藥物對離體腸管平滑肌的作用虛擬仿真實驗教學方案

高越穎 劉蕾 史勁松

摘要：在目前的藥理學實驗教學改革中，一些綜合性實驗或設計性實驗比例不斷增加，導致一些經典的驗證性實驗課時數大量減少。將經典的驗證性實驗制作成虛擬仿真實驗項目，可以方便學生在課外自主學習，強化對理論知識的認知。此外，一些操作難度較大的實驗制成虛擬仿真實驗項目，可課前提供給學生預習或者課后復習，也有利于學生對實驗技能的掌握。這種虛實互補的教學方法的實施，正成為現代化教學改革的發展趨勢，本文以“藥物對離體腸管平滑肌的作用”的實驗為例，探討仿真教學的實驗設計與應用。

關鍵詞：藥理學；虛擬仿真；M受體藥物；離體腸管平滑肌

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）23-0274-02

虛擬仿真作為一種新型的教學模式，利用其數字化、綠色化、操作性強的特征，給予了傳統的教學模式強有力的補充，正成為現代化教學改革的發展趨勢[1]。選擇經典的離體腸管灌流裝置，讓學生在模擬的實驗場景中掌握M受體及其拮抗劑對離體小腸平滑肌的作用。在虛擬實驗的過程中，學生置身于逼真的虛擬實驗場景能更加直觀地了解離體組織灌流裝置的基本操作過程、實驗過程中的注意事項，同時對藥理學實驗中的常用儀器也能有深刻的印象。學生在進入藥理學實驗室之前，先在虛擬實驗室里了解哺乳動物離體組織灌流的實驗方法和步驟，能夠對實驗全程有一個基本的認識，對實驗過程的重點環節做到心中有數，這樣在實際操作中，能夠把握關鍵，減少錯誤，強化基礎知識的理解和實驗技能的提升。因此，虛擬仿真實驗的建設可為制藥工程專業學生提供良好的自主學習平臺。

一、虛擬實驗場景及實現的主要功能

1.整體場景。以藥物對離體腸管平滑肌作用的實驗為例，需要構建較真實的藥理學實驗室，展示藥理學實驗室的整體場景，包括實驗室規章制度、實驗臺、多媒體配置、常見的藥理學儀器及試劑等。

2.實現目標。用虛擬工具完成對完整哺乳動物離體組織灌流的實驗方法和步驟的全部過程。操作界面包括工具欄（包含實驗所需動物、設備、試劑等）、虛擬實驗臺及提示模塊，實現學生可根據提示模塊提供的實驗操作步驟提示，在工具欄中選擇相應的內容，拖拽到虛擬實驗臺的相應位置進行具體實驗操作過程，在操作的同時設置相關問題、原理等作為互動環節，部分較關鍵及難度較大的操作步驟過程在完成后播放預先錄制的操作視頻。

3.實驗操作評價。將家兔小腸平滑肌自動節律性收縮曲線（幅度和頻率）逼真地演示出來；對學生的評價機制，系統做出考評系統，能為學生的操作評分。

二、虛擬實驗實施方案

1.實驗目的展示。學生點擊實驗題目，出現實驗目的的展示，使學生了解實驗目的。在模擬的內環境中，掌握M受體藥物及其拮抗劑對離體小腸平滑肌的作用，掌握哺乳動物離體組織灌流的實驗方法[2]。

2.虛擬實驗所需的儀器及材料。在操作界面的右側為工具欄區，顯示實驗所需材料的圖片，包括家兔、生物信號采集與分析系統（成都泰盟，BL-420F），恒溫平滑肌實驗系統（成都泰盟，HW200S），張力傳感器，臺氏液，乙酰膽堿溶液（1∶10萬），0.1%硫酸阿托品溶液，1%氯化鋇溶液，等等。

3.虛擬實驗臺。實驗室中央為講臺，兩側分別放置4張實驗臺，鼠標懸浮在任一實驗臺上可顯示已經擺放好的儀器和耗材。單擊選擇其中一張實驗臺，實驗臺桌面顯示為空白，可從工具欄中按步驟選擇相應的材料擺放在臺面上，然后進行實驗操作。

4.虛擬實驗操作步驟。（1）過門動畫動作過程：推開實驗室的門，展現實驗室的整體場景，特寫實驗中所需要的儀器，旁白介紹實驗目的。（2）實驗準備。①恒溫平滑肌槽結構介紹：選擇恒溫平滑肌槽放在實驗臺上，點擊相應部位，顯示該部位的功能。學生了解儀器使用后，要求學生操作：連接氣體鋼瓶，加入水、臺氏液。②離體腸段制備：學生選擇家兔及相應的手術器械完成數段2cm—3cm腸管的制備。③標本與張力換能器連接：選擇一段標本及相應工具將其與張力換能器相連。（3）根據提示語進行離體腸段正常活動曲線及加藥后腸管活動曲線的記錄。（4）提示語：選擇【乙酰膽堿】，記錄離體腸段節律性收縮曲線。（5）提示語：選擇【阿托品—乙酰膽堿】，記錄離體腸段節律性收縮曲線。（6）提示語：選擇【氯化鋇—阿托品】，記錄離體腸段節律性收縮曲線。

三、虛擬實驗對學生的評價

虛擬仿真實驗項目包括3個實驗準備和4個實驗操作動畫過程，共100分。保溫槽液面超過藥液管液面（5分）；加液后，恒溫平滑肌槽開機預熱大于30分鐘（5分）；調節氣流量，氣泡1—2個/秒（5分）；離體腸段標本置于冷的臺氏液中備用（5分）；標本固定的兩端應為對角（5分）；標本與換能器之間的連接線松緊要合適，使標本要完全浸泡在臺氏液中（5分）；離體腸段自動節律性收縮曲線要穩定，需要平衡一段時間，注意觀察收縮的幅度和節律（10分）；在移液器加液過程中，槍頭不能觸碰到含有離體腸段標本的液面（10分）；切忌直接滴到標本及標本連接線上（10分）；加入阿托品后，再加入乙酰膽堿，離體腸段節律性收縮曲線的變化（20分）；加入氯化鋇，再加入阿托品后，離體腸段節律性收縮曲線的變化（20分）。學生操作完成后，教師列出錯誤的地方，并給出得分。0—59分為不合格；60—79分為合格；80—89分為良；90—100分為優秀。

虛擬仿真實驗教學作為一種新興的實驗教學，為實驗教學提供了新的平臺，克服了傳統實驗教學方法的局限性，探索了創新人才培養模式[3]。虛擬仿真實驗項目的建設一定要結合學科的專業特點，選取有代表性的典型實驗項目，為實驗資源的共享共建創造條件。虛擬仿真實驗教學中心建設遵循“虛實結合、相互補充、能實不虛”的原則，以建立優質資源共享機制為核心，以信息化實驗教學資源建設為重點，旨在提升高等教育質量，全面提高學生的創新能力和實踐能力。采用虛實結合的教學模式，將兩者有機結合起來，在發揮各自優勢的同時，實現了理論和實驗的交互融合，提高了教學質量。通過虛擬仿真實驗項目建設，豐富了教學方法和手段，為學生提供了信息化、網絡化的學習環境，激發了學生的學習興趣[4]。

參考文獻：

[1]陳沙，劉平安，劉慧萍，等.虛擬仿真實驗室在醫學教學中的應用[J].中國高等醫學教育，2017，（1）：13-14.

[2]胡還忠，牟陽靈.醫學機能學實驗教程[M].第4版.科學出版社，2016.

[3]王衛國，胡今鴻，劉宏.國外高校虛擬仿真實驗教學現狀與發展[J].實驗室研究與探索，2015，34（5）：214-219.

[4]郁鵬，萬桂怡.虛擬仿真技術的醫學實驗教學研究[J].實驗室研究與探索，2016，35（11）：99-105.