機能學虛擬仿真實驗教學實踐與開展現(xiàn)狀探討

周前

[摘? ? ? ? ? ?要]? 機能學虛擬仿真實驗作為一種新型的實驗教學手段，比傳統(tǒng)實驗更能促進實驗目的的達到，是對“3R”原則的踐行，同時避開了傳統(tǒng)實驗過程中的安全隱患。但作為一種虛擬的實驗系統(tǒng)，學生在其中無法完全體會實驗的真實性和復雜性，也不利于學生協(xié)作精神和科學思維能力等的培養(yǎng)，加之有的學校管理層及教師現(xiàn)代化實驗教學意識不強，所以目前機能學虛擬仿真實驗教學并沒有得到廣泛開展。因此，要增強廣大師生現(xiàn)代化實驗教學的意識，加大虛擬仿真技術在實驗教學中的應用。為了更好地提高實驗教學質(zhì)量、提升學生的綜合能力，更有效地促進機能學實驗教學目的的達到，最好采用“虛實結合”的實驗方式。

[關? ? 鍵? ?詞]? 機能學;虛擬仿真技術;教學實踐;開展現(xiàn)狀

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2020）43-0148-02

隨著現(xiàn)代信息技術的發(fā)展，虛擬仿真技術得到迅速發(fā)展，也逐漸走進校園，特別是在實驗教學中的應用逐漸得到了廣大教育工作者的接納。機能學包括生理學、藥理學、病理生理學三門基礎醫(yī)學課程。機能學實驗課的目的是通過實驗的基本知識、基本技能和基本方法的學習、訓練，驗證、鞏固已學機能學科理論知識，同時培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)，即自學能力、動手操作能力、科學思維能力和協(xié)作能力、文字表達能力等。課題組通過實驗教學實踐和問卷等方式對虛擬仿真技術在機能學實驗教學中的應用進行了研究與探討。

一、對象與方法

（一）對象

六盤水職業(yè)技術學院2018級高3康復（1、2、3、4、5、6）班學生和貴州醫(yī)科大學、遵義醫(yī)科大學、六盤水職業(yè)技術學院、安順職業(yè)技術學院、黔南民族醫(yī)學高等?？茖W校機能學教師。

（二）方法

比較教學法和問卷調(diào)查法。以藥理學實驗“地西泮的抗驚厥作用”為例，在2018級高3康復（1、2、3、4、5、6）班開展同班比較教學，先開展“傳統(tǒng)的動物實驗教學”，隨即通過機能學虛擬仿真平臺開展“虛擬仿真實驗教學”，實驗結束后調(diào)查，了解學生對兩種不同實驗方式的體驗情況，向331人發(fā)布問卷，318人答卷，答卷率為96.07%。同時通過問卷星對貴州醫(yī)科大學、遵義醫(yī)科大學等兩所本科院校及六盤水職業(yè)技術學院、安順職業(yè)技術學院、黔南民族醫(yī)學高等?？茖W校等三所高職高專院校的32名機能學教師進行了“機能學虛擬仿真實驗教學開展情況”問卷調(diào)查，了解機能學虛擬仿真實驗在各校的開展情況。采用Excel分析法對結果進行統(tǒng)計分析。

二、結果與分析

在所調(diào)查的32位機能學教師中有11位是本科院校的教師，21位是高職高專的教師，涉及臨床醫(yī)學、藥學、檢驗學、影像學、影像技術、康復治療技術及其他等專業(yè)的機能學課程的教學。從問卷結果顯示，所調(diào)查的本科院校都自建有或購買有“機能學虛擬仿真教學平臺”，11位本科院校的機能學教師中只有4位自學校建有或購買后就一直使用機能學虛擬仿真教學平臺開展仿真實驗教學，占36.36%;在所調(diào)查的21位高職高專的教師中，只有3位使用過機能學虛擬仿真教學平臺，占14.29%;在所調(diào)查的32位教師中，13位“不知道或不記得學校是否有此平臺”，占40.63%，7位是因為感覺教學效果不好，所以不常用;而對“最好的實驗方式”，7位教師認為傳統(tǒng)動物實驗方式，占21.88%，1位教師認為虛擬仿真實驗方式，占3.13%，15位教師認為傳統(tǒng)動物實驗與虛擬仿真實驗相結合，占46.88%，9位教師未作答。

三、討論

（一）虛擬仿真實驗比傳統(tǒng)實驗更能促進實驗目的的達到

隨著醫(yī)學教育的發(fā)展，醫(yī)藥衛(wèi)生專業(yè)招生人數(shù)逐年增加，不可避免地存在實驗指導老師、實驗場地面積、實驗設備及實驗耗材等相對不足，學生往往只能6～8人甚至10人一組進行實驗，大多數(shù)學生只能協(xié)助或觀摩，導致對操作過程及相關知識的理解基本還是處于似是而非的模糊層面，不能有效達到“驗證、鞏固已學理論知識”的目的。機能學虛擬實驗教學平臺是在計算機系統(tǒng)中采用虛擬現(xiàn)實技術，創(chuàng)造各種虛擬實驗環(huán)境，使學生可以像在真實的環(huán)境中一樣運用各種虛擬實驗器械和設備，對建立起來的實驗模型進行實時仿真操作[1]。借此平臺開展虛擬仿真實驗教學，不受時間、空間、實驗器械和試劑、動物耗材等限制，每個學生都可以完成整個操作過程，而且可以反復操作，更利于學生對相關知識的掌握。

（二）機能學虛擬仿真實驗教學是對“3R”原則的踐行

“3R”原則由英國動物學家Russell和微生物學家Burch于1959年出版的《人道主義實驗動物原理》一書中第一次提出[2]。目前已逐漸被接受并被運用于生物醫(yī)學研究中，且在實踐中得到進一步發(fā)展。所謂“3R”原則，即減少（reduction）、替代（replacement）和優(yōu)化（refinement）原則[3]。傳統(tǒng)的機能學實驗有許多是動物實驗，在實驗標本的制作及實驗后動物的處理方面都明顯有悖于“3R”原則和實驗用動物福利宗旨[4]。虛擬仿真實驗教學是利用虛擬現(xiàn)實技術，創(chuàng)造虛擬實驗環(huán)境，使用計算機實驗模型替代活體動物進行實時仿真操作，既達到了實驗教學的目的，又踐行了“3R”原則，其是“3R”原則與現(xiàn)代信息技術相結合的具體展現(xiàn)。

（三）存在問題與措施

1.存在問題

（1）隨著虛擬仿真技術的發(fā)展，在國家政策的引導和支持下，有的學校積極開展了虛擬仿真實驗教學平臺建設工作，不少教師也積極嘗試在機能學實驗教學中開展虛擬仿真實驗教學[5-7]，但還沒有得到廣泛開展。從調(diào)查結果顯示，有的學校特別是一些高職高專學校還沒有虛擬仿真實驗教學平臺，而購買了的學校也沒有很好應用，甚至有不少教師不知道或不記得學校有此平臺，使其成為“擺設”，可見虛擬仿真實驗教學還有待進一步推廣。

（2）虛擬仿真實驗操作過程程序化，學生無法完全體會真實實驗的復雜性，比如其結果是預期性的，讓學生不能體驗實驗的誤差或失敗，不利于學生科學思維能力的培養(yǎng)。另外，虛擬仿真實驗是單獨完成的，不利于培養(yǎng)學生的協(xié)作精神，這些都背離了機能學實驗教學的目的。從表中也可以看出，相比較而言，學生還是更喜歡看得見、摸得著的動物實驗。

2.措施

（1）要增強現(xiàn)代化實驗教學的意識，加快學校虛擬仿真實驗教學平臺建設與應用，2013年8月，教育部高教司發(fā)出《關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知》（教高司[2013]94號）[8]。2017年7月，教育部辦公廳發(fā)布了《關于2017—2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》，都旨在深入推進信息技術與高等教育實驗教學的深度融合[5]?？梢娞摂M仿真實驗教學是實驗教學發(fā)展的必然趨勢，學校管理層及機能學教師都應主動適應，跟上現(xiàn)代化實驗教學的發(fā)展。

（2）虛實結合，相互補充。傳統(tǒng)的動物實驗難以適應現(xiàn)代教育的發(fā)展，同時還涉及實驗動物保護的人道主義及存在一定的安全隱患，導致機能學實驗教學的有效開展受到很大限制，特別是2011年東北某高校實驗教學動物實驗中發(fā)生了學生感染布魯氏菌病的重大教學責任事故后，教育部辦公廳專門發(fā)文（教高廳〔2011〕1號），要求加強高等學校動物實驗安全管理工作[9]，有的學校為了安全，逐漸減少了動物實驗項目的開展，這對學生的培養(yǎng)顯然是不利的。而虛擬仿真實驗可以回避傳統(tǒng)動物實驗存在的所有問題，讓學生高效、安全地完成實驗。但虛擬仿真實驗不能完全替代傳統(tǒng)的動物實驗，如前述因其“虛”，操作過程程序化，不利于學生科學思維能力、協(xié)作精神等的培養(yǎng)。所以最好的是虛實結合的實驗方式，可以先用少量動物開展傳統(tǒng)實驗，讓學生有了真實的體驗，再到平臺上進行模擬操作，彌補動物實驗過程中的不足。二者互相補充，揚長避短，從實驗效果及對學生的培養(yǎng)方面都比單獨開展傳統(tǒng)實驗或虛擬仿真實驗更有優(yōu)勢，更益于機能學實驗目的的達到。

四、小結

通過教學實踐和調(diào)查研究顯示，機能學虛擬仿真實驗作為一種新型的實驗教學手段，比傳統(tǒng)實驗更能促進實驗目的的達到，也可以實現(xiàn)實驗動物保護的人道主義，是“3R”原則與現(xiàn)代信息技術相結合的具體展現(xiàn)，同時保證了實驗過程的安全性。但作為一種虛擬的實驗系統(tǒng)，學生在其中無法完全體會實驗的真實性和復雜性，也不利于學生協(xié)作精神和科學思維能力等的培養(yǎng)，加之有的學校管理層及教師現(xiàn)代化實驗教學意識不強，所以目前機能學虛擬仿真實驗教學并沒有得到廣泛開展。在信息技術高速發(fā)展的大環(huán)境下，廣大師生應增強現(xiàn)代化實驗教學的意識，加大虛擬仿真技術在實驗教學中的應用。為了更好地提高實驗教學質(zhì)量、提升學生的綜合能力，更有效地促進機能學實驗教學目的的達到，最好采用“虛實結合”的實驗方式，二者互相補充，揚長避短，更能實現(xiàn)信息技術與實驗教學的深度融合。

參考文獻：

[1]呂慧明.虛擬仿真實驗教學平臺在護理機能學實驗教學中的應用[J].教育教學論壇，2016，11（44）：273-274.

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[3]林揚眉.3R原則在生理學實驗教學中的應用淺析[J].衛(wèi)生職業(yè)教育，2010，28（6）：135-136.

[4]胡小敏，陳怡，楊東旭，等.機能實驗教學中對實驗動物實行“3R”原則的應用[J].中國醫(yī)學裝備，2011，8（12）：84-86.

[5]尚曼，馬德祿，焦建杰，等.藥理學虛擬仿真實驗教學平臺建設與應用[J].基礎醫(yī)學教育，2018，20（11）：1020-1022.

[6]馬艷.機能學虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)在生理學實驗教學中的應用研究[J].衛(wèi)生職業(yè)教育，2020，38（5）：98-99.

[7]齊曉娟，李光偉，盧長柱，等.醫(yī)學機能實驗學中開展虛擬仿真實驗教學的調(diào)查及分析[J].中國高等醫(yī)學教育，2019，5：92-93.

[8]曹霞，陳紅霞，張麗君，等.虛擬仿真技術在機能學實驗教學中的應用：以湖北科技學院為例[J].湖北科技學院學報，2019，39（4）：122-125.

[9]賴紅，曹永實，陳菊輝.藥學本科實驗教學中實驗動物管理規(guī)范化的現(xiàn)狀分析[J].華西藥學雜志，2019，34（5）：545-548.

編輯 張 俐