關(guān)于科研型研究生虛擬實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的重要性

劉曉蕾 呂良敬

摘要本文介紹了科研型研究生的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教育存在的各種客觀問題，并通過調(diào)查了解我校科研型研究生對(duì)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式改革的真實(shí)需求，進(jìn)一步闡明虛擬實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的重要性及在醫(yī)學(xué)高等院校建立虛擬實(shí)驗(yàn)室的必要性。

關(guān)鍵詞虛擬實(shí)驗(yàn)室醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教育科研型研究生教育

1 醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教育的現(xiàn)狀

（1）課時(shí)減少、教學(xué)質(zhì)量難以保證：隨著課改的進(jìn)行，提倡減少上課時(shí)間以學(xué)生能動(dòng)性學(xué)習(xí)為主，各門課的課時(shí)數(shù)都在減少，然而，在減少理論課課時(shí)的同時(shí)實(shí)驗(yàn)課的課時(shí)同樣相應(yīng)的減少，那么就面臨著這樣的問題：減少的實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容得不到學(xué)習(xí)，或者內(nèi)容不減但匆匆了事學(xué)得不精。

（2）醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)涉及的內(nèi)容大都難于理解，比較抽象，例如ELISA、PCR等現(xiàn)代醫(yī)學(xué)常用技術(shù)，學(xué)生都是從微觀水平理解其原理以進(jìn)行分析，而學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課中操作及觀察結(jié)果則是宏觀水平，即使得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，卻不能深刻體會(huì)其反應(yīng)原理，對(duì)于實(shí)驗(yàn)意義、適用范圍的理解更是不充分。

（3）現(xiàn)有的教學(xué)模式：現(xiàn)有的教學(xué)模式都是老師用有限的課時(shí)匆匆講完所學(xué)的很多內(nèi)容，上實(shí)驗(yàn)課時(shí)也是老師先講解實(shí)驗(yàn)步驟，自己再一步一步做，與其說自己做實(shí)驗(yàn)不如說體會(huì)實(shí)驗(yàn)過程，學(xué)生在其中很少能夠得到思考，只是機(jī)械地完成課程任務(wù)，這樣的教學(xué)模式無法培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性與創(chuàng)造性，更不會(huì)深刻理解教學(xué)內(nèi)容從而學(xué)以致用。

（4）課堂實(shí)驗(yàn)開展的僅僅只是一部分有代表性、易操作、經(jīng)濟(jì)、常用的簡單實(shí)驗(yàn)，對(duì)于那些需要昂貴儀器、比較耗時(shí)的實(shí)驗(yàn)大多并不開展。尤其是有些實(shí)驗(yàn)可能學(xué)生本身會(huì)很有興趣，希望親自感受而學(xué)校卻并未開展的，這無疑對(duì)于學(xué)生的積極性會(huì)起到消極作用。

（5）實(shí)驗(yàn)課的資源緊張：無論在哪門實(shí)驗(yàn)課中同學(xué)們經(jīng)常會(huì)被要求分組，從而多人共做一次實(shí)驗(yàn)，而開展的實(shí)驗(yàn)大都較為簡單可以自己獨(dú)立完成，而且有時(shí)好不容易可以共同做一次復(fù)雜實(shí)驗(yàn)，還因?yàn)橘Y源緊張而被要求做教學(xué)實(shí)驗(yàn)，沒有鍛煉機(jī)會(huì)，這些都不利于學(xué)生動(dòng)手能力的提高、對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解。

（6）醫(yī)學(xué)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與開展技術(shù)實(shí)驗(yàn)的落后：理論課上學(xué)生經(jīng)常會(huì)了解一些先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，充分學(xué)習(xí)常用的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，可是在實(shí)驗(yàn)中我們往往面對(duì)的是過時(shí)淘汰的機(jī)器，甚至有的機(jī)器自己并沒有上手調(diào)試的機(jī)會(huì)而僅僅是看，這樣就會(huì)更加打消學(xué)生的積極性，久而久之也會(huì)使學(xué)生自身產(chǎn)生懶惰、依賴心理。

2 科研型研究生的需求

經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)我?？蒲行脱芯可鷮?duì)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式改革的需求主要有下列幾方面：（1）通過理論課可以讓學(xué)生初步理解實(shí)驗(yàn)原理，了解其應(yīng)用范圍，然后通過實(shí)踐中遇到的問題進(jìn)行思考，確定自己解決相應(yīng)問題的方法。（2）學(xué)生應(yīng)該有獨(dú)立動(dòng)手的機(jī)會(huì)，可以體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中所要面臨的各種問題，積累經(jīng)驗(yàn)，即使出錯(cuò)也會(huì)找到原因進(jìn)行糾正，這樣才會(huì)不斷的強(qiáng)化、深刻理解、從而可以應(yīng)用自如。（3）無論是常規(guī)還是較先進(jìn)的技術(shù)都可以得到鍛煉，并且對(duì)于一些耗時(shí)較長、不需要觀察過程的實(shí)驗(yàn)可以忽略其過程而較快的觀察結(jié)果，省時(shí)省力。

3 虛擬實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的重要性

3.1 虛擬實(shí)驗(yàn)室（virtual laboratory）的定義

虛擬實(shí)驗(yàn)室是由計(jì)算機(jī)生成的一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。是由以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為核心的虛擬實(shí)驗(yàn)和用于運(yùn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等構(gòu)成的實(shí)驗(yàn)室。其核心虛擬實(shí)驗(yàn)是指按照實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本要求，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的各種虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣運(yùn)用各種虛擬實(shí)驗(yàn)器械和設(shè)備，對(duì)建立起來的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行實(shí)時(shí)仿真操作，完成各種預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所取得的學(xué)習(xí)或訓(xùn)練效果等值于甚至優(yōu)于在真實(shí)環(huán)境中所取得的效果。虛擬實(shí)驗(yàn)的開展符合教學(xué)現(xiàn)代化的要求，有利于學(xué)生素質(zhì)的提高。

3.2 虛擬實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)點(diǎn)

（1）多感知性：虛擬實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運(yùn)動(dòng)感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該具有人所具有的一切感知功能。由于相關(guān)技術(shù)，特別是傳感技術(shù)的限制，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運(yùn)動(dòng)等幾種。

（2）交互性：是指學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)室中用人類的自然技能實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬環(huán)境的操作。通過身體運(yùn)動(dòng)等自然技能，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境中對(duì)象的操作；運(yùn)用虛擬模擬技術(shù)計(jì)算機(jī)則根據(jù)學(xué)習(xí)者的身體運(yùn)動(dòng)等，來實(shí)時(shí)調(diào)整環(huán)境中相關(guān)對(duì)象的狀態(tài)。這種交互性可以使醫(yī)學(xué)院校在保證辦學(xué)質(zhì)量的前提下，大大降低辦學(xué)成本。

（3）現(xiàn)實(shí)性：虛擬實(shí)驗(yàn)室通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以最大限度地模擬實(shí)驗(yàn)，盡量創(chuàng)造其真實(shí)性，可以充分估計(jì)到學(xué)生操作過程中遇到的各種實(shí)際問題，例如，學(xué)生在操作過程中將試管放入離心機(jī)中，若未按要求放置，其可模擬出試管破壞，試劑損失的情景以提醒學(xué)生操作中應(yīng)注意的相關(guān)基本問題。

（4）開放性：實(shí)驗(yàn)者可以自由地進(jìn)入或退出虛擬實(shí)驗(yàn)室，具有良好的開放性。學(xué)生隨時(shí)可以進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，這成為他們預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的好幫手。增加了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)有效時(shí)數(shù)，提高了實(shí)驗(yàn)效率，對(duì)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的遠(yuǎn)程教育起到了很大的推動(dòng)作用。

雖然，虛擬實(shí)驗(yàn)室在各個(gè)方面都顯現(xiàn)出優(yōu)越性，但其也有自身的弊端。例如長期處于虛擬環(huán)境中難免會(huì)對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)驗(yàn)缺乏實(shí)物感，不能預(yù)期突發(fā)狀況；長期處于理想環(huán)境中對(duì)于提高學(xué)生的心理素質(zhì)、積累經(jīng)驗(yàn)同樣產(chǎn)生影響；對(duì)于那些需要觀察實(shí)驗(yàn)過程的實(shí)驗(yàn)也不能很好地體會(huì)。盡管如此，這些不足還是可以通過經(jīng)常進(jìn)入真正的實(shí)驗(yàn)室，切身感受實(shí)驗(yàn)過程而彌補(bǔ)。

4 結(jié)束語

實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究最重要的手段之一，科學(xué)的發(fā)展主要依賴實(shí)驗(yàn)的發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)室是一項(xiàng)非常好的教學(xué)方法，它是與許多相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域交叉、集成的產(chǎn)物。虛擬實(shí)驗(yàn)快速、方便、簡潔，比較真實(shí)地模擬了整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程, 學(xué)生不受時(shí)間和空間限制隨時(shí)可以操作實(shí)驗(yàn)，為科研型研究生提供了生動(dòng)、逼真的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生能夠成為虛擬環(huán)境的一名參與者，可以極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，突破實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，在培養(yǎng)科研型研究生的實(shí)際操作技能方面起到積極的作用并且可以接觸現(xiàn)有條件不能開展的實(shí)驗(yàn)，將理論與實(shí)踐很好地結(jié)合起來學(xué)習(xí)。建設(shè)醫(yī)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室符合當(dāng)前高校的發(fā)展方向，將為實(shí)驗(yàn)教學(xué)開辟新天地，應(yīng)該被各高校廣泛應(yīng)用，以提高高校學(xué)生的素質(zhì)。這個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力是巨大的，應(yīng)用前景也是很廣闊的。

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