虛擬仿真項目助力實驗教學的實踐與探索

黃 晨， 胡優敏， 劉 燕， 倪雯雯， 馮雪梅， 王艷霞

（上海交通大學醫學院基礎醫學實驗教學中心，上海 200025）

0 引言

2022年3月初上海突發新冠疫情，根據上海市教育系統新冠肺炎疫情防控領導小組辦公室統一部署，3月中旬，上海交通大學醫學院正式轉入準封閉管理狀態后，全面啟動本科生、研究生線上教學。醫學功能學實驗是一門以功能系統為單位，貫穿多學科的整合式醫學實踐課程［1］，本學期覆蓋了2019 級臨床八年制、19 級渥太華、20 級預防以及20 級護理、營養和檢驗等18 個班級，時間緊迫，任務繁重。為保證教學正常順利進行，本校功能學實驗課立即轉為線上教學。根據線上教學的要求，結合功能學實驗課程的教學目標進行緊急備課，針對原先制定的課程安排科學融合合適的虛擬仿真項目，助力完成線上實驗教學。

1 線上實驗教學的實施

1.1 課前準備

（1）優選線上資源。醫學魔課曾在2020年與我校合作完成線上實驗教學工作，具備及時解決醫學實驗教學課程中出現的各類問題的豐富經驗［2-4］。平臺中包含機能學實驗81 項，其中有10 項為我功能學平臺與夢之路公司自主合作開發完成，與本學期對應班級課程安排高度吻合［5-6］。實驗空間（http：∥www.ilab-x.com／）是國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺，具有非常豐富的實驗教學資源［7-9］。兩大平臺所包含的虛擬仿真項目為我校功能學線上開展實驗教學提供了很好的保障。

本教學團隊教師根據功能學實驗的教學大綱的要求，優先使用本團隊自己開發的虛擬仿真項目，同時迅速搜尋線下課程所對應的其他高校開發的相關虛擬仿真實驗項目，并提前體驗和總結這些項目的使用效果，反復對比，選擇最合適的實驗項目以供學生學習，如表1 所示。

表1 功能學實驗線上課程匯總及安排

（2）虛擬實驗項目與線下實驗融合。帶課教師提前將虛擬實驗課程按照“器官系統”編排，分別置于與之相對應的器官系統實驗教學中，并結合虛擬實驗項目內容編寫教案和PPT，整合形成較為完整的線上教學內容，以供學生更為全面地進行學習、消化和吸收。上課前將學習內容和要求、學習視頻、課件發布在超星學習通平臺以供學生預習。

1.2 課上實施

在實驗課上，教師可選擇在超星或班級微信群發布當日課程要求，學生在規定學時時間內完成相應虛擬實驗項目，如操作虛擬實驗過程中遇到問題，可隨時在微信群中與老師或其他同學進行實時交流；如遇到相關技術問題，也可直接聯系醫學魔課技術人員，盡快解決，保障整個實驗過程的順利進行。在課程即將結束前，教師應即時總結本節課本班級學生的重難知識點形成思考題，引導學生在課后結合虛擬實驗并查閱復習理論知識，做出回答，并利用超星平臺發布作業，思考題回答部分均需體現在實驗報告中。

1.3 課后報告

每位學生在實驗結束后，需結合教師編寫的PPT、功能學實驗教材和虛擬實驗項目等學習資源整理形成一份完整的實驗報告，包括實驗名稱、目的、原理、步驟、觀察項目、實驗結果及結果分析、思考題等內容。教師在批改時關注學生在“實驗原理和步驟以及觀察項目”部分思路是否清晰明朗，著重關注學生在“實驗結果及結果分析”部分是否能結合虛擬實驗項目內容和查閱參考文獻進行合理推測和分析，以及學生在“思考題”部分是否能走出實驗誤區或理論誤區，并針對每一份學生實驗報告給出相應的點評和綜合評分。

2 實驗設計與考核

2.1 實驗設計

拓展性設計實驗是指由教師指定的實驗平臺條件下，學生以小組為單位在課下完成從實驗設計、實驗操作到結果分析與論文撰寫的全過程［10］。本學期課程中包含有兩次設計實驗，分別為休克拓展實驗設計和自主實驗設計，兩次設計實驗的設計過程與虛擬實驗項目密不可分，如表1 中序號2 和5 中所示。

（1）休克拓展實驗設計。該設計原先要求學生的實驗操作過程應在一次實驗課內（6 個學時）完成，學生可自主設計失血性休克實驗方案，包括失血程度、搶救措施和實驗觀察指標的設立等。設計方案經指導教師修改和同意后，在實驗課內完成實驗操作和結果分析等過程，并用多媒體匯報與討論實驗結果。因為疫情影響，學生不能在課堂操作實驗，故本此課堂實操改為實驗空間（http：∥www. ilab-x. com／）中寧夏醫科大學設計開發的一流課程“失血性休克及其搶救虛擬仿真實驗”，并輔以醫學魔課（https：∥moec. yxsypt.com／）中南華大學設計的優質課程“臨床案例導向的家兔燒傷后DIC 虛擬仿真實驗”，學生可通過對這兩個虛擬實驗的學習和探索，并參考中英文文獻中實驗結果形成預實驗結果和結果分析，進而自行設計不同類型失血性休克的病理模型，完成失血性休克的造病、治療和死亡的全過程，觀察休克和抗休克時動物的血流動力學變化特點和機體的功能、代謝變化，分析和掌握休克發生與抗休克治療的主要機制以及對機體的影響。隨后每組形成一份完整的實驗設計報告和PPT，用5 個學時匯報討論。

（2）自主實驗設計。自主實驗設計是以“缺氧、低氧”這個寬命題引出相關科學問題和假說，借助功能學、分子生物學、病原微生物、形態、免疫組化等多領域的技術手段對所建立的假說進行全面考慮并作出的周密安排、詳細計劃，設計中應體現“正常生理—病理生理變化—藥物干預”的臨床思維。我校本科一流課程“基于ESP 智能模擬病人的缺氧病理生理學實驗”包含基礎實驗、虛擬仿真實訓和探究拓展三方面模塊，學生通過多模塊遞升式學習，不僅能獲得清晰的思維路徑、扎實的知識記憶和規范的技能操作，還可實現從“實驗臺到病床（bench to bed）”的邏輯思維轉變，對自主實驗設計的順利完成具有非常積極的效果。

2.2 考核評價

本次疫情突發，原定于線下的操作考試無法開展，經醫學院教務處和功能學團隊會議商討決定調整考核方式，取消操作考試，更改綜合評價占比分數，主要包括以下內容：

（1）虛擬仿真實驗項目。根據學生掌握虛擬實驗的操作情況，系統后臺自動記錄學生每一次實驗的成績，占比40%；

（2）休克拓展實驗設計和自主實驗設計。根據實驗設計內容和答辯表現分別占比15%，共占比30%；

（3）實驗報告。在虛擬仿真實驗內容完成后，學生需在超星平臺提交電子版實驗報告，主要包括實驗目的、原理、步驟、觀察項目、結果和其分析以及思考題等，共占比30%。

2.3 項目實施后的評價

本學期線上教學工作已圓滿完成。課程結束后，團隊老師通過問卷調查進行評估，課程反饋良好。參與問卷學生人數為131 人，80.15%學生認為通過“功能學實驗課程”線上網課學習后，在自主學習能力加強方面收獲大；79.39%學生認為非常好地加深和鞏固了相關理論知識；分析問題與解決問題的能力、小組凝聚力和協作力以及“愛護動物，珍惜生命”的意識等方面也得到了較好地增強，具體反饋如表2 所示。70%以上學生表示，線上教學在無空間時間限制、可以重復學習等方面占據了絕對的優勢。

表2 課程評價表

但值得關注的是，高達92%的學生表示線上與線下教學有差別，55%學生更是表示差別很大，重點體現在缺乏動手實操、實驗現象無法直接觀察、無法與老師面對面交流等，直接或間接影響著其學習興趣和效率。

3 結語

2020年及2022年新冠疫情促使全國高校開展線上教學，經過近2年的線上教學模式改革，逐步完善。線上教學的優勢很明顯，不受限于時間空間、可重復多次學習，靈活度高，可培養學生的自主學習能力和獨立分析問題解決問題的能力［11-13］。但線上實驗教學的局限性也需要關注，在線學習無法真正代替學生與老師之間面對面互動交流，虛擬仿真實驗也無法真正代替動手實操［14］。國外疫情形勢依然嚴峻，仍有留學生不能進校上課，繼續在線學習。本校于2014年入選國家級虛擬仿真實驗教學中心單位，擁有領先全國其他醫學院校的虛擬仿真實驗教師團隊以及經驗［15］。在后疫情時代，實驗教學示范中心如何在充分發揮虛擬仿真實驗教學項目功能的同時，回歸實驗教學的本質，線上虛擬仿真與線下實操并重［16］以及如何繼續推進和優化在線教學模式，提高線上學生的學習質量和效果以及如何發揮在線教學優勢并融合到線下課堂教學中，都是未來應思考的重要改革方向。

致謝：感謝2019 級臨床八年制專業所有同學的參與！