醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討

錢(qián)頻，陽(yáng)明輝

(中南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410078)

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醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討

錢(qián)頻，陽(yáng)明輝

(中南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410078)

摘要：醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)于培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和訓(xùn)練科學(xué)方法而言，盡管傳統(tǒng)卻又極為有效。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)把實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)操作巧妙的結(jié)合在一起，既能提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，又拓寬了學(xué)生的知識(shí)面，進(jìn)一步加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、方法的理解，熟悉實(shí)驗(yàn)操作技能，增加對(duì)醫(yī)學(xué)的興趣，從而培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)；仿真實(shí)驗(yàn)；教學(xué)

醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)于培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和訓(xùn)練科學(xué)方法而言，是一個(gè)傳統(tǒng)的卻又極為有效的方式。教學(xué)主要通過(guò)學(xué)習(xí)基本化學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)和練習(xí)基本實(shí)驗(yàn)技能，初步培養(yǎng)學(xué)生的基本醫(yī)學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)思維。如何提高醫(yī)學(xué)生實(shí)驗(yàn)積極性，真正掌握基本操作，提高觀察、分析和解決問(wèn)題的實(shí)際動(dòng)手能力一直是醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的目標(biāo)[1]。醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)的建立可以成為解決上述問(wèn)題的一種很好的途徑，計(jì)算機(jī)模擬仿真解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)在時(shí)間和費(fèi)用方面存在的問(wèn)題。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)把實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)操作巧妙的結(jié)合在一起，既能提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，又拓寬了學(xué)生的知識(shí)面，進(jìn)一步加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、方法的理解，熟悉實(shí)驗(yàn)操作技能，增加對(duì)醫(yī)學(xué)的興趣，從而培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)[2]。

1建立醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)的重要性

醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)一直是生物醫(yī)學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生接觸到的第一門(mén)實(shí)驗(yàn)課程。雖然課程開(kāi)設(shè)歷史悠久，可受到教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)和實(shí)驗(yàn)成本的限制，醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)壳爸荒軅?cè)重于基本操作和基本技能的訓(xùn)練，造成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容選擇上的不足，很多與生命科學(xué)緊密相關(guān)的特色實(shí)驗(yàn)不能開(kāi)設(shè)。例如，在臨床上，溶液的滲透壓對(duì)于糾正體內(nèi)水，電解質(zhì)和酸堿平衡失調(diào)起著十分重要的作用,溶液滲透壓的測(cè)定及紅細(xì)胞形態(tài)觀察的實(shí)驗(yàn)就是專(zhuān)門(mén)針對(duì)醫(yī)學(xué)生開(kāi)設(shè)的特色基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)。對(duì)于一年級(jí)的醫(yī)學(xué)生來(lái)說(shuō)，紅細(xì)胞懸液配制操作有一定困難，紅細(xì)胞在不同滲透壓溶液中的形態(tài)變化觀察不清楚，與此同時(shí)若每人配一臺(tái)冰點(diǎn)滲透壓計(jì)的實(shí)驗(yàn)成本比較高，并且在實(shí)際操作過(guò)程中不容易掌握其使用要領(lǐng)，實(shí)驗(yàn)容易失敗，會(huì)降低學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性。然而，信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性影響，仿真實(shí)驗(yàn)就是計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展帶來(lái)的紅利，很多高校都建立了自己的重大儀器仿真實(shí)實(shí)驗(yàn)室，但在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)仿真這一塊比較薄弱。仿真實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)同樣也可以為這些特色醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)服務(wù)，可以彌補(bǔ)這種因?qū)嶒?yàn)教學(xué)資源不足而帶來(lái)的學(xué)習(xí)上的損失。學(xué)生除了學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)以外，還能初步接觸凸顯化醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)與生命科學(xué)的聯(lián)系的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

2醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

2.1醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)的移動(dòng)開(kāi)放性

普通高校實(shí)驗(yàn)只能給特定人群提供固定的時(shí)間和地點(diǎn)。而如今我們?nèi)魏稳硕伎梢酝ㄟ^(guò)網(wǎng)絡(luò)向其他任何人學(xué)習(xí)我們想要學(xué)習(xí)的幾乎任何東西。仿真實(shí)驗(yàn)正是突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，將有限的課堂轉(zhuǎn)變?yōu)闆](méi)有時(shí)空限制的移動(dòng)開(kāi)放學(xué)習(xí)。學(xué)生可隨時(shí)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)仿真實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站，登錄后即可在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上選擇將要實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目，并完成實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)、文獻(xiàn)查閱、不限次數(shù)仿真操作實(shí)驗(yàn)，最終完成實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。這將最大限度地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，最終提升自主學(xué)習(xí)能力，有效引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，將知識(shí)融會(huì)貫通，應(yīng)用于實(shí)踐，提高教學(xué)質(zhì)量。

2.2醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)的高效性

在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，為了把實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)講述清楚，教師一般需講授的時(shí)間約占實(shí)驗(yàn)課的1/4。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，教師講解階段學(xué)生注意力很難完全集中，細(xì)節(jié)性操作步驟往往被忽視。這種灌輸式教學(xué)方式不利于學(xué)生創(chuàng)新性學(xué)習(xí)，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)間減少，只重視結(jié)果，輕視過(guò)程，操作不規(guī)范。例如，在鄰二氮菲分光光度法測(cè)定鐵含量實(shí)驗(yàn)中，普通學(xué)生至少要經(jīng)過(guò)2次實(shí)驗(yàn)才能基本掌握分光光度計(jì)的使用方法，可受限于學(xué)時(shí)只能安排1次實(shí)驗(yàn)，而且還是2人一組共同完成，實(shí)驗(yàn)效果是大打折扣的。然而仿真實(shí)驗(yàn)可以反復(fù)操作，無(wú)需任何試劑和實(shí)驗(yàn)儀器，借助計(jì)算機(jī)學(xué)生能夠低成本高效率地學(xué)習(xí)該實(shí)驗(yàn)的原理，熟悉儀器的結(jié)構(gòu)。在仿真實(shí)驗(yàn)中可反復(fù)練習(xí)操作，直到完全掌握之后再進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)，教師課堂講述時(shí)間縮短，有的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)甚至可以省略，這樣學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)間相對(duì)增加，通過(guò)一次實(shí)驗(yàn)就可以熟練掌握儀器的操作。這要求學(xué)生在課前要充分預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，反復(fù)模擬實(shí)驗(yàn)操作，在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中才能把更多的時(shí)間放到實(shí)驗(yàn)問(wèn)題研究上，仔細(xì)鉆研實(shí)驗(yàn)，分析解決問(wèn)題。

3醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐

目前設(shè)計(jì)了兩個(gè)不同類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)，一個(gè)為課外補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)即溶液滲透壓的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，另一個(gè)為課堂儀器操作實(shí)驗(yàn)即鄰二氮菲分光光度法測(cè)鐵含量實(shí)驗(yàn)。它們以全新的方式將學(xué)生、實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目緊密聯(lián)系起來(lái)，使醫(yī)學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)手段、實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目上都得到了補(bǔ)充和拓展，對(duì)學(xué)生進(jìn)行醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)起到積極的促進(jìn)作用[3]。首先搭建計(jì)算機(jī)仿真的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備平臺(tái)，并在此平臺(tái)上模擬冰點(diǎn)滲透壓計(jì)和分光光度計(jì)，然后結(jié)合學(xué)院的仿真教學(xué)平臺(tái)用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)。和室內(nèi)真實(shí)儀器操作一樣，學(xué)生可以親自操作仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)備，按照相關(guān)規(guī)范完成仿真實(shí)驗(yàn)，仿真操作與動(dòng)畫(huà)顯示的緊密結(jié)合，并加入文字注解說(shuō)明，將操作步驟和相關(guān)注意事項(xiàng)同步顯示出來(lái)。計(jì)算機(jī)仿真虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備平臺(tái)建立了統(tǒng)一的試劑庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)操作庫(kù)，在這個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)備平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)一個(gè)實(shí)驗(yàn)使用多臺(tái)仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)備，而每臺(tái)實(shí)驗(yàn)設(shè)備也可以被多個(gè)不同的仿真實(shí)驗(yàn)使用。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)，將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄每位進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)同學(xué)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果，供實(shí)驗(yàn)老師對(duì)學(xué)生進(jìn)行打分。

例如，通過(guò)仿真溶液滲透壓的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，將難以觀察的過(guò)程直觀地展示出來(lái)，學(xué)生可以自由的模擬實(shí)驗(yàn)，更好地了解并掌握冰點(diǎn)滲透壓計(jì)測(cè)量溶液滲透壓的方法，觀察紅細(xì)胞在等滲溶液、低滲溶液、高滲溶液中的形態(tài)變化。學(xué)生對(duì)這樣的仿真實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)出濃厚的興趣，積極主動(dòng)地參與實(shí)驗(yàn)[4]。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)在時(shí)間和費(fèi)用方面存在的問(wèn)題，仿真實(shí)驗(yàn)成為聯(lián)系理論實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)的紐帶，使得一些難于真實(shí)開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)不再是紙上談兵，一些難以掌握操作的實(shí)驗(yàn)變得容易。利用網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)中的仿真儀器、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和圖像仿真等功能，可以讓學(xué)生身臨其境地體會(huì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使學(xué)生更快、更好地融會(huì)貫通，理解、鞏固和掌握醫(yī)學(xué)化學(xué)知識(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)生命科學(xué)的興趣。既培養(yǎng)了學(xué)生分析、解決問(wèn)題的能力和探索創(chuàng)新的科學(xué)精神，又拓寬了學(xué)生的知識(shí)面，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、創(chuàng)新性和主動(dòng)性，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及理論教學(xué)提供了新思路。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曹瑰華，席美云.化學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方法的探索與實(shí)踐[J].高等理科教育,2005(6):27-29.

[2] 劉澤良.發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的促進(jìn)作用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2011,28(7):193-197.

[3] 王偉,陳輝.虛擬現(xiàn)實(shí)在醫(yī)學(xué)教育中的運(yùn)用[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備,2009(4):98-99.

[4] 劉慧中,周金娥,李月琴,等.虛擬實(shí)驗(yàn)在醫(yī)學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2013,16(1):98-100.

(責(zé)任校對(duì)游星雅)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-5884(2016)02-0075-02

通訊作者：陽(yáng)明輝(1980- ),女，湖南衡陽(yáng)人，副教授，博士，主要從事高等教育、生物納米材料的制備并用于生物分析檢測(cè)等研究。

基金項(xiàng)目：中南大學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理研究項(xiàng)目(160260003)

收稿日期：20151008

doi:10.13582/j.cnki.1674-5884.2016.02.024