虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)在醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究※

劉 俐 劉平安 李 玲 劉 璐 向 琴 胡立娟

（湖南中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，長(zhǎng)沙410208）

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)在醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究※

劉 俐 劉平安*李 玲 劉 璐 向 琴 胡立娟

（湖南中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，長(zhǎng)沙410208）

針對(duì)醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的問(wèn)題，利用新興虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)構(gòu)建虛擬教學(xué)平臺(tái)，以優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，共享實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，變革實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。倡導(dǎo)以學(xué)生為主體的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)改革，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)，逐漸掌握思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的方法，提高其創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。為高等院校培養(yǎng)高素質(zhì)、高技能的醫(yī)藥專業(yè)創(chuàng)新性人才夯實(shí)基礎(chǔ)。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)；醫(yī)學(xué)微生物學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；創(chuàng)新性人才

醫(yī)學(xué)微生物學(xué)是一門內(nèi)容繁雜、知識(shí)面廣且實(shí)踐性很強(qiáng)的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課程，實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)尤為重要。通過(guò)實(shí)驗(yàn)課，學(xué)生不但能熟悉和掌握微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本技能和研究方法，同時(shí)進(jìn)一步理解和鞏固理論知識(shí)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的飛躍[1-2]。近年，隨著高校學(xué)生的迅速擴(kuò)招，而高校教師相對(duì)緊缺，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地有限，實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備損耗增加，運(yùn)用傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式已初露弊端。為了保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高校創(chuàng)新性人才，新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段的運(yùn)用迫在眉睫。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是隨著虛擬仿真技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用而發(fā)展起來(lái)的一種新的教學(xué)手段，它具有良好的交互性，優(yōu)秀的可替代性，是信息化教學(xué)的重要組成部分[3]。利用高端的虛擬仿真技術(shù)彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中的不足，開(kāi)拓學(xué)生的創(chuàng)新思維及實(shí)踐能力，探索與研究醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式。

1 傳統(tǒng)模式下的醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 學(xué)生學(xué)習(xí)被動(dòng)教學(xué)質(zhì)量下降高校擴(kuò)招所致的學(xué)生人數(shù)劇增，加上師資緊張和場(chǎng)地有限，實(shí)驗(yàn)類型多以相對(duì)簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主。實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的限制，部分醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容被壓縮，往往采取老師在講臺(tái)上操作示教，學(xué)生圍觀的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式。這導(dǎo)致學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中沒(méi)有得到獨(dú)立思考和自主動(dòng)手的機(jī)會(huì)，不利于其對(duì)理論知識(shí)的理解和消化，當(dāng)遇到實(shí)際問(wèn)題時(shí)，往往茫然失措，無(wú)所適從[4]。這種被動(dòng)的學(xué)習(xí)方式，降低了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，學(xué)生在課堂上往往表現(xiàn)出“依葫蘆畫(huà)瓢”的態(tài)度，教學(xué)效果及教學(xué)質(zhì)量得不到保證。

1.2 學(xué)生生物安全意識(shí)薄弱實(shí)驗(yàn)內(nèi)容受限醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)對(duì)象大多是病原微生物。微生物具有肉眼不可見(jiàn)和無(wú)處不在的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)中如果不能保證嚴(yán)格的無(wú)菌操作就會(huì)造成雜菌的污染而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗[5]。然而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式采取的是教師演示型操作，因此學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的理解也是參差不齊[6]。盡管帶教老師在課堂上強(qiáng)調(diào)了生物安全的重要性，部分同學(xué)在實(shí)際操作中并沒(méi)有嚴(yán)格地進(jìn)行無(wú)菌操作。因此，為了保證實(shí)驗(yàn)的安全性，部分實(shí)驗(yàn)只能被取消而改為指導(dǎo)老師操作示教。1.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一學(xué)生興趣不濃厚具有整體性和連貫性是醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的共同特點(diǎn)。但由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)少，學(xué)生在課堂上往往只能操作實(shí)驗(yàn)中的一兩個(gè)步驟，前期準(zhǔn)備工作基本由實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員完成，學(xué)生可操作的內(nèi)容太少，學(xué)習(xí)積極性不高。醫(yī)學(xué)微生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)基本以微生物的培養(yǎng)為主，培養(yǎng)時(shí)間一般需要18～24小時(shí)，學(xué)生在課堂上并不能得到結(jié)果，而是課后自行到實(shí)驗(yàn)室觀看并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由于沒(méi)有專業(yè)老師的課后指導(dǎo)，部分同學(xué)并不關(guān)心實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，甚至實(shí)驗(yàn)失敗卻不找尋失敗原因[7]。

2 利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量

2013年，教育部開(kāi)展了國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作，并首批評(píng)審出100個(gè)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物[8]。

2.1 依托虛擬仿真技術(shù)建立創(chuàng)新式實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是指通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)利用多種虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓實(shí)驗(yàn)者能夠在接近真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，完成預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[9]。引入高科技含量的虛擬仿真技術(shù)對(duì)于醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有革命性意義。傳統(tǒng)的以教師操作演示為主的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系逐漸演變?yōu)橐詫W(xué)生主動(dòng)思考及動(dòng)手操作的設(shè)計(jì)性及綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系[10-11]。依托虛擬仿真系統(tǒng)，學(xué)生可以積極發(fā)揮主觀能動(dòng)性和思維創(chuàng)新性，為醫(yī)學(xué)院校創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)打下了基礎(chǔ)[12]。

2.2 依托虛擬仿真技術(shù)全面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容虛擬仿真技術(shù)突破了時(shí)間和空間的限制，學(xué)生可以在任何時(shí)間和地點(diǎn)利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自主選擇實(shí)驗(yàn)操作[13]。如細(xì)菌接種技術(shù)中平板劃線分離法實(shí)驗(yàn)，其步驟繁瑣，操作要領(lǐng)精細(xì)，而傳統(tǒng)的教學(xué)方式是由指導(dǎo)老師操作演示，學(xué)生圍繞觀摩，由于學(xué)生觀看的角度不同，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的理解不一，往往不能完整的掌握實(shí)驗(yàn)操作技能。利用虛擬仿真平臺(tái)，學(xué)生可以從選擇接種工具，挑取菌種，分離劃線，細(xì)菌培養(yǎng)等一系列仿真操作中得到身臨其境的體驗(yàn)（如圖1～4）。

圖1 燒灼接種杯

圖2 挑取菌種

圖3 分離劃線

圖4 細(xì)菌培養(yǎng)

又如含有結(jié)核桿菌、霍亂弧菌等高危致病性病原體的教學(xué)實(shí)驗(yàn)出于生物安全的考慮以往均不作為教學(xué)內(nèi)容的范疇。通過(guò)虛擬仿真技術(shù)，學(xué)生可以放心大膽得嘗試這些高危實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生的生物安全意識(shí)得以加強(qiáng)，學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)積極性大大提高。

2.3 依托虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)資源整合和共享利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)將真實(shí)實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，能夠反復(fù)操作，節(jié)約成本、人力和物力。通過(guò)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的分發(fā)共享功能，多種教學(xué)資源如講義、課件、多媒體圖像、習(xí)題等可優(yōu)化整合[14]。虛擬仿真技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，資源開(kāi)放共享，學(xué)生獲得的信息量大大增加，教師與學(xué)生，學(xué)生與學(xué)生之間可實(shí)時(shí)交流互動(dòng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和自主學(xué)習(xí)能力。

3 結(jié)語(yǔ)

依托虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，學(xué)生在虛擬環(huán)境中開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新性教學(xué)模式是醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的核心內(nèi)容。充分利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)，開(kāi)展受實(shí)驗(yàn)空間，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教師等因素限制的醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)，為高等院校醫(yī)藥專業(yè)創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)做出重大貢獻(xiàn)。

[1]曾怡，黃干榮，唐華英，等.將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的體會(huì)[J].現(xiàn)代醫(yī)藥衛(wèi)生，2011，27(9):1436-1437.

[2]江滟，王和，易旭.醫(yī)學(xué)微生物學(xué)的教學(xué)策略和實(shí)施[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育，2013，15(1)：3-5．

[3]李冰，馬頌華，方小霞，等.PBL與虛擬仿真結(jié)合在醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)中的探索[J].科教文匯，2015，31（8）:79-80.

[4]曾慶華.淺談在病原微生物學(xué)教學(xué)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的方法[J].當(dāng)代醫(yī)藥論叢，2015，13(8):172-173.

[5]宋木慶，趙立君，于濤.網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008，25(5):115-117．

[6]陳容容，孫益頂，魏東盛，等.多媒體虛擬仿真教學(xué)法在微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015，34(11):194-196.

[7]年四季，袁青，葉迎春，等.以培養(yǎng)實(shí)用性人才為目標(biāo)加強(qiáng)醫(yī)學(xué)微生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].科教文匯，2014，28（6）:89.

[8]徐進(jìn).2013年國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作小結(jié)及2014年申報(bào)建議[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014，33(8):1-5.

[9]李春艷，易燁.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革[J].中國(guó)管理信息化，2014，17(24)：114-115.

[10]鹿曉陽(yáng)，李明弟，李軼.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的研究與實(shí)踐——國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心和國(guó)家實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)[J].山東高等教育，2015，16 (3):42-46.

[11]桂芳，費(fèi)嫦，林梅，等.基于MES模式的微生物學(xué)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].中華醫(yī)學(xué)教育探索雜志，2015，14(10):994-997.

[12]楊曉華，吳小健，鄭建武，等.開(kāi)展自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)創(chuàng)新型醫(yī)藥專業(yè)人才[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015，34(5):155-158.

[13]胡曉松，潘克儉，張曉，等.依托虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)促進(jìn)醫(yī)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2015，209(1):6-8.

[14]胡今鴻，李鴻飛，黃濤.高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開(kāi)放共享機(jī)制探究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015，34(2):140-144.

Research on the Application of Virtual Simulation Technology in the Teaching of Medical Microbiology Experiment

LIU Li,LIU Ping'an*,LI Ling,LIU Lu,XIANG Qin,HU Lijuan
(Basic Medical Experimental Teaching Center,Hunan University of Chinese Medicine,Changsha 410208,China)

In view of the problems existing in the traditional teaching mode of medical microbiology experiment,the emerging virtual simulation technology was used to construct a virtual teaching platform,in order to optimize the experimental teaching system,experimental teaching resources were shared,and the experiment teaching methods were reformed.We advocate of students as the main body of the innovation experiment reform,arouse the students'initiative,enthusiasm and creativity,stimulate students'creative thinking and innovation awareness,gradually grasp the thinking and method to solve the problem,and improve the innovation ability and practice ability.Institutions of higher learning for the culture of high-quality,highly skilled medical professionals'innovative talents lay a solid foundation.

virtual simulation technology;medical microbiology;experimental teaching;innovative talents

10.3969/j.issn.1672-2779.2017.06.001

1672-2779（2017）-06-0001-02

：張文娟本文校對(duì)：張國(guó)民

2016-11-24）

全國(guó)教育教學(xué)“十三五”規(guī)劃課題【No：FIB160493】；湖南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題【No：XJK014AGD012，XJK015AGD008】；湖南省教育廳教改課題【No：2016-344，2015-215，221】；湖南中醫(yī)藥大學(xué)教改重點(diǎn)項(xiàng)目【No：2016-JG002】

*通訊作者：723679086@qq.com