虛擬實驗技術在基礎醫學實驗教學中的應用研究

崔明宇

[摘 要]虛擬實驗應用于基礎醫學實驗，具有安全且節省資源、豐富教學內容、提升實驗教學效果、實現實驗智能化控制等優點，但也具有不利于鍛煉學生的實踐動手能力、思維能力及協作精神等弊端。相關研究人員在基礎醫學實驗中要協調好虛擬實驗與傳統實驗的關系，充分發揮虛擬實驗具有的優勢，提高基礎醫學實驗教學的教學效果。

[關鍵詞]虛擬實驗;基礎醫學實驗;教學應用

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2020.06.102

[中圖分類號]G642.4[文獻標識碼]A[文章編號]1673-0194（2020）06-0-02

0? ? ?引 言

實驗教學是鞏固理論教學內容，培養學生動手創新能力、科學思維和科研素養的重要手段。實驗課程的教學質量對教學效果和學生綜合素質提高都有重要影響。隨著媒體信息技術的發展，虛擬實驗教學技術應運而生。虛擬實驗是將傳統教學實驗室虛擬化、數字化，通過虛擬現實技術呈現出來，應用于實驗教學。虛擬實驗使實驗教學模式發生了深刻變革，融合了網絡環境下的多媒體、仿真、虛擬現實等多種技術，通過計算機仿真技術設計，將實驗室全部的儀器、試劑及環境呈現出來，形成完整的實驗系統，使實驗教學更加直觀、更具趣味性，學生在計算機上就可以完成需要到傳統實驗室才能完成的實驗內容，教師在設計實驗時，也可以自由搭建實驗案例。虛擬實驗簡便易行、實驗結果直觀，應用于基礎醫學實驗，完全可以模擬真實基礎醫學實驗的全部流程，不受場地限制，不受實驗操作技術的影響，展示真實的實驗結果，能給學生帶來置身真實實驗環境的感受，實驗者可從任意角度觀察實驗物體，監控實驗進度。虛擬實驗呈現實驗在理論上的標準結果，便于分析實驗效果，能夠提高學生參與基礎醫學實驗的積極性，提升基礎醫學實驗教學質量。

1? ? ?虛擬實驗在基礎醫學實驗教學中的優勢

1.1? ?安全且節省資源

傳統基礎醫學實驗教學中，常會用到一些有毒、有害、有放射性甚至易燃易爆的試劑，這對基礎醫學實驗室的安全和學生的健康、安全都構成威脅，師生們做實驗時難免會出現一些傷害事故。傳統基礎醫學實驗教學采用虛擬實驗就能夠完全消除這些實驗中的危險，使師生們在安全放心的環境中放心地進行安全的實驗操作。傳統基礎醫學實驗教學中，還有些實驗的試劑貴、成本高、耗材大，難以常規開展。這類基礎醫學實驗課程通過虛擬實驗教學方式開展，能迎刃而解。虛擬實驗教學不必考慮購買基礎醫學實驗設備、儀器，不需要花費昂貴試劑的費用，只需要計算機和虛擬實驗的軟件系統就可以完成實驗，極大地節約實驗費用。

1.2? ?可自由調節實驗時間

由于課時限制和實驗所需時間較長，傳統基礎醫學有些實驗無法通過一次實驗連續完成。基礎醫學實驗采用虛擬實驗教學，就會擺脫時間限制。虛擬實驗可以根據實驗教學需要調整實驗時程，將一次實驗放到一次課上完成;此外，虛擬實驗室的開放也不受時間和空間限制，可以全天候開放，學生在任何地方也都可以通過計算機、手機隨時進入虛擬實驗室網站，進行基礎醫學實驗操作。虛擬實驗可以實現實驗教學資源的高度共享，基礎醫學虛擬實驗室可以給學生提供高度共享的實驗教學資源、自由暢通的學習環境，滿足學生的個性化基礎醫學實驗學習需求。

1.3? ?豐富教學內容

有些基礎醫學實驗操作環節復雜、要求精度高、實驗難度大、實驗條件限制多、結果成功率低，學生們在實驗過程中很難操作完成。利用虛擬實驗技術，學生可以通過反復操作實驗，熟練掌握實驗技巧，最終完美完成實驗操作，使學生學到更多的知識，掌握更多的基礎醫學實驗技能。受物理條件限制一些實驗在傳統環境下難以開展，利用虛擬實驗技術，可以克服這些困難，完成相關實驗。醫學基礎實驗教學中應用虛擬實驗技術教學，整合大量其他教學資源，能夠為學生提供全新的、生動的虛擬實驗環境，豐富基礎醫學實驗的教學內容，提高學生上基礎醫學實驗課的積極性，使學生能更好地掌握基礎醫學實驗課的教學重點和難點，更好地培養學生的實驗能力。

1.4? ?提升實驗教學效果

虛擬實驗由于是通過計算機操作軟件完成的，所以學生可以無限次地重復操作實驗，直到學生獲得滿意的學習效果為止，保證了醫學基礎實驗的教學效果。有些實驗的實驗結果比較難于觀察到，但是虛擬實驗可以讓學生觀察到經典的實驗效果，確保學生都能觀察到應觀察到的實驗結果，保證實驗實現既定目標。比如免疫熒光標實驗，學生們就能通過電腦仔細觀察熒光標記實驗的結果，清楚地看到免疫熒光標記陽性細胞，了解實驗的意義。醫學基礎實驗有一些標準的實驗操作方法及流程，需要學生掌握。虛擬實驗能整合多媒體技術，把實驗教學中抽象的原理、過程、標準的實驗操作方式和流程，通過逼真的動畫、照片及視頻等形式，形象、生動、真實地展示出來，供學生學習模仿，教會學生標準的實驗步驟和方法。

1.5? ?實現實驗智能化控制

基礎醫學實驗教學中應用虛擬實驗，能夠發揮計算機軟件系統的優勢，實現智能化控制，避免實驗操作過程中一些錯誤或失誤出現，比如一些手術過程中，在沒有實施麻醉的情況下，就直接點擊手術操作，那么系統就會給出錯誤提示，來引導、規范學生正確的實驗操作，具有很好的智能性與互動性。再比如，學生某步實驗得出的結果不對時，再往下做，系統將會提示學生計算錯誤，請重新檢查。如果錯誤后學生還能繼續操作，那么最后得出的必然是錯誤的結果，這不但導致整個實驗的失敗，還浪費了實驗時間。虛擬實驗的智能化控制功能，能在一定程度上避免這種情況發生。這些環節也能激發學生實驗過程中的主動性，能夠糾正學生實驗過程中不愛動腦筋的毛病。

2? ? ?虛擬實驗在基礎醫學實驗教學中的弊端

雖然虛擬實驗具備很多優點，但虛擬實驗在基礎醫學實驗教學中也有很多不足。

2.1? ?不能鍛煉學生的實踐動手能力

虛擬實驗主要通過計算機操作完成實驗。學生在虛擬基礎醫學實驗過程中沒有接觸到具體的實物，沒能進行真實的實驗操作鍛煉，對學生實驗技能的提高沒有幫助。相比之下，傳統實驗對學生動手操作能力的鍛煉、實驗技能的提高方面有著不可替代的作用。

2.2? ?不利于鍛煉學生的思維能力

真實的基礎醫學實驗操作中，經常會發生很多預想不到的超常問題和現象，甚至會有實驗失敗的風險，這些問題虛擬實驗中一般不會出現。虛擬基礎醫學實驗一般都是模擬經典的實驗結果及標準化實驗結果，不能替代真實實驗，只能驗證結果，不適合發現新的內容，不能進行創新，也不能用于驗證創新性實驗結果的真實性和正確性。不發生意外是虛擬基礎醫學實驗最大的弊端，因為解決實驗過程中發生的這些問題，可以培養學生分析問題和解決問題的能力及科學思維能力。但是，虛擬基礎醫學實驗則未起到鍛煉科學思維能力的作用，不適合用于鍛煉學生的分析思考問題、解決問題的科學思維能力。

2.3? ?不利于培養學生的協作精神

傳統形式的基礎醫學實驗教學過程中，都需要各實驗小組的成員協作完成，組內成員實驗過程中分工明確，互相協助，共同完成實驗，在這個過程中，無形中培養了學生的團隊協作精神。虛擬基礎醫學實驗教學中，每個人一臺電腦，獨立操作就可以完成，不需要分小組，實驗過程中基本沒有成員間的語言溝通交流，更不需要協作完成實驗，所以不利于培養學生的團隊協作意識。

3? ? ?虛擬實驗在基礎醫學實驗教學中的應用策略

基礎醫學實驗教學中，在傳統實驗因客觀條件限制難以實施的內容上發揮優勢虛擬實驗只能作為真實實驗的補充和延伸，作為基礎醫學實驗教學的輔助手段。虛擬實驗可以用于基礎醫學實驗的預實驗，作為傳統實驗教學的前期準備或鋪墊，以減少傳統實驗教學的失誤，提高教學效率;還可以用于鞏固傳統基礎醫學實驗所學的知識，增強對所學知識的理解，提升基礎醫學實驗的教學效果。基礎醫學實驗中要協調好虛擬實驗與傳統實驗的關系，充分發揮虛擬實驗具有的優勢，將虛擬實驗與傳統實驗完美結合，使虛擬實驗作為傳統實驗的有益補充，彌補真實實驗中的缺陷和不足。在基礎醫學實驗教學中，相關部門應根據學生的學習階段，將經典的基礎醫學虛擬實驗教學內容納入基礎醫學實驗教學的授課計劃中，與傳統真實實驗教學的內容相互呼應，構建虛擬仿真的基礎醫學實驗教學新模式，提高基礎醫學實驗教學的教學效果，推進“強實踐、重創新”的基礎醫學實驗教學方式，提高應用型醫學人才的培養質量。

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