研究虛擬實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放模式在醫(yī)學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

楊杉　張雪雁　馬曉峰

【摘? 要】隨著“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)計(jì)劃”的提出，精準(zhǔn)治療進(jìn)入一個(gè)嶄新的新時(shí)代，這也是當(dāng)今社會(huì)對(duì)臨床醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的需求。當(dāng)然，這無(wú)疑對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了一個(gè)新挑戰(zhàn)。以往的面對(duì)面實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅僅局限于在理論上掌握某一實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，但是實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性，課堂上傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往不能呈現(xiàn)理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。虛擬實(shí)驗(yàn)室借助于互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，成本低下，實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性，廣受各醫(yī)學(xué)院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的青睞，這對(duì)培養(yǎng)新時(shí)代醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)人才提供了必要的理論基礎(chǔ)。本文以泰盟VBL-100醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)教學(xué)為例，闡述虛擬實(shí)驗(yàn)室在整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的教學(xué)優(yōu)勢(shì)以及在醫(yī)學(xué)技能實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的建設(shè)實(shí)施，旨在構(gòu)建一體化的互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，為我國(guó)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新化發(fā)展及信息化進(jìn)程打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】虛擬實(shí)驗(yàn)室;醫(yī)學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué);泰盟VBL-100;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

【中圖分類號(hào)】G434;R-4????? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A????? 【文章編號(hào)】1004-7484（2020）09-0224-02

臨床醫(yī)學(xué)是醫(yī)學(xué)門類“一級(jí)學(xué)科”，主要研究疾病的病因、診斷、治療和預(yù)后，提高臨床治療水平，促進(jìn)人體健康的科學(xué)，通過(guò)預(yù)防和治療以最大程度上減弱疾病、減輕病人痛苦、恢復(fù)病人健康、保護(hù)勞動(dòng)力。臨床醫(yī)學(xué)是直接面對(duì)疾病、病人，對(duì)病人直接實(shí)施治療的科學(xué)^[1-2]。當(dāng)下，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，在教育教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越多，尤其在醫(yī)學(xué)院校，在很多實(shí)驗(yàn)設(shè)備或者實(shí)驗(yàn)條件無(wú)法滿足時(shí)，教師更加依賴于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”教學(xué)渠道的建立，大大提高了醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量及教學(xué)效率。泰盟VBL-100醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，已然成為醫(yī)學(xué)院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)一個(gè)成功典型案例。

一、虛擬實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)

虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)虛擬仿真與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，涵蓋了40多個(gè)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)的模擬仿真，由于模擬仿真實(shí)驗(yàn)無(wú)需實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，無(wú)需實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備即可幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)的操作步驟以及實(shí)驗(yàn)效果，可以作為機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)有益補(bǔ)充。對(duì)教師而言起到輔助教學(xué)的作用，對(duì)學(xué)生而言，則起到知識(shí)的預(yù)習(xí)、熟悉及強(qiáng)化的作用。該系統(tǒng)由儀器介紹，實(shí)驗(yàn)原理，手術(shù)操作，模擬仿真、實(shí)驗(yàn)波形以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試等部分組成，結(jié)構(gòu)完整，內(nèi)容豐富，可同時(shí)供40位同學(xué)進(jìn)行機(jī)能學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)。

與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室不同，泰盟VBL-100醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不受空間時(shí)間的限制，不需要額外的成本支出，不需要緊密的實(shí)驗(yàn)儀器，不需要嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)條件，只要有計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)的地方就可以模擬實(shí)驗(yàn)。教師可以這種虛擬實(shí)驗(yàn)方法傳授實(shí)驗(yàn)技術(shù)，學(xué)生也可以借助虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行自學(xué)。更值得一提的是，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程操控，比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室具有更高的安全性、便捷性和可持續(xù)性，實(shí)驗(yàn)素材信手拈來(lái)，可以隨時(shí)開(kāi)始或者取消實(shí)驗(yàn)，而先前已經(jīng)產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或者前期實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)會(huì)自動(dòng)保存。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放模式在醫(yī)學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

泰盟VBL-100醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)旨在解決醫(yī)學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)操作步驟。比如在進(jìn)行生理實(shí)驗(yàn)時(shí)，泰盟VBL-100醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠涵蓋包括刺激強(qiáng)度與肌肉收縮的反應(yīng)關(guān)系、刺激頻率與肌肉收縮之間的關(guān)系、神投影儀講臺(tái)、經(jīng)干動(dòng)作電位的引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)、神經(jīng)興奮傳輸速度的測(cè)定、神經(jīng)干不應(yīng)期的測(cè)定、減壓神經(jīng)放電、膈神經(jīng)放電、大腦皮層誘發(fā)點(diǎn)位、離體蛙心灌流、期前收縮與代償間歇、心肌細(xì)胞動(dòng)作電位、家兔血壓調(diào)節(jié)、家兔呼吸運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)、尿生成的影響因素、消化道平滑肌生理特性等若干種生理實(shí)驗(yàn)^[3]。這些實(shí)驗(yàn)往往因?yàn)閷?shí)驗(yàn)條件的嚴(yán)苛或者微環(huán)境的把控，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，學(xué)生往往不能接收到立項(xiàng)的實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，從而對(duì)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)失去學(xué)習(xí)興趣。在進(jìn)行藥理相關(guān)實(shí)驗(yàn)中，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以操控藥物對(duì)動(dòng)物學(xué)習(xí)記憶的影響、酸棗對(duì)小鼠的鎮(zhèn)定作用、安定的抗驚厥作用、杜冷丁的鎮(zhèn)痛作用、地塞米松對(duì)實(shí)驗(yàn)大鼠腳趾腫脹的抗炎作用、苯海拉明藥效實(shí)驗(yàn)、神經(jīng)體液因素及藥物對(duì)心血管活動(dòng)的影響、藥物急性毒性實(shí)驗(yàn)、藥物半衰期的測(cè)定、給藥劑量對(duì)藥物血濃度的影響、給藥途徑對(duì)藥物血濃度的影響、藥物在體內(nèi)的分布、肝腎功能狀態(tài)對(duì)藥物血濃度的影響、多次給藥對(duì)藥物血濃度的影響等^[4]。恰當(dāng)合理的應(yīng)用最適藥物濃度，探究藥理實(shí)驗(yàn)存在奧秘。通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，可以鼓勵(lì)學(xué)生將定量計(jì)算與微觀層次的生理、藥理過(guò)程以及宏觀層次的結(jié)果聯(lián)系起來(lái)，促進(jìn)更深層次的概念理解。因此建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)始終貫徹落實(shí)四個(gè)主流原則，包括設(shè)置情景融合的實(shí)驗(yàn)操作空間、營(yíng)造交互良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境以及形成系統(tǒng)完善的評(píng)價(jià)反饋機(jī)制。

（一）設(shè)置情景融合的實(shí)驗(yàn)操作空間

大量的醫(yī)學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)往往是抽象存在，尤其是基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，很多醫(yī)學(xué)生不能夠明白整個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟或者有的學(xué)生只知道步驟，不明白自己的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?duì)預(yù)期結(jié)果不能很好預(yù)測(cè)，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的微環(huán)境和溫度、濕度把控不到位，造成實(shí)驗(yàn)屢屢失敗。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)存在的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、物質(zhì)分析不能夠合理解釋。而且，截止目前為止，尚無(wú)一本系統(tǒng)完善的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)匯編，學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的渠道大多來(lái)自網(wǎng)上查找或者國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)。事實(shí)上，真切存在的、情景融合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)便于幫助醫(yī)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)中學(xué)到的知識(shí)與日常生活建立聯(lián)系，實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)的積極性也可以提高學(xué)生對(duì)理論課學(xué)習(xí)的積極性，增加師生關(guān)系，促進(jìn)課堂互動(dòng)。大量文獻(xiàn)提出，獨(dú)具生面的情景化教學(xué)可以幫助學(xué)生更容易主動(dòng)學(xué)習(xí)、更方便記憶和再學(xué)習(xí)，能夠讓學(xué)生從長(zhǎng)遠(yuǎn)獲益^[5]。

（二）營(yíng)造交互良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境

在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，交互良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境也是學(xué)生學(xué)好實(shí)驗(yàn)必不可少的實(shí)驗(yàn)條件，一個(gè)良好的交互環(huán)境能夠培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，更加有助于提升對(duì)未來(lái)臨床工作的積極性。新時(shí)代教育理念提倡學(xué)生自主提出問(wèn)題、自發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路，最后從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，最重要的該實(shí)驗(yàn)結(jié)論對(duì)臨床工作的幫助，對(duì)于指導(dǎo)臨床治療有什么建設(shè)性的意義。目前的現(xiàn)實(shí)情況迫切需要學(xué)生可以足夠適應(yīng)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，熟悉掌握基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)相關(guān)系統(tǒng)操作、臨床實(shí)驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)收集以及最終結(jié)果的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。這就對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)性交互環(huán)境提出了更加嚴(yán)格的要求。良好有序的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠?qū)⒔虒W(xué)需求合理的嵌入其中。當(dāng)然，這不是簡(jiǎn)單意義上的對(duì)課堂知識(shí)的取而代之，而是給學(xué)生營(yíng)造良好的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)環(huán)境，讓他們能夠?qū)⒆约涸谡n堂所學(xué)與實(shí)驗(yàn)操作有機(jī)的結(jié)合起來(lái)。虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)思路自主分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件分析結(jié)果的偏差。通過(guò)遠(yuǎn)程操控向?qū)W生及老師反饋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在很大程度上降低了枯燥的課堂管理問(wèn)題。

（三）形成系統(tǒng)完善的評(píng)價(jià)反饋機(jī)制

在實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)中，實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性也是實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果的必要要求，對(duì)于經(jīng)常實(shí)驗(yàn)失敗，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)的反思評(píng)價(jià)就顯得尤為重要。利用虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)，可以有效激勵(lì)醫(yī)學(xué)生努力從剛剛的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中尋找導(dǎo)致可能失敗的一切可能，及時(shí)從自己的記憶庫(kù)中搜尋彌補(bǔ)信息。虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所反饋的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)也能夠很大程度上幫助學(xué)生擺脫以往陳舊的實(shí)驗(yàn)思路，推陳出新，提出適宜該實(shí)驗(yàn)的專屬實(shí)驗(yàn)流程。在此過(guò)程中，教師的引導(dǎo)也非常重要，但是實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的不可預(yù)測(cè)性，教師往往也束手無(wú)策，但是虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建，可以在很大程度上幫助老師形成實(shí)驗(yàn)誤導(dǎo)框架，教師的及時(shí)總結(jié)歸納可以讓學(xué)生少走彎路，增加實(shí)驗(yàn)的成功率。當(dāng)一節(jié)實(shí)驗(yàn)課結(jié)束后，教師系統(tǒng)的點(diǎn)評(píng)以及虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及時(shí)的反饋裝置能夠幫助學(xué)生增加對(duì)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的求知欲與滿足感。

結(jié)語(yǔ)

故臨床醫(yī)學(xué)不是僅局限于理論學(xué)習(xí)，而更多的是將理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)技術(shù)、臨床技術(shù)相結(jié)合。臨床醫(yī)學(xué)需要大量的臨床實(shí)踐，需要擁有較高理論專業(yè)知識(shí)和操作專業(yè)技能。而在學(xué)校學(xué)習(xí)階段形成的實(shí)驗(yàn)思維，在一定程度上激發(fā)學(xué)生的邏輯思考能力，為以后的臨床工作添磚加瓦。

虛擬實(shí)驗(yàn)室具有很多優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)整個(gè)構(gòu)思過(guò)程中都起著不可替代的作用，而且，目前有些高校已經(jīng)采用虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，已經(jīng)形成的工作基礎(chǔ)和適宜性技術(shù)為其他高校虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。虛擬實(shí)驗(yàn)室能夠在學(xué)習(xí)過(guò)程的結(jié)構(gòu)和完善的課程中系統(tǒng)地勝任實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

參考文獻(xiàn)

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