構建虛擬實驗與實體教學混合式實驗教學模式的探討

徐曉玲，田科偉，孫家唯

（浙江樹人學院樹蘭國際醫學院 浙江 杭州 310015）

藥理學是一門研究藥物與機體（病原體）的相互作用關系及作用規律的學科，包括藥物代謝動力學和藥物效應動力學。藥理學既是基礎醫學與臨床醫學間的橋梁，也是醫學與藥學間的橋梁，在藥品的質量研究、研發中占有舉足輕重的地位。而藥理實驗操作則是藥理學教學中一個不可分割的有機組成部分，學生根據實驗目的和需求，掌握各種實驗技術，獲取實驗數據，闡明藥物的作用關系及規律。藥理實驗是基礎理論向實踐技能訓練過渡的重要環節，重在培養實驗的設計邏輯、實踐操作、分析問題及解決問題等能力。

傳統的實驗課程常常設置于固定的實驗場地，學生于固定的時間進入操作空間，進行既定的實驗操作訓練，以達到理解實驗原理和培養實驗技能的目的。該模式雖然可通過“看、聽、觸”多感官碰撞，使學生理解實驗的目的、原理和結果，但其也存在一定的問題：①可實驗的資源有限。一些鎮靜催眠藥（如戊巴比妥鈉、地西泮）屬于違禁藥品，無法購買；一些試劑（如二氯甲烷等揮發性試劑、阿霉素等抗腫瘤藥物）毒性較大，操作時危險系數增加；一些實驗器材或耗材（如高效液相色譜-質譜聯用儀）昂貴，易損壞，增加實驗成本；一些實驗對象來源珍貴。②實驗可重復的次數有限。傳統實驗常常依賴于固有的場地和固有的實驗資源，學生無法隨時隨地獲取該資源進行實驗。即使可以實驗，常常也是單次操作，無法多次循環操作，降低了學生的實驗能力，也減弱了其對實驗原理的理解深度。③實驗資源的大量消耗。在不同層次或不同班級中進行同樣的實驗，需要準備足夠分量的實驗試劑、實驗對象，消耗了大量資源，不滿足3R原則，即減量化（reducing）、再利用（reusing）和再循環（recycling）。因此，傳統實驗課程的上課模式亟待更新。

而疫情的暴發，進一步加劇了實驗課程教學模式改革的迫切性。大量學校改用線上教學，但是與其他僅需傳授教學內容的課程不同，藥理學實驗課是一個需要通過設計，然后不斷反復實踐才能提高操作技能和理解深度的應用型課程。如何維持停課不停學的狀態，考驗著實驗課程的改革進程和深度。

虛擬仿真技術的誕生，重塑了實驗教學的環境和模式，為疫情背景下仍能保持實驗授課奠定了基礎。它是以仿真的方式給用戶創造一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維虛擬世界。它通過綜合運用虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫及網絡通信等技術，基于可視化和可動態調整的實驗操作和實驗場景，構建一個開放、自主、交互的虛擬環境，用于開展高效、安全、經濟的實驗，進而改變實驗場地、實驗儀器、實驗試劑、實驗對象的可及性，突破各種現實客觀因素帶來的限制。

虛擬仿真技術與藥理學傳統實驗課程的結合，可望為藥理研究人才培養開辟新的道路。浙江樹人大學是一所以“崇德重智，樹人為本”為校訓，重在培養高級應用型人才的學校。自2021 年學校引進虛擬仿真實驗教學軟件以來，樹蘭國際醫學院將虛擬實驗與實體教學相結合，構建了一套具有我校特色的強化學生實踐和創新能力的多維實踐教學體系。本文通過介紹虛擬實驗與實體教學混合式實驗教學模式在藥理學實驗課程中的構建和評價，以期為線上線下實驗教學提供新思路、新方法。

1 注重個性化培養，精選實驗項目

不同層次的學生對學習內容的掌握和運用能力不同，且藥理學實驗課程常涉及小鼠實驗，部分學生對處理小鼠具有較強的恐懼心理。因此，注重個性化培養，體現學生未來的崗位需求繼而因材施教，在實驗課程教學中顯得尤為重要。基于此，樹蘭國際醫學院藥理課程的教師，針對不同層次學生的現狀和需求，設置了不同的實驗內容（表1）。具體如下：

表1 不同專業的藥理學實驗設置

護理專業：在藥品選擇方面，考慮到護理具有一些特色的護理用藥，因此授課時多以護理用藥為主（如硝苯地平、卡托普利等）；在實驗內容方面，考慮到護理專業分為本科和專科，兩者在實際工作中的操作要點類似，但對于藥理的學習內容深度不同，因此實驗設置略有差異，專科學生更注重操作過程，而本科學生則需在操作完成后，增加對實驗現象的討論，并將討論結果以PPT的形式進行現場展示。

醫學檢驗專業：醫學檢驗專業在未來的工作崗位上，對于實驗的操作技能要求較高。因此在實驗操作方面，選擇難度更大一點，需要操作更加細致謹慎的實驗，如熱板法考察鎮痛作用，觀察給藥后一定的時間點下，小鼠置于熱板后舔后足或抬后足的時間。此外，增加每組小鼠的數量，以體現小鼠的個體差異和強化學生的操作技能。

臨床專業：臨床專業在未來的崗位上，對于機械性注射等技能的要求會降低，更多的是與患者的溝通，觀察患者的一些外在表現，以通過看氣色、聽聲音、問病情等來為患者診斷病情，并發散思維，尋找病因，精準治療。該診斷和對癥治療過程，考驗醫生全方位的綜合素質。因此，對于臨床專業的實驗課設置，主要是以系統教學法為主線，集生理、藥理、病理和組胚實驗于一體，全方面進行鍛煉。

2 稀缺資源的線上教學及線下訓練

未來是資源匱乏的時代，尤其是各類實驗資源，包括實驗場地、實驗儀器、實驗試劑、實驗對象等常常不可及。而經典實驗常常具有經典實驗的魅力，不能簡單地舍去。因此，對于不能通過實體教學實現的經典實驗，本學院主要通過虛擬實驗來彌補。學生可以在手機、電腦安裝虛擬仿真軟件，首先在實體教學中跟隨教師的節奏熟悉軟件，而后通過自己的操作熟練過程。在此過程中，若實驗操作失敗，學生可根據需要重新開啟實驗或線下再次開啟實驗，并多次循環訓練，深刻領悟實驗原理。若實驗過程中有任何疑難問題無法解決，可隨時截取屏幕，還原實驗現場，為后續自己或求助教師時分析問題和解決問題提供可視化依據。

以本學院醫學檢驗專業的藥理學實驗課程為例，由于腎上腺素和擬腎上腺素類藥物難以購買，但它們屬于經典的腎上腺素受體激動劑/阻斷劑，掌握它們的藥理作用及臨床應用非常關鍵。在虛擬仿真技術的幫助下，學生可以通過給家兔靜脈注射腎上腺素/去甲腎上腺素/異丙腎上腺素/酚妥拉明/乙酰膽堿，觀察家兔的收縮壓、舒張壓、脈壓和心率的變化；也可先注射規定劑量的酚妥拉明，再按規定劑量分別給家兔注射腎上腺素/去甲腎上腺素/異丙腎上腺素，觀察其收縮壓、舒張壓、脈壓和心率的變化，從而加深對腎上腺素受體激動藥和阻斷藥的理解。

3 線下與線上混合式教學

實體教學常需進行一些額外的實驗操作步驟科普和實驗內容拓展，此時，教師的單次操作演示或簡單的PPT展示并不能滿足每位同學學習的需求。因此，在實體教學過程中，本課程還會結合實驗需求，由教師首先演示操作，隨后學生自主打開虛擬仿真軟件，多次重復觀看視頻，以使操作要領熟稔于心。比如，第一次實驗開始前，由教師演示抓取小鼠和腹腔注射的方法，學生通過虛擬仿真軟件反復觀看，熟悉操作步驟的核心，隨后在實踐中檢驗技能。

4 學生實驗課考核的多樣化評價方法

傳統的實驗課程考核主要以實驗報告的評分為主，較為單一，無法體現學生之間的差異。本課程主要從考勤、平時測驗、虛擬仿真技術隨機測驗、虛擬實驗操作評分、虛擬實驗評分、實體實驗操作評分和實體實驗報告評分七個維度出發，進行多方面的綜合性評價，豐富實驗考核機制，體現學生對實驗操作技能掌握的差異和對基礎原理理解的差異。

5 教師實驗課改革的效果評價

實驗課程采用學習委員評價課堂效果、課代表收集學生反饋意見、教師自評課堂效果、教研室互相研討課堂教學及學校學院抽查課堂效果等對教學改革的效果進行多層次評價。

6 討論

藥理作為醫學與藥學連接的橋梁，對于藥品的質量研究、新藥的創制具有重要的作用。浙江樹人大學注重培養醫學應用型人才，不僅強調原理的理解掌握，也看重動手實踐的技能。傳統的實驗教學，由于實驗資源的不足甚至匱乏，不能滿足人才培養的基本目標，更不能適應疫情下的停課不停學現狀。而虛擬仿真技術正好通過構建虛擬實驗，打造可移動式實訓中心，彌補了傳統實驗教學的不足，兩者可相輔相成，共同促進學生的成長。實驗操作者通過線下教學的“看、聽、觸、聞”多感官體驗，激發實驗的興趣，加深對實驗的理解；結合虛擬的線上實驗，隨時隨地獲取各類實驗資源，無時空限制地多次循環進行實驗操作和獲取數據，為掌握、運用和革新藥理知識體系夯實基礎，為精準差異化培養藥理研究人才創新模式，為藥理學實驗改革提供方向，最終為我國藥品質量評價和新藥研發提供新思路、新方法。

經過近2 年的實踐，該混合式實驗教學模式大大增強了學生的內驅力，調動了學生的學習熱情，提高了學生發現問題、分析問題及解決問題的能力，并在不斷實踐中實現自主創新，使學生的知識內化模式從原有的填鴨式學習向自主學習轉變，能力培養形式從知識型向應用型轉變，值得推廣應用。培養應用型藥學人才是一個長期的、艱難的、需要不斷探索的過程，需要不斷實踐，在實踐中創造，在實踐中總結，在實踐中提升。