醫學微生物學虛擬試驗在實驗教學中的應用研究

【摘要】根據實驗教學開展的特點，利用PS等軟件制作網絡虛擬實驗，實驗分別為革蘭染色法觀察細菌形態及染色性及分離鑒定腸道病原菌。根據實驗中要求學生掌握的操作技術及學生易出錯的操作環節，設置學習障礙，后臺進行自動積分，并反饋相關意見。將制作完成的虛擬實驗在實驗課程上應用，并供學生復習及考核使用。學生及教師使用該虛擬實驗后普遍認為這種實驗方式可對實驗全過程進行真實展現你，可幫助操作者對實驗操作的要點充分記憶，且趣味性較高。在實驗考核中應用與實際操作考核差異不顯著，P>0.05，因此醫學微生物學虛擬試驗軟件在實驗教學中應用效果較好。

【關鍵詞】醫學微生物學；虛擬實驗；實驗教學

【中圖分類號】G434；R-4 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）11-0152-01

醫學上，虛擬技術已經在疾病診斷及疾病預后判斷上得到廣泛應用。而對高等教育來說，計算機技術及網絡虛擬技術已經成為教學有效的輔助手段，豐富了教學模式。在實驗教學開展過程中，虛擬實驗是在應用計算機技術基礎上模擬實驗開展的環境及過程，讓學生利用計算機技術實現實驗具體操作，可反復練習，使得學生對實驗操作步驟更加熟悉[1]。一些大型的虛擬實驗甚至可對一些高風險高損耗的實驗進行替代。醫學微生物學是涉及生物安全的學科，自SARS流行以來，引起全社會對生物安全問題的關注，為對實驗室人員進行保護及防止出現環境污染，國家針對此項問題制定相應法規[2]。但是在大規模教學中，由于教學條件的限制，一些學生需熟練掌握實驗的各項操作，但實驗室很難普遍開設，為防止出現實驗室感染，就應該構建醫學微生物學虛擬實驗，應用價值突出。

一、材料及方法

（一）設計虛擬實驗

按照醫學微生物學實驗開展大綱的要求，設計開展兩個具體虛擬實驗。根據實驗步驟，對實驗操作情景進行設置。并根據實驗中學生需要重點掌握的技術及易出錯的環節設立學習掌握，后臺則對學生的操作進行計分，并提供反饋意見。

1.設置實驗情景

以學校基礎醫學實驗教學中心病原生物學與免疫學實驗室為實驗開展場地，實驗操作利用實驗室中具備的試驗臺，以學生實驗課所利用到的器材為依據設置具體操作情景，使得實驗真實性充分體現。

2.設置實驗操作步驟

按照實驗教學開展的內容，學生操作技術體現在以下方面：（1）無菌操作技術；（2）革蘭染色法觀察細菌形態中制作細菌標本涂片的步驟為涂片-干燥-固定[3]。（3）分離鑒定腸道病原菌實驗的操作步驟為糞便標本-利用腸道選擇鑒別培養基接種-培養后挑選可疑病原菌菌落-鑒定生化反應-鑒定血清學-判定分離菌。所制作虛擬實驗系統對實驗操作步驟的全過程系統展現，使得學生在實驗中有身臨其境之感。

3.設置障礙及評分

按照實驗教學要求，學生需要掌握的操作技術有實驗室無菌操作技術，因此應在實驗中設置安全規則及著裝等學習障礙。虛擬實驗通過在實驗步驟中設置掌握，若學生在操作中出現失誤，則根據環節重要性扣取相應分數。

（二）制定虛擬實驗網絡軟件

使用者利用手動選擇方式操作。網絡軟件有消息處理系統、進程控制系統及場景系統、后臺管理系統等4部分。消息處理系統是軟件中最為核心的部分，它對操作中需要處理的消息進行不斷檢測，并依據信息類型做出反應。進程控制系統對初始化操作進程進行負責，如設置窗口圖標、標題及風格等[4]。場景系統則對各種要素容器進行充當，當各類角色及劇本按照一定順序在場景中添加，還充當了各種操作及要素的管理者，承擔控制軟件場景狀態的角色功能。后臺管理系統是對數據處理及信息反饋等工作進行負責，利用PS等軟件選取與現實相近的場景，并利用FLASH技術制作動畫，編寫程序后對操作過程進行體現，并利用ASP動態網頁將其表現出來。

（三）應用虛擬實驗網絡軟件

將制作的軟件單片在實驗電腦上放置，使得學生在實驗課程開展后可隨意操作，供學生預習及復習。并根據系統后臺反饋的結果，對軟件應用的效果進行分析。

二、結果

學生完成實驗后開展第二次實驗課程，將該軟件單片在實驗室電腦中放置，使得學生可更好地利用軟件進行復習及預習，學生使用后普遍認為這種虛擬試驗可對實驗的全過程進行充分展現，并幫助學習者弄清實驗操作的要點，并對要點進行記憶，提升了學生實驗學習的興趣。

三、討論

十幾年前，國外就開始應用教育軟件在軍事訓練及對醫護人員的培訓工作中。國外一些著名高校也都建立了網絡虛擬實驗室，供學生參與實驗、復習實驗。我國開展網上仿真實驗較晚，但發展較快。現今一些高校已經在網絡上陸續設立了虛擬實驗室，并提供了有限仿真實驗內容。有學者對網上虛擬實驗教學的優點進行了充分評價，并論述了網絡虛擬實驗作為實驗教學的新方式其應用前景是十分廣泛的。網路虛擬實驗室對訓練及培養醫學生及青年醫生有重要意義，可顯著提高實驗教學效果，對培養學生的思維能力及臨床技能效果顯著。利用flash建立互動技術平臺，并在結合現今社會上其他先進軟件基礎上，聯合應用視頻、動畫、圖片等形式，構建了人機交互的虛擬生物學實驗系統[5]。近年來，虛擬實驗技術已經在大學教學的多個領域內得到應用，但在病原微生物學中建立虛擬實驗室鮮少出現在國內外報道中。對現代教育而言，實驗是教學的重要組成部分。但傳統實驗室需要購入的儀器設備較多，導致學校負擔過大。隨著科技發展，將虛擬實驗平臺引入教學中，對學生更好地開展實驗有明確的幫助作用。加上微生物學的實踐性較強，在大規模教學中，要想實現教學目標，就需要利用虛擬現實技術，構建虛擬實驗室，補充傳統實驗難以開展的不足。

參考文獻

[1]袁新華，殷茂榮，王勤，劉軍，王延東，吳瑩.黃原膠微生物學檢驗方法確認試驗研究[J].中國衛生檢驗雜志，2012，2211：2661-2663+2660.

[2]李嬌娜.微生物學試驗中無菌觀念培養的嘗試[J].生物技術世界，2012，1012：91+93.

[3]楊致邦，徐晨，王毅，鄧西川，劉佳.醫學微生物學虛擬試驗在實驗教學中的應用[J].實驗室研究與探索，2014，3310：46-49.

[4]張記霞.生物制藥專業微生物學試驗教學改革的探索與實踐[J].生物技術世界，2013，05：135.

[5]李輝鴻，潘美慧，陳如圣，張祥華，熊加明，黎純林，何后軍，陳瑞光，鄔向東.5株江西源豬丹毒桿菌微生物學性狀及藥敏試驗分析[J].江西畜牧獸醫雜志，2015，03：14-15.

作者簡介：余志剛，1975年7月出生，男，漢族，湖北隨州人，大學學士，教師，講師，微生物學與免疫學，隨州職業技術學院醫護學院。endprint