課上，總有一部分學生的實驗理論及操作基本技能不過關，嚴重影響了實驗效率和實驗結果，這是目前傳統實驗教學法難以解決的問題；而利用虛擬實驗室，在實驗課前，學生即可使用虛擬實驗反復實踐，并熟悉掌握一些基本理論及操作技能，這樣實驗課上就能應對自如。

5.強化培養學生實驗創新和設計能力。虛擬實驗教學中，教師注重鼓勵學生利用虛擬實驗驗證自己的想法和靈感，它打破了傳統實驗的束縛，學生可以自主設計實驗程序及實驗步驟，從而加深學生對實驗知識的深刻理解。故與傳統實驗教學相比，虛擬實驗有助于培養學生的實驗創新和設計能力，充分培養了學生的綜合能力。

綜上所述，與傳統實驗教學模式相比，虛擬實驗教學優勢明顯，學生的滿意度也極高，將其利用到《流行病學》實驗教學中是未來發展的必然趨勢[7]。但虛擬實驗教學不能完全代替傳統的真實實驗教學，因為虛擬實驗都是通過操作鼠標來實現的，而傳統實驗在提高學生動手操作能力上具有不可替代的優勢。因此，在《流行病學》實驗教學改革中，教師應隨時關注現實中出現的公共衛生問題，及時更新實驗教學內容，并根據實驗內容，科學合理地運用虛擬實驗和傳統實驗，將二者有機結合起來，優勢互補，相輔相成，這樣才能更好地提高實驗教學效果，讓學生學以致用，進而滿足當前社會對應用性預防人才的需求。

參考文獻：

[1]劉新，李茂全，陳衛中，等.預防醫學實驗教學存在的問題及其網絡虛擬實驗室構建思路[J].衛生職業教育，2013，31（19）：94-95.

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[3]郭立燕，張妍，張雪文，等.新形勢下提高流行病學教學質量的探索[J].濟寧醫學院學報，2014，37（2）：127-128.

[4]崔英善，黃曉鵬，朱俊東，等.虛擬實驗室在醫學院校教學中的應用研究[J].科技創新導報，2012，（31）：177-179.

[5]韓琴，冷言冰，賈皓，等.3R原則與虛擬實驗室在預防醫學實驗教學中的應用[J].實驗技術與管理，2013，30（8）：152-154.

[6]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）：193-195.

[7]張偉，張雁容.對醫學院校構建虛擬實驗室的思考[J].衛生職業教育，2010，28（19）：99-101.