開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)融合在臨床生物化學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)教學(xué)中的探索

白 鵬紀(jì)思萌楊尚瑜郭 斌＊

（1.川北醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)系，四川 南充 637000；2.川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科，四川 南充 637000）

0 引言

色譜法是利用混合物中各組分在互不相溶兩相之間的分配差異，通過(guò)流動(dòng)相在混合物中的流動(dòng)，經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的分配平衡，實(shí)現(xiàn)混合物中各組分的分離與檢測(cè)[1，2]。色譜分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于生物化學(xué)、食品分析、醫(yī)藥研究、環(huán)境分析等各種領(lǐng)域，在臨床檢驗(yàn)中，應(yīng)用在新生兒遺傳疾病、激素水平測(cè)定、治療藥物檢測(cè)、生物胺的檢測(cè)及其他生化指標(biāo)的測(cè)定，它已是目前生化檢驗(yàn)領(lǐng)域不可或缺的重要技術(shù)和新型發(fā)展方向[3，4]。

血糖是體內(nèi)重要的能量物質(zhì)來(lái)源，本研究以糖代謝紊亂常見(jiàn)病——糖尿病為對(duì)象引入開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，結(jié)合色譜虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)在開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行實(shí)踐，通過(guò)教師引導(dǎo)，使學(xué)生自主學(xué)習(xí)及設(shè)計(jì)相關(guān)的測(cè)定方式。擬探討線(xiàn)上虛擬仿真技術(shù)和線(xiàn)下開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)模式在臨床生物化學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的可行性，以達(dá)到深化教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)知識(shí)結(jié)構(gòu)全面及綜合素質(zhì)高的檢驗(yàn)人才。

1 開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

以川北醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)系2019級(jí)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專(zhuān)業(yè)90名本科學(xué)生為研究對(duì)象，10人一組，分成9組，學(xué)生利用課余時(shí)間在教師的指導(dǎo)下協(xié)助完成開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

學(xué)生根據(jù)醫(yī)學(xué)知識(shí)和臨床資料，對(duì)患者擬定實(shí)驗(yàn)方案；明確糖尿病診斷標(biāo)準(zhǔn)，熟悉糖尿病癥；培養(yǎng)學(xué)生對(duì)糖尿病的綜合診斷能力；加強(qiáng)學(xué)生對(duì)糖尿病實(shí)驗(yàn)診斷的實(shí)踐技能訓(xùn)練；培養(yǎng)學(xué)生檢索文獻(xiàn)、探索問(wèn)題、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、撰寫(xiě)論文等方面的能力。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及內(nèi)容

了解糖尿病的分型及成因，了解糖尿病診斷中所要監(jiān)測(cè)的生化數(shù)據(jù)，了解色譜法的測(cè)定原理及分類(lèi)，掌握虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件的使用，掌握葡萄糖測(cè)定的原理、方法及儀器的使用；了解樣品的前處理等。實(shí)驗(yàn)（1）學(xué)習(xí)色譜儀的原理及操作方法，虛擬仿真軟件的操作；（2）自主完成規(guī)定生化物質(zhì)——糖的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；（3）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)方案的撰寫(xiě)及在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的操作；（4）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的問(wèn)題記錄及探索；（5）完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)寫(xiě)及總結(jié)。

1.4 實(shí)驗(yàn)安排

總學(xué)時(shí)：24學(xué)時(shí)；學(xué)時(shí)分配：教師指導(dǎo)查閱文獻(xiàn)及方案設(shè)計(jì)4學(xué)時(shí)；虛擬仿真軟件操作訓(xùn)練3學(xué)時(shí)；樣品前處理實(shí)驗(yàn)3學(xué)時(shí)；建立分析方法及樣品實(shí)際分析8學(xué)時(shí)；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及相關(guān)診斷討論4學(xué)時(shí)；實(shí)驗(yàn)論文匯報(bào)及總結(jié)2學(xué)時(shí)。

2 課程實(shí)踐

2.1 文獻(xiàn)查閱及方案設(shè)計(jì)

使學(xué)生了解開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的目的，清楚實(shí)驗(yàn)針對(duì)的研究課題，通過(guò)閱讀相關(guān)資料，使學(xué)生從中尋找感興趣的點(diǎn)，如糖尿病診斷中可以用色譜法監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目有哪些，引申在糖尿病治療過(guò)程中利用色譜法如何監(jiān)測(cè)藥物治療的效果，以及色譜法在糖尿病預(yù)防血管并發(fā)癥中的應(yīng)用等。

目的明確，進(jìn)入方案的設(shè)計(jì)。指導(dǎo)學(xué)生利用中國(guó)知網(wǎng)、萬(wàn)方、ScienceDirect等數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行關(guān)鍵詞檢索，學(xué)生結(jié)合課堂學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，檢索文獻(xiàn)后進(jìn)行文獻(xiàn)匯報(bào)，教師根據(jù)學(xué)生的匯報(bào)及實(shí)驗(yàn)的可行性確定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的初步設(shè)計(jì)，理清所需的實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)條件等，指導(dǎo)教師進(jìn)行修改，形成可實(shí)施的實(shí)驗(yàn)方案。

2.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)操作訓(xùn)練

指導(dǎo)教師講解高效液相色譜儀的原理及操作步驟，學(xué)生利用虛擬仿真平臺(tái)操作軟件，進(jìn)行相關(guān)練習(xí)，最后達(dá)到：（1）學(xué)生熟悉高效液相色譜儀的原理和儀器構(gòu)造，清楚儀器的組成和相關(guān)模塊的應(yīng)用；（2）在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的訓(xùn)練模式下，模擬操作流動(dòng)相過(guò)濾、流動(dòng)相超聲脫氣、樣品過(guò)濾、上樣、儀器開(kāi)機(jī)、排氣泡、分析方法的編輯、儀器運(yùn)行、色譜峰的分析等；（3）在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的考試模式下，學(xué)生進(jìn)行儀器的實(shí)踐模擬操作。使學(xué)生在觀看虛擬仿真軟件儀器模擬操作視頻的同時(shí)對(duì)真實(shí)操作過(guò)程有所認(rèn)知，從而掌握色譜儀的使用[5]。

2.3 樣品預(yù)處理及注意事項(xiàng)

色譜儀屬于高精度分析儀器，因此對(duì)樣品的預(yù)處理及儀器的保養(yǎng)要求嚴(yán)格。（1）樣品應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理，通常用0.45 μm或更細(xì)的膜進(jìn)行過(guò)濾，以除去微粒雜質(zhì)，確保樣品中不含顆粒體物質(zhì)。手動(dòng)進(jìn)樣時(shí)，進(jìn)樣量應(yīng)少且速度均勻。（2）流動(dòng)相必須用色譜級(jí)的，實(shí)際使用前也應(yīng)用0.45 μm或更細(xì)的膜進(jìn)行過(guò)濾。使用過(guò)程中應(yīng)避免氣泡產(chǎn)生，使用超聲波脫氣后恢復(fù)到室溫使用，水流動(dòng)相需經(jīng)常更換，防止變質(zhì)。（3）色譜柱使用前仔細(xì)閱讀說(shuō)明書(shū)，注意適用范圍等，應(yīng)使用符合要求的流動(dòng)性，在不使用色譜柱時(shí)應(yīng)用甲醇溶液沖洗，取下后密閉兩端保存，使用過(guò)程應(yīng)輕拿輕放。

2.4 實(shí)驗(yàn)方法及條件建立

教師指導(dǎo)學(xué)生建立分析方法與分析步驟；學(xué)生通過(guò)線(xiàn)下樣品預(yù)處理和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)各種參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行操作練習(xí)。通過(guò)整個(gè)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與操作，提高學(xué)生的科學(xué)思維能力和實(shí)踐操作能力。

色譜條件有以下幾點(diǎn)：色譜柱：通常采用C18柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；流動(dòng)相：流動(dòng)相甲醇（色譜級(jí)）—超純水（使用前滅菌，過(guò)0.45 μm的有機(jī)膜）的比例為78∶22；柱溫：25℃；流速：1 mL/min恒流洗脫；檢測(cè)波長(zhǎng)：254 nm；進(jìn)樣量：5 μL。全波長(zhǎng)掃描，保留時(shí)間定性，外標(biāo)法定量[6]。

2.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及相關(guān)診斷討論

出色譜圖，確定測(cè)定組分的保留時(shí)間，根據(jù)設(shè)定檢測(cè)物質(zhì)的濃度與峰面積繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算待測(cè)樣本的濃度。

2.6 實(shí)驗(yàn)論文匯報(bào)及總結(jié)

開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)結(jié)束后，以小組為單位進(jìn)行論文撰寫(xiě)。教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行論文的寫(xiě)作，學(xué)生分工合作，按照一定的論文模板進(jìn)行撰寫(xiě)，整個(gè)小組的學(xué)生每個(gè)人都會(huì)分到不同的任務(wù)，如撰寫(xiě)摘要前言、論文校對(duì)整合、匯報(bào)課件制作等。指導(dǎo)教師最后給出評(píng)價(jià)，并對(duì)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)總結(jié)及發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷。

3 結(jié)語(yǔ)

本次開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)針對(duì)自愿報(bào)名參加的90名19級(jí)大三學(xué)生開(kāi)設(shè)，課后發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷，了解本次開(kāi)放實(shí)驗(yàn)課程的具體情況，共發(fā)放90份調(diào)查問(wèn)卷，回收有效問(wèn)卷90份，本次調(diào)查具有一定的參考價(jià)值，為后續(xù)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)融合的開(kāi)設(shè)，探索前進(jìn)方向。具體優(yōu)勢(shì)性調(diào)查問(wèn)卷支持率如表1所示。

表1 優(yōu)勢(shì)性調(diào)查問(wèn)卷的支持率

通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)所有學(xué)生對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性一項(xiàng)100%表示支持，可以說(shuō)明開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的融合較傳統(tǒng)的教學(xué)模式具有一定的優(yōu)勢(shì)，更符合如今的教學(xué)改革方向，即以學(xué)生為主體，教師起到引導(dǎo)性作用，改變之前教師滿(mǎn)堂灌的“填鴨式”教學(xué)方式，充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式對(duì)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手及操作能力有所幫助，學(xué)生在得到虛擬仿真操作訓(xùn)練之后，在實(shí)際的操作中更容易上手，實(shí)驗(yàn)規(guī)范性更強(qiáng)，操作程序更加流暢。在整個(gè)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)與虛擬仿真融合的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生可以體會(huì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件及方案帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)效果，學(xué)生可大膽嘗試與探索實(shí)踐，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新與創(chuàng)造力。教師在課程中起到授學(xué)生以漁的作用，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，提升學(xué)生處理信息、分析解決問(wèn)題、勇于思考、敢于創(chuàng)新的綜合素質(zhì)，提高學(xué)生科研素養(yǎng)、邏輯思維與寫(xiě)作能力，為研究型人才培養(yǎng)及今后的科研道路打下基礎(chǔ)。綜上所述，線(xiàn)上虛擬仿真技術(shù)和線(xiàn)下開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的滿(mǎn)意度；促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論內(nèi)容的深刻理解，有效啟發(fā)學(xué)生，提高教學(xué)質(zhì)量，為創(chuàng)新教學(xué)方式指明方向，達(dá)到教改的目的[7]。