基于臨床模擬實驗室的生物化學實驗教學的實踐探索

王海燕 孫曉明 白 婧

（山東協和學院，山東 濟南 250109）

生物化學是一門對生物大分子的結構及其功能進行研究并闡釋生命現象本質的學科，廣泛應用于基礎醫學、臨床醫學和生命科學等多個領域[1-2]。實驗教學是生物化學課程的重要組成部分，有助于學生對理論知識的理解，提高學生的動手能力、創新意識和綜合科研能力[3]。

隨著計算機、互聯網的發展，虛擬實驗室越來越多地應用于高校的實驗教學中，已經成為信息化教學中舉足輕重的一部分[4-5]。實驗教學中虛擬仿真技術的應用，對學生的學習動力和興趣的激發有重要意義，利于學生發揮自身的創新能力。虛擬仿真實驗室具有良好的交互性，也可以拓寬學生的視野[6]。

一、傳統生物化學實驗教學的局限性

（一）實驗教學形式單一、內容單調

以“教師分析原理→操作示范→學生實驗操作”模式開展的教學，即采用了“教師講—學生做”的實驗教學模式，這種單一的實驗教學形式導致學生對實驗操作的興趣嚴重不足。

（二）實驗教學互動不夠，效果不理想

傳統生物化學實驗教學程序的既定形式使師生之間缺乏互動，導致在有限時間內學生對實驗操作存在疑問往往不能得到及時解答。互動不足使多數學生僅僅按照實驗步驟走一遍流程，缺乏思考和對知識的滲透理解。

實驗過程中學生經常會有操作失誤或不當之處，教師不可能全程關注到每位學生的實驗操作過程，針對實驗操作中的問題常會糾正不及時；再有實驗中，教師和學生之間溝通和互動不夠，各小組的實驗結果校對不及時，導致學生忽視所存在的問題，實驗教學效果不理想。

（三）課時有限，實驗教學內容受限

筆者通過多年的教學實踐發現，生物化學驗證性實驗設置比例較大，而綜合性及設計性實驗比例過小，這確與生物化學實驗的特點有關。且某些實驗的周期較長，但實驗課時有限，導致實驗效率較低，有些實驗所用實驗儀器價格昂貴，不宜讓學生動手操作。這必然導致生化實驗教學內容受到限制，對學生的實驗操作技能的培養目標無法實現。

二、臨床模擬實驗室在生物化學實驗教學中的應用實踐

（一）臨床模擬實驗室平臺構建

目前，依據山東協和學院現有的虛擬仿真實驗室，再結合醫學檢驗專業特點，課題組在充分討論的基礎上，選取了“難操作、耗時長、所需儀器貴重”且對于培養學生的實驗操作技能重要的項目。首先，對選取的實驗項目分析探討，課題組成員圍繞項目設計了學生實驗前的導學案、課前學習任務、線上檢測、知識拓展及小組討論等；其次，充分借助于學校現有的儀器設備及臨檢實驗室，建設成“線上與線下”同步的臨檢模擬實驗室。實驗儀器設備的配置、實驗室空間布局與醫院臨床檢驗科基本一致，設立臨檢室、生化室、細菌室等，同時在管理和質量控制上也將模擬臨床全套流程。

（二）生物化學實驗教學設計

在醫學檢驗臨床模擬實驗室平臺構建的基礎上，充分利用其中的“生物化學檢驗”實驗模塊開展實驗教學，這樣實現了醫學生物化學的實驗教學與檢驗專業的課程-生化檢驗教學直接對接，實驗教學的資源被充分利用，也為后續學習生物化學檢驗做好鋪墊。

1．常規生物化學實驗教學

基于臨床模擬實驗室的生物化學實驗教學基本流程如下：

實驗課前：教師發布導學案和任務單→學生明確任務→嘗試進行虛擬操作和考核→分組討論→教師跟蹤反饋。

實驗課中：教師點撥→學生操作→教師隨機指導反饋。

實驗課后：“線上+線下”綜合評價→師生討論、總結→反饋→拓展思路。

2．技術性較強的生物化學實驗教學

對于生物化學實驗部分的“質粒DNA提取與鑒定、基因克隆表達、聚合酶鏈式反應（PCR）”等實驗存在周期長、實驗技術性強和條件不足等問題，須專門工作人員操作，學生不宜進行實驗。而虛擬仿真技術克服了這些不足，在臨床模擬實驗室學生均可以順利開展這些實驗操作，拓展了生物化學的實驗課堂，開闊了學生的視野。

虛擬仿真實驗采用虛擬現實技術，對試劑配制、實驗流程和參數設置等進行可視化演示，模擬整個操作過程，并得出相應的實驗模擬結果[7]。參與實驗的學生均有機會親自嘗試虛擬實驗儀器的操作，且可以進行全過程反復多次的實驗模擬操作，借助虛擬仿真實驗平臺學生可實現全程多次練習PCR技術操作的目的，從而逐漸達到熟練掌握PCR技術操作的方法。

3．生物化學實驗教學效果評價

采取以“線上”和“線下”結合的方式評價學生的實驗成績，具體評價內容有課前任務完成評價、實驗設計及操作評價、實驗成果評價、“線上”互動情況、小組任務等。通過比對過程性成績和期末成績（表1所示），實驗班成績均高于對照班，并且差異有統計學意義（P＜0．05）。結果進一步說明基于臨床模擬實驗室的實驗教學，學生在課前即可熟悉實驗操作過程和規范，且教師能及時把控學生實驗操作情況，實驗教學效果較好。

表1 過程性成績和期末成績比較

三、臨床模擬實驗室在生物化學實驗教學中的優勢

臨床模擬實驗的環境能給人帶來逼真的視覺、聽覺感受，通過計算機的簡單操控即可實現逼真的實驗操作。移動鼠標或敲擊鍵盤操作就可以從不同的角度觀察到實驗儀器設備的特點，這樣的虛擬實驗操作對于學生有更強的吸引力，學生借助虛擬實驗操作增強了其對真實實驗操作的理解。在今天，虛擬仿真技術能將最新的科研資料和技術融入其中，虛擬實驗過程中教師的提示和講解能幫助學生豐富科研知識，增強學生在實驗過程中的思考和對專業知識的運用意識，提高實驗能力。

（一）優化實驗教學模式

臨床模擬實驗教學平臺的構建，使學生實驗時間和空間不再受限，學生利用網絡平臺可根據自身的情況選擇相應的生物化學實驗進行反復操作訓練，增加學生真實實驗的感受，提高實驗能力。借助虛擬仿真實驗，可把生物化學的科研成果轉化為實驗教學資源，例如質粒DNA提取與鑒定、目的基因克隆表達、聚合酶鏈式反應（PCR）等實驗，拓寬了生物化學實驗教學的范圍。生物化學實驗教學應用臨床模擬實驗，使實驗教學的模式在一定程度更加優化，拓展了生物化學的實驗教學的空間和時間。

（二）增強互動

通過模擬實驗室教學體系的重新構建，使功能靈活，滿足學生實驗中的隨機答疑要求。選擇答疑平臺功能模塊，學生即可實現與教師或者平臺工作人員進行互動，或通過“關鍵詞”搜索獲得相關解答，增強了互動。在虛擬仿真實驗中，學生可以從多個不同的角度觀察實驗設備的特點，使實驗的效果更加生動形象。

臨床模擬實驗中學生可根據對實驗的設想，確定實驗項目→設計實驗程序→進行實驗探索。虛擬仿真實驗教學給學生創造了一個嶄新的實驗“基地”，在這里學生實驗的積極主動性被充分調動起來，借助虛擬仿真實驗平臺使學生實驗的基本技能得到提高，同時又間接地幫助學生提高了創新能力。

（三）提高教學資源的利用率

臨床模擬實驗室的虛擬仿真實驗系統通常面對全體師生開放，并提供較全面的臨床及基礎醫學的學習資源，有助于學生開闊視野，隨時隨地的方便學生對學習資源的獲取。虛擬仿真在生物化學實驗教學中的應用，將不受時間和空間的限制，隨時利用網絡即可登錄平臺開展實驗。保障了重要實驗教學的順利進行，克服了學生分組實驗中存在的某些弊端。學生可在臨床模擬實驗室單獨進行實驗操作，并能獲得參與實際實驗操作的感受，使教學資源得以充分利用。

（四）完善實驗考核體系

傳統生物化學實驗往往依據學生實驗報告和考勤對學生進行考核，不利于教師對學生實驗操作等狀況的把握。臨床模擬實驗教學模式不但能增強師生互動，且還能夠保存學生實驗的操作實錄，教師借助于計算機保存的學生操作實錄，全方位把握學生的實驗狀況，給學生公平合理的考核評價，完善了實驗考核體系，更有利于教師有針對性地加強實驗和理論的指導。

四、結語

根據醫學檢驗專業及虛擬仿真實驗的特點，構建以“導學”為目標，以學生“虛擬+真實”實驗為主導的醫學檢驗實驗教學模式，并在生物化學實驗借助虛擬仿真技術，生動、逼真地模擬實驗操作過程，增強實驗的趣味性，激發學生動手操作的欲望，使教師隨時把握學生的實驗動態，更有針對性地給他們加強輔導。

教學實踐表明，在醫學檢驗專業開展的虛擬仿真實驗教學，豐富了生物化學實驗教學的內容，拓展了實驗教學的模式，同時有助于引領學生運用生物化學知識解決實際的問題，有效提高了實驗教學的質量。虛擬仿真實驗教學能更好地提高學生的實操技能，并一定程度上彌補真實實驗所需條件的不足，為學生的后續學習和工作打下堅實的基礎。