虛擬實驗在醫(yī)學實驗教學中的應用

徐博，溫娜，安英，趙麗晶，陳雪，沈楠

吉林醫(yī)藥學院，吉林吉林132013

虛擬實驗在醫(yī)學實驗教學中的應用

徐博，溫娜，安英，趙麗晶，陳雪，沈楠

吉林醫(yī)藥學院，吉林吉林132013

目的探討醫(yī)學實驗教學中引入虛擬實驗的效果。方法在2013級醫(yī)學影像專業(yè)班級中選出兩個實驗室，對其中一實驗室采用常規(guī)教學方法，調查數(shù)據(jù)記對比組；另外一個則采取虛擬實驗教學，調查數(shù)據(jù)記研究組。結果研究組理論考試平均成績?yōu)椋?2.37±1.62）分，明顯高于對比組（81.22±1.53）分，研究組學生技能考試成績、學習興趣也高于對比組。結論醫(yī)學實驗教學利用虛擬實驗可以提升學生成績和興趣。

醫(yī)學實驗；虛擬實驗；應用效果

［Abstract］Objective To study the effect of the introduction of virtual experiment in the medical experimental teaching. Methods Two laboratories in the medical imaging major in 2013 were selected，one laboratory adopted the routine teaching method，and the survey data were used as the control group；the other group adopted the virtual experimental teaching，and the survey data were used as the research group.Results The theoretical examination average score in the research group was obviously higher than that in the control group，［（92.37±1.62）marks vs（81.22±1.53）marks］，and the skill examination score and learning interest in the research group were higher than those in the control group.Conclusion The medical experimental teaching can improve the scores and interest of students by using the virtual experiment.

［Key words］Medical experiment；Virtual experiment；Application effect

虛擬實驗是21世紀最新的科技創(chuàng)造，其可以利用計算機仿真技術將虛擬的數(shù)字信息轉變?yōu)榉抡鎸嶒災Ｐ?，從而實現(xiàn)娛樂、教學、勘探等多種活動的多元化開展。將虛擬實驗與現(xiàn)代多媒體教育技術的融合已經(jīng)悄然在國內教育界實施，雖然還未在廣大醫(yī)學院校開展，但目前在我校機能實驗室所收到的效果較好。醫(yī)學實驗教學當中虛擬實驗應用的前景較大，而且還能夠有效提升學生們的興趣。該文即是對虛擬實驗在醫(yī)學實驗教學中的應用進行研究，現(xiàn)報道如下。

1　資料與方法

1.1一般資料

研究對象是從2013級醫(yī)學影像專業(yè)中選出的兩個實驗室。對比組班級內共有47名學生，其中男21人，女26人，學生年齡的最低值為20歲，最高值為23歲，中位年齡為（21.29±0.71）歲，研究前醫(yī)學機能學實驗課平均綜合成績?yōu)椋?8.69±5.28）分。研究組班級內共有49名學生，其中男19人，女30人，學生年齡的最低值為20歲，最高值為23歲，中位年齡為（21.38±0.62）歲，研究前醫(yī)學機能學實驗課平均綜合成績?yōu)椋?9.09±5.33）分。兩組學生的一般資料差異無統(tǒng)計學意義，具有可比性（P＞0.05）。

1.2方法

以學生實驗室為單位進行對比教學研究，其中一個班級采用常規(guī)教學方法開展實驗教育，數(shù)據(jù)記為對比組；另外一個班級則采用加入虛擬實驗開展，數(shù)據(jù)記為研究組。具體教學方法如下。

1.2.1常規(guī)教學方法常規(guī)教學方法就是利用黑板、多媒體進行教學，其中黑板用以書寫實驗操作流程和注意事項，多媒體則可以采用圖片或視頻片段的形式展示實驗過程。所有教學內容均在課堂上展開，由教師先進行示范，然后交由學生自行操作。在學生操作的過程中教師要進行巡查，對操作錯誤的行為進行糾正，并且在所有學生實驗操作結束后進行課堂總結。

1.2.2虛擬實驗教學方法虛擬實驗就是將黑板和粉筆完全舍棄，僅通過計算機輔助軟件、多媒體課件來完成教學。在實驗課開始前的5～7 d，由教師為學生創(chuàng)建一個網(wǎng)絡交流平臺，可以利用校園內局域網(wǎng)，也可以利用英特網(wǎng)構建。在共享平臺上發(fā)布每節(jié)實驗課的課件和實驗內容示范視頻，班級內學生則通過學號分組的方式，每個小組內包含7名學生，其中至少要包含2名男生。由小組內成員共同推舉組長，組長負責與教師的之間聯(lián)系，并通知組內成員下載、觀看課件和視頻，了解實驗課各項操作的具體細節(jié)，為課程開展提供基礎［1］。在實驗課教學過程中，鼓勵學生積極參與動手操作。教師則可以通過多媒體，讓未參與操作的同學觀看虛擬實驗操作的正確性，同時指出存在的操作缺陷和失誤，這樣就可以調動全班學生的學習興趣。在學生操作結束之后，教師則對各種失誤進行總結，由學生自己反思后解答如何改正，如不知改正方法，則可以由同小組的同學為其講解，達到學生之間的交流目的。同時利用這種互相教學的方法也可以鞏固其知識的掌握情況［2］。

1.3教學效果評價標準

期末考試成績主要分為兩個層次，其一是理論考試成績，即采用書面試卷的形式對學生進行考核，滿分為100分，60分及格。實驗技能考核則以出勤率、技能操作水平、實驗報告書寫以及實驗參與次數(shù)來衡量，滿分為100分。學生學習興趣評價則采用不記名問卷調查的方式，調查內容包括實驗知識興趣、實驗操作興趣、新知識學習興趣等，滿分為50分，其中45～50分為興趣濃厚；25～44分為感興趣；24分以下為無興趣［3］。

1.4統(tǒng)計方法

該次研究采用的是SPSS18.0統(tǒng)計學軟件對數(shù)據(jù)進行處理，采用來表示計量數(shù)據(jù)，并利用t對數(shù)據(jù)進行檢驗，采用n（%）來表示計數(shù)數(shù)據(jù)，并利用χ2進行檢驗，以P＜0.05代表數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計學意義。

2　結果

將兩組學生參與教學研究后的期末考試成績情況進行整理，并匯總制成如下表格。

表1　兩組學生理論成績和實驗技能成績分數(shù)對比［（±s），分］

表1　兩組學生理論成績和實驗技能成績分數(shù)對比［（±s），分］

組別理論知識成績實驗技能成績研究組（n = 4 9）對比組（n = 4 7）t值P值9 2 . 3 7 ± 1 . 6 2 8 1 . 2 2 ± 1 . 5 3 0 . 0 0 0 0 3 4 . 6 3 9 0 9 5 . 1 7 ± 1 . 0 3 7 9 . 6 2 ± 2 . 3 1 4 2 . 8 9 2 2 0 . 0 0 0 0

從上表當中可以看出，研究組學生理論知識、實驗技能的成績均明顯高于對比組，兩組數(shù)據(jù)差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。

表2　兩組學生學習興趣率對比表［n（%）］

從上表當中可以看出，研究組學生對實驗教學感興趣的概率明顯高于對比組，兩組數(shù)據(jù)差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。

3　討論

醫(yī)學專業(yè)的教學不同于其他學科，其不僅涉及的知識量較大，而且對于學生的自主操作技術要求非常高。我國傳統(tǒng)教學方法當中的實驗教學僅采用教師演示、學生操作的單一模式，學生對操作方法采用了死記硬背的方式，導致實驗教學與理論教學同時淪為了“應試教學”，無法有效提升學生們的學習效率。很多學生均是在畢業(yè)之后才能夠獲得實踐動手能力，這也為其適應工作帶來了一定的阻礙［4］。虛擬實驗是近幾年發(fā)展的新型計算機仿真技術，每一步都采用模擬真正實驗操作的形式，從而產(chǎn)生一個逼真的畫面效果，以達到設計、教學等多樣工作目的。

3.1虛擬實驗在實驗教學中應用的優(yōu)勢

（1）醫(yī)學實驗操作的嚴謹性非常高，而且部分實驗所需要使用的試劑、樣品等具有污染性，如操作失誤容易給學生帶來傷害，因此傳統(tǒng)教學方法當中很難完全開展實驗教學。但虛擬實驗則不同，其不僅將實驗對象虛擬化，而且所使用的試劑也同樣虛擬化表現(xiàn)，因此學生可以大膽地嘗試，不會因操作失誤而引發(fā)不良問題，使得學校實驗室事故率下降［5］。

（2）傳統(tǒng)的實驗教學僅可以在實驗室內開展，這就造成了地域和時間的局限，不符合現(xiàn)代教學多元化發(fā)展的需求。虛擬實驗則不會受到這一問題的影響，因為其是以互聯(lián)網(wǎng)絡和遠程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)作為依托，可以采用遠程登錄的方式進行訪問，無需考慮使用者所在的地點和時間。當前我校該技術發(fā)展有限，因此仍需要以實驗室為依托開展教學工作，而在今后的發(fā)展中，則不僅可以使醫(yī)學實驗操作虛擬化，還可以將教師虛擬化，從而實現(xiàn)真正的遠程在線教學，合理地利用教學時間和資源。

（3）傳統(tǒng)教學方式與其他新技術之間的交互性較弱，學生實驗操作時的直觀感不強。而虛擬實驗則可以有效改變這一缺陷，其不僅可以使音頻、視頻、圖片等素材融合在一起，而且還可以實現(xiàn)三維拼接。學生在操作時可以通過鼠標的移動轉變視覺角度，并且虛擬實驗室內的聲音也可以通過耳機傳達到學生耳中，使得虛擬效果得以同步化。在操作時，學生還可以利用鼠標對實驗器材、試劑等進行抓取，進一步增加了模擬環(huán)境的真實性。

（4）虛擬實驗基于計算機軟件功能，因此具有極好的重復利用性，同一個軟件可以為所有學生提供教學模擬，而且也不會出現(xiàn)實驗資源的浪費，所有模擬實驗材料均可以通過系統(tǒng)再次生成，降低了學校的教學成本［6］。

3.2虛擬實驗的應用前景

在開展解剖學實驗教學時，通過虛擬實驗可以打造人體三維模型，包括肌肉模型、骨骼模型、血管模型以及神經(jīng)模型等。例如實驗中要求尋找某一關節(jié)位置，學生就可以通過鼠標進行指示，并給出該關節(jié)周圍組織的名稱，教師通過計算機屏幕了解學生是否回答正確。在進行病理實驗課程中，傳統(tǒng)的方法必須使用大量的切片樣本，這些樣本的存儲較為困難，而且使用不方便。如單純采用多媒體圖片則不夠直接，學生無法直觀地對切片進行觀察。而利用虛擬實驗則可以將切片轉化為立體模型，全方位地展現(xiàn)在學生眼前，并且通過模型放大工具還可以快速放大切片，不需要使用顯微鏡操作，而且對切片當中的細節(jié)觀察更為準確。為此學校應建立切片樣本數(shù)據(jù)庫，并將部分數(shù)據(jù)實現(xiàn)網(wǎng)絡共享，使學生在課余時間也可以利用計算機進行觀察，提高了學習效率［7］。

在胚胎實驗教學過程中，學生們所接觸的主要是固定發(fā)育時期胚胎，而胚胎的發(fā)育過程則需要通過視頻來了解，就造成了觀察不直觀的情況，學生的代入感不夠強烈。而虛擬實驗不僅能夠模擬胚胎的整個發(fā)育過程，且還可以模擬子宮內環(huán)境，使學生對于胚胎發(fā)育的了解更加深入，同時不需要采用長時間的跟蹤研究，可以在幾分鐘內演示整個發(fā)育過程，既節(jié)省了時間，又節(jié)省了經(jīng)費［8］。

從該次研究結果當中可以看出，研究組學生的學習成績明顯高于對比組，而且開展虛擬實驗教學后，研究組學生對醫(yī)學實驗的興趣更大，說明這一技術不僅可以提高學生的成績，而且還可以提升其主動學習的興趣，以上研究也為今后虛擬實驗在我校其他學科應用奠定了基礎。

［1］陶清源，王巖，任浩，等.虛擬實驗在醫(yī)學實驗教學課程中的應用［J］.基礎醫(yī)學教育，2012，14（8）：627-628.

［2］侯振江，王鳳玲，李紅巖.虛擬實驗在醫(yī)學教育中的應用價值［J］.中國醫(yī)學裝備，2014，11（8）：70-72.

［3］曾怡，黃干榮，唐華英，等.將虛擬實驗應用于醫(yī)學微生物學實驗教學的體會［J］.現(xiàn)代醫(yī)藥衛(wèi)生，2011，27（9）：1436-1437.

［4］王程強，梁丹，李勝聯(lián)，等.虛擬實驗在西部地方院校毒理學實驗教學中的應用［J］.中國醫(yī)藥指南，2013（11）：786.

［5］高晶，雷鳴，張國輝.虛擬醫(yī)學實驗平臺的構建探索［J］.電子技術與軟件工程，2013（19）：104.

［6］王常智.高等醫(yī)學教學中虛擬實驗的應用［J］.中國科教創(chuàng)新導刊，2012（1）：44-45.

［7］黃志芳，李紅娟，楊紅櫻，等.虛擬實驗在解剖學實驗教學中的應用初探［J］.浙江醫(yī)學教育，2012，11（3）：17-19.

［8］朱毅.網(wǎng)絡虛擬實驗在實驗教學中的運用［J］.三峽論壇：三峽文學，2011（4）：141-144.

Application of Virtual Experiment in the Medical Experimental Teaching

XU Bo，WEN Na，AN Ying，ZHAO Li-jing，CHEN Xue，SHEN Nan
Jilin Medical College，Jilin，Jilin Province，132013 China

R-4

A

1672-5654（2016）09（b）-0128-03

10.16659/j.cnki.1672-5654.2016.26.128

2016-06-17）

徐博（1984.5-），女，吉林白山人，碩士，實驗師，研究方向：醫(yī)學機能學，藥理學。