“三位一體”教學體系在機能實驗學中的構建研究

高洪波 常燕琴 齊瑞芳 張東 王立軍 于海東

摘 要：機能實驗學是基礎醫學的重要構成部分，是鍛煉學生動手操作能力和動腦思考能力的重要課程。但傳統的動物實驗和虛擬實驗相結合的教學模式，既不能充分發揮學生的自主性和培養創新意識，也不符合早臨床、早科研的醫學教育要求。所以，我校采用動物機能實驗、人體機能實驗和虛擬仿真實驗“三位一體”的全新實驗教學體系，構建此體系既可解決動物福利問題，又能激發學生學習興趣、增加主動體驗感，建立基礎與臨床的早期聯系。

關鍵詞：三位一體；機能實驗學；教學改革

Research on the Construction of the “Three-in-One” Teaching Systemin Functional Experimentation

Gao Hongbo1 Chang Yanqin1 Qi Ruifang1 Zhang Dong1 Wang Lijun1 Yu Haidong2

（1.School of Basic Medical Sciences and Forensic Medicine，Baotou Medical College，Baotou，Inner Mongolia 014040;

（2.The Second Affiliated Hospital of Baotou Medical College，Baotou，Inner Mongolia 014031）

Abstract：Functional experimentation is an essential component of basic medical education，serving as a crucial course to hone students hands-on operational skills and cognitive thinking abilities.However，the traditional teaching model combining animal experiments and virtual simulations neither fully leverages students autonomy and fosters innovative thinking nor meets the medical education requirements for early clinical exposure and research.Hence，our college has adopted a novel experimental teaching system integrating animal functional experiments，human functional experiments，and virtual simulation experiments.The construction of this “three-in-one” system not only addresses animal welfare concerns but also ignites students interest in learning，enhances their hands-on experience，and establishes an early connection between basic and clinical studies.

Key words：Three-in-one;Functional experimentation;Educational reform

實驗教學是高等教育教學的重要組成部分，在培養具有創新精神和實踐能力的高素質人才中發揮著重要作用，它不僅是與理論教學相互協調的橋梁課程，更是培養學生創造性能力的重要過程。［1］機能實驗學是一門研究生物正常機能、疾病發生發展機制和藥物與機體相互作用規律的實驗性學科，也是基礎與臨床的橋梁課程，它更強調學科之間的交叉融合，重視新技術的應用，在對學生進行系統、規范的實驗技能訓練的同時，更加注重與臨床的緊密聯系。

包頭醫學院機能實驗室成立于20世紀90年代末，自成立以來不斷進行實驗教學改革，提高實驗教學質量，加強學生發現問題、分析問題和獨立解決問題能力的培養。隨著實驗教學儀器的不斷更新，機能實驗教學方法有了很大的改變，從單一的驗證性實驗逐漸向綜合性和設計性以及創新性實驗發展。但傳統的動物實驗與虛擬實驗相結合的模式不能充分發揮學生的自動性、增加參與體驗感和培養學生的創新意識。不符合現代醫學教育的理念，基礎醫學的實驗教學模式要既能結合臨床、貼近科研，又能充分發揮學生在實驗教學中的自主性。［2］為了能夠在減少動物實驗的大背景下還要提高教學質量，必然需要創新教學實驗方法和手段，無創型人體機能實驗將成為機能學實驗的新趨勢。基于以上原因，我校將動物機能學實驗、人體機能學實驗和虛擬仿真實驗整合成“三位一體”的機能實驗學新體系。

一、動物機能學實驗建設

（一）建立動物機能學實驗室

購置泰盟公司的BL-420N機能實驗信號采集系統，建立六間動物機能實驗室，每間實驗室配置八套BL-420N機能實驗信號采集系統。每間實驗室均能開展機能實驗學的常見實驗項目，可以滿足目前教學需要。BL-420N信號采集與處理系統相比于上一代信號采集與處理系統，引入了新的軟件平臺，可以在這個平臺上擴展出信息化、網絡化等大量新的功能；同時也擴展了硬件平臺的功能，硬件系統可以方便識別連入前端的傳感器類型，而且可以根據前端連接設備的不同擴展采樣通道數。

（二）動物機能學實驗

動物機能學實驗是機能實驗學的大本營，其主體地位不能動搖。動物實驗可以制作不同的動物模型，探討疾病發生發展的規律以及藥物治療效果的觀察和機制探討。經典動物實驗可以鍛煉學生動手操作能力，提高學生處理突發實驗狀況的能力、培養學生的團隊精神及合作能力。

二、人體機能實驗學建設

人體機能實驗的引入可以促進醫學教育中臨床與基礎教育的早期結合，既能讓學生通過相互的自身實驗真正了解基礎實驗的意義和親身體驗臨床診斷的感受，又能解決動物福利問題和符合動物3R原則。所以改變傳統的機能實驗內容，增加多器官系統的人體實驗，已成為國內各院校機能實驗教學改革的發展趨勢。

（一）建立人體機能學實驗室

人體機能實驗室建設的總體目標為：以計算機生物信號記錄為基礎，以軟件和硬件相結合的方式，構建人體實驗教學的環境。包頭醫學院購置泰盟公司的HPS-102人體生理實驗系統，共八套實驗設備，建立兩間人體機能實驗室，每間實驗室四套。建立較完善的人體機能實驗室必須包含如下的硬件設施和與之配套的實驗教學軟件。在此實驗室內，可按照人體器官系統完成如下實驗：心血管系統；呼吸系統；神經肌肉系統；泌尿系統；血液系統等實驗。

（二）人體機能學實驗

人體機能學使學生變成實驗對象，直接觀察人體機能的生理指標變化，避免動物實驗的種屬差異，大大提高了學生的探索欲望和興趣。充分發揮了學生積極性和主動性，通過對記錄數據的分析和實驗報告的書寫，強化人體指標變化與醫學機理的基礎知識，為后續臨床課程的學習奠定良好基礎。既能培養學生直接針對臨床人體生理實驗的基本實驗技能，又能探究其檢測的具體機制，提高學生運用基礎知識分析和解決實際問題能力。［3］人體機能學是醫學機能實驗學的重要部分，是動物實驗教學的有益補充，二者結合應用于實驗教學，既能提高學生的動手操作能力，又能促進基礎與臨床早期結合。［4］

三、機能虛擬仿真實驗學建設

虛擬仿真實驗室建設，既補充了動物機能學不能觀察到的一些病理生理變化現象，也拓展了部分在動物和人體不能實現操作的實驗項目。包括VMC-100 醫學機能虛擬實驗室和VSP-100虛擬標準化病人兩部分。

（一）VMC-100 醫學機能虛擬實驗室簡介

虛擬仿真實驗教學中心擁有多種管理功能，如課件上傳與學習、信息發布與統計、上傳題庫、組卷考試、在線答疑、論壇交流、資源分類管理。［5］VMC-100 醫學機能虛擬實驗室擁有168個虛擬仿真實驗項目，包含心血管系統、呼吸系統、神經與骨骼肌系統、消化系統、泌尿系統實驗等實驗項目。每個實驗項目包含實驗簡介、實驗原理介紹、實驗操作錄像、動畫模擬仿真動物的實驗操作步驟、數字模擬波形變化的實驗結果以及仿真動畫模擬考試等豐富內容。

（二）VSP-100虛擬標準化病人簡介

VSP-100虛擬標準化病人通過模擬真實病人的生理機制、病理改變、藥理作用、手術方式等多方面影響因素，展現一種人體疾病的發生、發展、治療的全過程，并通過生理模擬驅動的模擬運算，給予相對應的治療結果。VSP-100虛擬標準化病人拋棄了以往醫學虛擬軟件無參數線性使用模式，采用開放性、系統參數可調的參數模式，更加準確和貼近臨床案例，達到更好的教學效果，實現對學生進行綜合訓練的目的。

四、“三位一體”新體系的建設

將動物機能學實驗、人體機能學實驗和虛擬仿真實驗整合成“三位一體”的機能實驗學新體系，既可以減少動物實驗解決動物福利問題，又可以激發學生的學習興趣和積極性 、增加主動體驗感，從而培養學生基本實驗技能和創新能力，實現基礎與臨床的早結合。

（一）整合背景

通過神經和體液調節，人或哺乳動物的血壓是相對的穩定性。血壓的穩定性是動態的，是在不斷連續的變化而不是靜止不變的。血壓測量的方法包括直接測壓法和間接測壓法。直接測壓法是一種有創操作，如動物機能學的動脈插管測量血壓。間接測量法即袖帶加壓法，是一種無創操作，如人體機能學血壓測量及影響因素。我們將以前的影響人體血壓測量準確性的因素分析和神經體液因素對家兔心血管活動的調節兩個實驗進行整合，整合成不同動脈血壓的測量方法及影響因素，此實驗項目既包含人體機能學血壓測量實驗、動物機能學心血管活動調節實驗又包含失血性休克虛擬仿真實驗，即“三位一體”新體系。

（二）課程實施

不同動脈血壓的測量方法及影響因素實驗是一項綜合性實驗，共8個學時，其中包含4個學時動物機能學實驗，1個學時虛擬仿真實驗和3個學時人體機能學實驗。

1.課前準備

通過利用實驗教材和VMC-100 醫學機能虛擬實驗室的實驗視頻預習動脈血壓的測量及影響因素相關實驗內容和理論知識，熟悉整個實驗過程，為實驗課的順利實施打下良好的基礎。

2.課中實踐

人體機能學、動物機能學和虛擬仿真實驗三部分結合。

先進行人體機能學實驗部分，利用HPS-102人體生理實驗系統進行血壓測量及影響因素分析實驗，通過此項實驗，讓學生掌握人體血壓測量的規范方法、正常值及影響血壓測量準確性的因素。培養學生一定的基礎醫學知識和技能，為今后的醫學事業奠定必備的基礎。人體機能實驗為學生提供了一個進行自主學習、充分發揮創造力的實驗環境，既節省了實驗教學經費，又提高了學生學習興趣和實驗教學效率，有利于醫學院校學生臨床應用能力以及創新能力的培養。［6］

再進行動物機能學部分，利用BL-420N機能實驗信號采集系統進行家兔心血管活動調節實驗，通過此項實驗，讓學生熟練應用各種手術器械及掌握家兔頸部手術操作，尤其是家兔頸總動脈插管直接測量血壓的方法，觀察神經、體液因素對心血管活動的調節并分析其機制。培養學生敢于動手、細心踏實、善于觀察和歸納，實事求是，理論聯系實際，團結協作的精神和能力。人體與動物機能實驗的有機結合，既能減少實驗動物的使用數量，又能讓學生掌握人體功能變化的特點，為后續的臨床學習奠定堅實基礎。［7］

最后利用 VSP-100 虛擬標準化病人教學系統，教師在講解時引入失血性休克病例，讓學生觀察失血性休克的癥狀、發生發展規律及治療原則。通過講解讓學生對虛擬病例進行具體分析，并制定出可行的治療方案。

3.課后總結

課后復習總結，完成實驗報告。并利用虛擬實驗平臺對其所做實驗內容進一步深化和擴展，從而提高實驗課的教學質量和效果。

（三）實施效果

通過整合，三者有機結合，學生可以清楚地認識到血壓測量方法有直接測量（有創）和間接測量（無創）兩種方法，實現了人體實驗與動物實驗的結合，實際操作與虛擬仿真的結合，基礎與臨床的結合，互相取長補短，既鍛煉了動手操作能力，又貼近臨床實際，為臨床工作打下堅實的基礎，實現了早臨床多臨床的教學目標。構建該體系可以讓學生對人體機能活動的機理有更深入的理解，掌握其調節的規律，從而提高學生應用基礎醫學知識分析和解決具體臨床問題的能力。

五、結束語

本課程按照早臨床、早科研的醫學教育要求構建課程新體系，以多種資源建設為支撐，逐步建成動物機能學實驗、人體機能學實驗和虛擬仿真實驗相結合的“三位一體”的機能實驗學新體系。“三位一體”新體系不僅能為機能實驗課程更好適應新時代的發展提供一個很好的平臺，更能為提高機能實驗學教育教學質量提供保障。從課程實施中明顯看出，學生的探索興趣表現強烈，積極性、主動性得到明顯提升，我們會繼續開發設計新實驗項目，充實完善機能學實驗體系。

參考文獻：

［1］張婕，徐武.設計性實驗教學與實例分析［J］.實驗技術與管理，2007，24（11）：128-130.

［2］陳艾東，王覺進，高興亞.“三位一體”機能實驗教學新體系建設初探［J］.生理學報，2020，72（06）：724-729.

［3］郝剛，童學紅，崔茜，等.人體機能實驗室的構建與探索［J］.實驗技術與管理，2008，25（11）：166-168.

［4］張春曉，樸蓮花.機能實驗課程中人體尿生成調節實驗的實踐［J］.基礎醫學教育，2020，22（1）：56-58.

［5］董曉青.VMC-100醫學虛擬仿真實驗中心在機能實驗教學中的應用探討［J］.四川生理科學雜志，2018，40（2）：159-160.

［6］童學紅，梁雪，韓艷芳，等.人體機能實驗教學探討［J］.衛生職業教育，2018，36（13）：109-110.

［7］李利生，童學紅，董曉敏，等.人體與動物實驗相結合的機能實驗課程新型模式構建［J］.基礎醫學教育，2021，23 （2）：109-111.

（責任編輯 陳潤梅）