虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在病原生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的探索與實(shí)踐

摘要：目的：探討虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在病原生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用需求及教學(xué)效果。方法：以臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)2021級兩個本科生班為對象，對照班采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué)，實(shí)驗(yàn)班采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)，通過對兩班學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查和實(shí)驗(yàn)考核，了解學(xué)生對虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求及教學(xué)效果。結(jié)果：實(shí)驗(yàn)班實(shí)驗(yàn)操作考試成績高于對照班（Plt;0.05），對虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式比較認(rèn)可。結(jié)論：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驗(yàn)椴≡飳W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供豐富的教學(xué)資源，可在保留傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式基礎(chǔ)上開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真;病原生物學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)效果

隨著教育信息技術(shù)化的快速推進(jìn)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目因具有高效率、低成本、全功能和易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)勢，在眾多高校教學(xué)工作中得到越來越廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，并取得顯著的教學(xué)效果［1］。

病原生物學(xué)課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生科學(xué)思維和實(shí)踐動手能力的培養(yǎng)過程中發(fā)揮著重要的作用［2］。但是，由于受到生物安全、教學(xué)場地以及儀器設(shè)備等條件限制，一些涉及高致病性病原生物和需要特殊儀器設(shè)備的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目無法在教學(xué)過程中開展［3］。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴行Ы鉀Q生物安全和實(shí)驗(yàn)資源受限等問題，學(xué)生可通過線上實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行反復(fù)虛擬操作，不僅能夠強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)技能，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐創(chuàng)新能力。本研究在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的基礎(chǔ)上開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，探索虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在病原生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的可行性，為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1課程介紹

“病原生物學(xué)”是為本校臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)本科生開設(shè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，由“醫(yī)學(xué)微生物學(xué)”和“人體寄生蟲學(xué)”2門課程組成，主要講授與醫(yī)學(xué)有關(guān)的病原生物的生物學(xué)性狀、致病性、免疫性、生物學(xué)檢查方法以及特異性預(yù)防和治療等內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)課共26學(xué)時(shí)，每周1次課，每次4學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括實(shí)驗(yàn)室與生物安全、病原生物的形態(tài)觀察、細(xì)菌分布與分離培養(yǎng)、細(xì)菌染色標(biāo)本檢查、外界因素對細(xì)菌影響、病原性細(xì)菌綜合實(shí)驗(yàn)以及病毒分離培養(yǎng)與檢測7個模塊。

2研究對象與方法

2.1對象

以本校醫(yī)學(xué)部臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)2021級本科生為研究對象。實(shí)驗(yàn)班45人，對照班41人。兩班學(xué)生的授課教師、教材和教學(xué)學(xué)時(shí)均相同。

2.2教學(xué)方法

2.2.1對照班

采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式。教師首先根據(jù)教學(xué)目標(biāo)對實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等進(jìn)行講解，其次對重點(diǎn)操作步驟進(jìn)行示教，同時(shí)提供實(shí)驗(yàn)操作視頻供學(xué)生觀摩，再分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中，教師巡回指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后教師進(jìn)行總結(jié)和點(diǎn)評。

2.2.2實(shí)驗(yàn)班

從本校基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、智慧樹課程平臺、國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程共享平臺上精選和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容匹配度較高的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，要求學(xué)生課前預(yù)習(xí)并至少進(jìn)行1次虛擬操作。課上，教師結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對課上內(nèi)容進(jìn)行講解和示范，學(xué)生再分組進(jìn)行操作，之后教師進(jìn)行總結(jié)和點(diǎn)評。

2.3效果評價(jià)

2.3.1實(shí)驗(yàn)操作考試成績分析

實(shí)驗(yàn)操作測評考查學(xué)生對實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)的掌握情況，分別選取顯微鏡使用、病原體形態(tài)觀察、革蘭染色、病原菌分離培養(yǎng)、細(xì)菌生化反應(yīng)鑒定、藥敏實(shí)驗(yàn)6類操作項(xiàng)目，根據(jù)考核方案對學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的正確性和規(guī)范性進(jìn)行打分。

2.3.2調(diào)查問卷分析

在第1次實(shí)驗(yàn)課開始前，針對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的特點(diǎn)及對虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式需求，對兩班學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查。在實(shí)驗(yàn)課結(jié)束后針對虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，對實(shí)驗(yàn)班學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查。通過我校“學(xué)習(xí)通”線上課程平臺在線發(fā)放和收集問卷。

2.4統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用Excel處理數(shù)據(jù)，對實(shí)驗(yàn)成績用SPSS17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，組間成績采用t檢驗(yàn)，Plt;0.05具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

3結(jié)果

3.1實(shí)驗(yàn)成績結(jié)果

實(shí)驗(yàn)班操作考試的實(shí)驗(yàn)組成績?yōu)椋?0.3±2.3）分，對照班成績?yōu)椋?1.1±5.2）分，兩組學(xué)生成績具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（Plt;0.05）。實(shí)驗(yàn)考試成績分析結(jié)果見表1。

3.2調(diào)查問卷結(jié)果

（1） 學(xué)生對以往傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的認(rèn)知及對虛擬仿真教學(xué)方式需求分析

第1次病原生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課上課之前，將調(diào)查問卷發(fā)放給對照班和實(shí)驗(yàn)班學(xué)生，共發(fā)放問卷86份，回收有效問卷86份，其中男生42人，占48.8%，女生44人，占51.2%。從表2的結(jié)果可以看出，傳統(tǒng)教學(xué)方法得到了調(diào)查對象的充分認(rèn)可，尤其是有90.7%的學(xué)生通過教師的示教，能完全理解操作要點(diǎn)，但受教學(xué)場地、教學(xué)時(shí)長等限制，仍有23.3%的同學(xué)認(rèn)為缺乏足夠的實(shí)踐操作機(jī)會。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)通過創(chuàng)設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)室場景，可彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的不足，調(diào)查結(jié)果顯示有90.7%的同學(xué)有開設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的需求。學(xué)生對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法評價(jià)及對虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求的調(diào)查結(jié)果見表2。

（2） 實(shí)驗(yàn)班學(xué)生對虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的認(rèn)知調(diào)查結(jié)果

實(shí)驗(yàn)班學(xué)生對虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)認(rèn)可度高，有93.3%的學(xué)生認(rèn)為有必要開設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，有91.1%的學(xué)生認(rèn)為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)提高了學(xué)習(xí)積極性，有82.2%的學(xué)生認(rèn)為加深了對實(shí)驗(yàn)原理的理解;有95.6%的學(xué)生認(rèn)為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)有助于實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)的掌握。但有22.2%的學(xué)生認(rèn)為在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中增加虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)加重了學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，主要原因有2個方面：（1）部分學(xué)生首次使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺，對仿真系統(tǒng)的使用不夠熟練;（2）當(dāng)前選擇的虛擬仿真項(xiàng)目需要進(jìn)一步精選優(yōu)化。調(diào)查結(jié)果見表3。

4討論

病原生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課是對理論課的有效延續(xù)和補(bǔ)充，如何在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生實(shí)踐動手能力，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生綜合利用知識去分析和解決問題的能力尤為重要［45］。但是，由于病原生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特殊性，如受到生物安全和儀器設(shè)備條件的限制，一些涉及高致病性和傳染性的病原體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目無法在教學(xué)實(shí)驗(yàn)室開展，這就導(dǎo)致傳統(tǒng)的病原生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏內(nèi)容的“廣度”和“深度”，從而影響了教學(xué)效果的提升。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌騽?chuàng)設(shè)仿真的實(shí)驗(yàn)場景，學(xué)生可通過網(wǎng)絡(luò)反復(fù)進(jìn)行虛擬操作，大大強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)技能，從而能夠提高學(xué)生綜合實(shí)踐創(chuàng)新能力［6］。

對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的調(diào)查結(jié)果表明，雖然有大部分同學(xué)認(rèn)為可以在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式下明確教學(xué)目標(biāo)和領(lǐng)會操作要點(diǎn)，但仍舊有23%的同學(xué)認(rèn)為缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)操作機(jī)會，原因是教學(xué)受到實(shí)驗(yàn)材料和課堂學(xué)時(shí)的限制，不能保證學(xué)生進(jìn)行多次練習(xí)掌握操作技能。同時(shí)，有16.3%的學(xué)生表示不能完全將所學(xué)實(shí)驗(yàn)操作和技能進(jìn)行整合理解和應(yīng)用，這與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相對獨(dú)立，實(shí)驗(yàn)課時(shí)安排零散或間隔過長，并且缺乏綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開展有關(guān)。而這些結(jié)果表明，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)上，有必要開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。調(diào)查結(jié)果也顯示，兩個班級有90%以上的學(xué)生表示需要開設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。本研究將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式相結(jié)合，提高了教學(xué)效果，使用虛擬仿真教學(xué)平臺的實(shí)驗(yàn)組操作成績高于使用傳統(tǒng)教學(xué)方式的對照組。

在病原生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，虛擬仿真教學(xué)方式可作為傳統(tǒng)教學(xué)方式的有益補(bǔ)充，這種“虛實(shí)互補(bǔ)”的教學(xué)方式不僅能拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化學(xué)生的安全意識，加深學(xué)生對理論知識的理解，而且還有利于培養(yǎng)學(xué)生的臨床思維能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

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項(xiàng)目基金：湖北文理學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目（JY2022054）

作者簡介：唐一通，男，副教授，博士，研究方向：病原菌分子分型與耐藥。

通信作者：肖娜，女，高級實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向：病原菌耐藥。