醫學機能實驗室教學采用虛擬實驗室開放模式的實驗探究

李艷，陳曉青

江漢大學醫學院基礎醫學實驗中心，湖北武漢 430056

醫學生不但需要扎實的理論基礎，更需要較強的觀察能力、操作能力以及分析能力，而醫學機能學實驗則可以對醫學生的這幾項能力的培養起到關鍵作用。但是機能學實驗往往是進行活體動物或者離體器官組織等實驗，所需成本較高，難度大的同時需要操作精細，而且某些實驗用到的大型儀器設備數量較少，醫學生人數較多，這樣無法做到每個學生都可以進行實驗操作，對教學效果造成了影響。此外，由于課時和教學場地的限制，學生無法對實驗進行充分預習或者復習，進而，對實驗動手能力也無法精細掌握，這無疑是對醫學機能學實驗教學發展的制約[1]。 近年來，虛擬實驗技術逐漸興起，作為一種新穎的教學模式，在當前的實驗教學中得到了各界的關注[2]。 為了使醫學機能學實驗的教學質量得到進一步提高，同時使教學手段得到豐富，特引進虛擬實驗技術。但是如何將虛擬試驗技術應用到醫學機能實驗室教學中，使教學成果得到可高，目前還是一項待攻克的難題，因此，該研究特對醫學機能實驗室教學采用虛擬實驗室開放模式的實驗進行研究。

1 教學思路設計

1.1 教學對象與虛擬平臺的構建

選取該校2016 級和2017 級臨床醫學專業的學生作為研究對象，共計384 人。其中2016 級學生168 人。2017 級學生216 人。將2016 級學生作為對照組，2017級學生作為研究組，兩組學生在年齡、性別等方面差異無統計學意義（P>0.05）；兩組學生均由同一機能學老師授課。 并且授課內容與課時均相同。

VMC-100 醫學虛擬仿真實驗是基于瀏覽器-服務器結構（browser/server.BS）的應用系統。

以互聯網作為基礎；支持分布式的資源服務器，支持在任意時間、任何空間、任何移動終端上訪問實驗資源、組織考試等功能區。

1.2 研究方法和內容

根據教學計劃， 兩組學生的機能實驗學分別于2018年和2019 年秋季開課。 一共11 個實驗項目，45 學時。將參與研究的兩組學生以小班為單位，將每個小班分成6 小組，每組4~5 個人。 以試驗臺均為獨立的特點為基礎，開展課堂上互動性討論[3]。

對照組學生，采用程性評價加終結性評價考核的辦法對11 個實驗項目進行考核：該組學生成績的計算方法為：總成績=平時成績×20%+操作成績×40%+筆試成績×40%。 采用這種過程性評價的方法不但能夠對學生平時在實驗課中的具體表現進行評價，也可以對學生的實驗操作能力、相關實驗原理掌握程度以及對相關知識的理解進行考核。

研究組學生，以原本的考核體系為基礎，對平時成績和操作成績的比重略微調整，在11 個實驗項目中，選擇5 個動物實驗，增加虛擬實驗形成性的評價。

該組學生成績的評定方法為：總成績=平時成績×20%+虛擬實驗考核×20%+實際操作成績×20%+筆試成績×40%。 這種“平時表現+虛實結合操作+筆試”的評價方式，在使教學內容與評價手段得到豐富的同時，還使學生的自主學習能力得到了促進，并且對學生學習的主動性與積極性做了進一步加強。

2 教學研究的具體展開過程

2.1 對照組學生的展開過程

2.1.1 實驗前 帶教老師于上課前2 d，公布實驗題目和內容，并且根據實驗課程提前布置2~3 個相關問題。 由學生自主尋找問題的答案，主要參考學習的理論內容及實驗內容。

2.1.2 實驗過程中 上課時，由授課老師針對課前布置的問題對學生進行提問，以評價該組學生的預習情況，提問結束后，開始對實驗原理、實驗步驟以及重要環節進行講解，并且進行適當擴充。此外，老師需要在學生操作過程中進行巡視， 主要觀察學生的操作過程是否符合規范，并且對操作過程中所出現的問題進行糾正。 在試驗結束后，老師需要針對每小組學生的操作情況進行評價。應當注意的是，要強調小組成員之間的分工與合作。

2.1.3 實驗結束后 在實驗結束后，需要以小組為單位進行討論，并且每個小組推選一位代表，對該次實驗結果進行匯報，同時對自己小組進行實驗過程中的不足和有點進行說明；然后由其他小組進行評價；最后，帶教老師應當從各個小組的操作過程、 實驗結果等方面進行總結，并且以各個小組的實驗項目完成情況為依據，對每個小組進行評分。課后，每個學生應當整理并記錄實驗報告，教室對實驗報告給予分數，并且將操作分數和實驗報告分數盡早告知學生。

2.2 研究組展開過程

2.2.1 實驗前 與對照組相同，帶教老師需要在實驗前2 d 將實驗題目和內容告知學生，并且提出2~3 個問題。學生則自己安排時間，帶著問題進入虛擬仿真實驗中心對相關內容進行預習。并且對實驗操作視頻進行反復觀看，使自己能夠熟悉掌握操作過程，并且對學習內容進行鞏固，同時要牢記操作過程的注意事項。

2.2.2 實驗過程中 在實驗過程中，老師首先對于觀看虛擬實驗視頻資料后所提出的問題進行講解，同時對實驗的重點環節進行講解，并進行必要的知識拓展，學生則采用人機交互的方法進行實驗；各小組組長分配小組成員的分工。教師在學生進行虛擬實驗時進行巡視，遇到操作不當者應當立刻糾正，對于操作正確者給表揚，使學生對實驗的積極性提高，并且依據實驗項目的操作情況對各個小組進行評分。

2.2.3 實驗結束后 在實驗結束之后，以每個小組為單位進行討論，每組推選一位代表匯報討論情況，同時對實驗過程中所學習到的經驗以及不足進行總結;各個小組之間進行相互評價，再由教師對各個小組的情況進行總結，對每個小組的優點和缺點予以指出；最后，仍以各個小組為單位，通過虛擬平臺對學生進行考核，對學生掌握實驗技能、理論知識和運用程度進行檢驗。 考試結果在考試結束后由系統直接給出。 此外，教師需要對學生的實驗結果進行分析， 同時布置該次實驗的課后思考題，并且給出下次實驗需要預習的內容，學生可以在課后進入虛擬系統完成復習和預習。虛擬實驗系統在整個實驗過程中都可以提供給學生作為學習之用。 課后，每個學生應當整理并記錄實驗報告，教室對實驗報告給與分數，并且將操作分數和實驗報告分數盡早告知學生。

3 教學質量效果考評

3.1 兩組學生平時表現及學生反饋比較

研究組學生醫學機能實驗平均出勤率為99.4%，對照組平均出勤率為95.2%；在研究組課堂上，學生提問和回答的主動性明顯提高，且高于對照組。 研究組課堂紀律也得到明顯改善。在實驗操作方面，研究組學生對于對動手操作的主動性也大大提高，并且優于對照組。在實驗結果分析方面，也得到了很大程度的提升，同時研究組學生的自主學習能力對知識的掌握能力以及運用能力均有提高，且明顯優于對照組學生。

3.2 實驗報告

對比兩組學生實驗報告書寫情況，研究組學生的實驗報告書寫認真，字跡工整，內容詳實，結果分析到位。主要是由于通過虛擬仿真實驗中心，不但可以進行預習，還可以反復學習和復習，這樣不但增加了學生的自主學習性，也使學生對實驗內容和操作技能掌握更加全面，因此在書寫實驗報告時可以邏輯清晰，思維嚴謹，分析得當。

對照組學生在書寫實驗報告時，態度不認真、字跡潦草，甚至缺少部分內容，有的學生甚至沒有對結果進行分析。有的學生報告雖然在形式上符合要求，但是卻出現偷工減料的現象，例如實驗原理完整性缺乏、實驗步驟省略，在分析和討論部分也只是一筆帶過，這不但不利于學生對于實驗內容和操作技能的掌握情況，也使學生無法充分掌握理論知識，更加無法運用知識。

3.3 兩組學生成績比較

比較兩組學生的成績，將兩組學生平時成績、操作成績、筆試成績按比例加權后，獲得總成績，對各項成績進行t檢驗，采用（）進行表示。 并使用 SPSS 20.0 統計學軟件進行分析處理，以P<0.05 為差異有統計學意義。結果顯示，研究組的各項成績均較對照組學生高，并且操作成績、筆試成績、總成績均差異有統計學意義（P<0.05）。見表1。

表1 兩組學生成績比較[（），分]

表1 兩組學生成績比較[（），分]

組別對照組（n=168）研究組（n=216）t 值P 值平時成績7.65±0.39 8.22±0.42 1.327>0.05實操成績15.26±0.53 18.93±0.41 10.231<0.05 75.96±0.61 89.35±0.53 10.325<0.05考試成績 總成績80.52±0.66 85.66±0.89 10.233<0.05

4 討論

近年來虛擬實驗教學的興起，為廣大醫學生實驗的學習提供了方便，目前虛擬實驗教學已經被認為是信息化教學不可或缺的一部分，使用仿真、數字模型以及多媒體等技術相結合，在計算機或者移動客戶端建立一個可視的三維環境[4-5]，在三維環境中，有虛擬的實驗條件和實驗對象等，這使學生通過校園網就能夠進行虛擬實驗操作，而且該虛擬試驗系統不會對實驗動物和試劑有所限制，也不會限制時間和空間，使學生在完成實驗項目的同時也可以重復地對實驗進行復習，鞏固實操技能[6]。

此外，學生也可以使用虛擬實驗系統對學生的實驗實操技能進行考核。 該研究對2016 級、2017 級采用虛擬實驗室進行醫學技能實驗教學，研究結果顯示，研究組學生醫學機能實驗平均出勤率為99.4%，對照組平均出勤率為95.2%；在研究組課堂上，學生提問和回答的主動性明顯提高，且高于對照組。此外，研究組課堂紀律也得到明顯改善。 在實驗操作方面，研究組學生對于對動手操作的主動性也大大提高，并且優于對照組。 在實驗結果分析方面，也得到了很大程度的提升，同時研究組學生的自主學習能力對知識的掌握能力以及運用能力在均有提高，且明顯優于對照組學生（P<0.05）。

對比兩組學生實驗報告書寫情況，研究組學生的實驗報告書寫認真，字跡工整，內容詳實，結果分析到位。主要是由于通過虛擬仿真實驗中心，不但可以進行預習，還可以反復學習和復習，這樣不但增加了學生的自主學習性，也使學生對實驗內容和操作技能掌握更加全面，因此在書寫實驗報告時可以邏輯清晰，思維嚴謹，分析得當。

對照組學生在書寫實驗報告時，態度不認真、自己潦草，甚至缺少部分內容，有的學生甚至沒有對結果進行分析。有的學生報告雖然在形式上符合要求，但是卻出現偷工減料的現象，例如實驗原理完整性缺乏、實驗步驟省略，在分析和討論部分也只是一筆帶過，這不但不利于學生對于實驗內容和操作技能的掌握情況，也使學生無法充分掌握理論知識，更加無法運用知識。

結果顯示，研究組的各項成績均較對照組學生高，并且操作成績、筆試成績、總成績均差異有統計學意義（P<0.05）。

由研究結果可知，醫學機能學實驗采用虛擬實驗模式教學，不但能夠為學生在開展創新性實驗項目提供思路[7-8]，還能夠促進學生提高實驗技能。此外，虛擬實驗由于其特點，無人為移速干擾，儀器靈敏度較好，實驗誤差較低，可以使學生的科研工作更加精確，而且還避免了某些學生因對實驗興趣小，濫竽充數的可能。同時，學生在進行實驗時，可以對實驗策略和錯誤概念及時調整和澄清，培養學生良好的操作習慣的同時，還能夠使學生實驗的成功率和實操能力得到提高[1]。 虛擬實驗平臺改變了以往實驗教學面對面的傳統授課模式，也顛覆了以往需要紙質考試的模式[9-11]。 這不但體現了現代化教學的理念，還在很大程度上提升了教學質量，提高了學生對實驗學習的積極性。

綜上所述，醫學機能實驗教學采用虛擬實驗室教學的方法，可以提高學生學習的積極性，實操技能，還可以提高學生對理論基礎的掌握和運用。