VR技術(shù)結(jié)合PBL教學(xué)法在醫(yī)用化學(xué)實驗教學(xué)中的探索

馬漢俊 趙士博 黃鎖義 韋雨忻 倪慶航

摘 要：目的：放大網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教學(xué)價值，創(chuàng)建醫(yī)用化學(xué)虛擬仿真實驗課堂，致力于培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和創(chuàng)造力。方法：將VR技術(shù)與PBL教學(xué)法進行優(yōu)勢互補并植入醫(yī)用化學(xué)的教學(xué)改革中，依據(jù)醫(yī)用化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容與特點構(gòu)建虛擬仿真實驗課堂，探究其在教學(xué)過程的應(yīng)用成效。結(jié)果：VR技術(shù)結(jié)合PBL教學(xué)法可以改變以往傳統(tǒng)教學(xué)模式的舊面貌，擴大了學(xué)生自主操作的空間并提升了學(xué)習(xí)深度，能夠發(fā)掘網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)與信息化技術(shù)的教學(xué)價值。結(jié)論：VR技術(shù)結(jié)合PBL教學(xué)法可以將網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)運用于教學(xué)改革中，使實驗教學(xué)打破了時間、空間和資源的限制，有利于提高學(xué)生的臨床思維能力和創(chuàng)新創(chuàng)造力。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù);PBL;醫(yī)用化學(xué);實驗教學(xué);科研能力

Abstract：Objective：to enlarge the teaching value of network virtual reality technology，create virtual simulation experiment class of medical chemistry，and cultivate students' scientific research ability and creativity.Methods：VR technology and PBL teaching method were complementary and implanted into the teaching reform of medical chemistry.According to the teaching content and characteristics of medical chemistry，the virtual simulation experiment classroom was constructed to explore its application effect in the teaching process.Results：VR technology combined with PBL teaching method can change the old face of the traditional teaching mode，expand the space of students' autonomous operation and enhance the depth of learning，and can explore the teaching value of network virtual technology and information technology.Conclusion：VR technology combined with PBL teaching method can apply network virtual technology to teaching reform，which breaks the limitation of time，space and resources in experimental teaching，and is conducive to improving students' clinical thinking ability and innovative creativity.

Key words：VR technology;PBL;Medical Chemistry;Experimental teaching;Scientific research ability

1 當(dāng)前醫(yī)用化學(xué)實驗教學(xué)所面臨的難題

醫(yī)用化學(xué)實驗大多是醫(yī)學(xué)科研實驗中的基礎(chǔ)內(nèi)容，是能讓醫(yī)學(xué)生成長為醫(yī)學(xué)科研人才的奠基石。然而，在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，老師過多的是以灌輸式的教學(xué)方法進行教與導(dǎo)[1]，如今許多醫(yī)用化學(xué)的教學(xué)仍未從傳統(tǒng)教學(xué)模式中解放出來，依然面臨著種種難題。首先，醫(yī)用化學(xué)實驗課程由于醫(yī)用化學(xué)本身的學(xué)時少更是被擠壓得實驗課程的時間少之又少，其次，實驗室資源的匱乏也是讓實驗教學(xué)難以展開的重要原因之一，枯燥的理論灌輸難以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，陳舊的實驗內(nèi)容也難以培育學(xué)生們的科研能力，要改變當(dāng)今醫(yī)用化學(xué)實驗教學(xué)進退兩難的局面，將網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)、信息化技術(shù)以及問題導(dǎo)向式教學(xué)法進行優(yōu)勢互補，形成創(chuàng)新型教學(xué)模式并植入醫(yī)用化學(xué)實驗教學(xué)中是醫(yī)用化學(xué)改變舊面貌榮獲新生的重中之重。

2 VR技術(shù)與PBL教學(xué)法相結(jié)合的策略

VR技術(shù)又可被稱之為網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實技術(shù)[2]，這項技術(shù)對人體的感官、感覺進行刺激，能夠圍繞人的主觀意識，對身旁的環(huán)境例如聲音、物體、光線進行模擬，讓人擁有身臨其境的感覺。PBL教學(xué)法則是以問題為導(dǎo)向，以問促教的新型教學(xué)法，注重學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中充分思考，在學(xué)習(xí)研討問題的過程，學(xué)到專業(yè)知識、解題思路等重要內(nèi)容，VR技術(shù)與PBL教學(xué)法相結(jié)合，其策略是以PBL為主，VR為輔，打造一個問題導(dǎo)向的虛擬實驗課堂，規(guī)避傳統(tǒng)教學(xué)模式中醫(yī)用化學(xué)實驗資源匱乏，實驗課程學(xué)時短的不足，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，開發(fā)學(xué)生的思維;充分利用網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實技術(shù)，模擬實驗器材、設(shè)備、裝置等高校缺乏的實驗資源。VR技術(shù)與PBL教學(xué)法相結(jié)合將側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生思考解決問題的能力以及科研能力。

3 VR技術(shù)與PBL教學(xué)法在醫(yī)用化學(xué)中的應(yīng)用

3.1 拓展學(xué)習(xí)空間，延伸科學(xué)前沿

化學(xué)，除了理論知識外，最重要的就是實驗[3]，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，醫(yī)用化學(xué)的實驗教學(xué)內(nèi)容大多是參照課本或者是陳舊的實驗，VR技術(shù)可以植入當(dāng)今科學(xué)發(fā)展前沿中最新且具有教學(xué)價值的實驗，并以虛擬情境、動畫等形式展現(xiàn)給學(xué)生，拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)空間，有更多的機會和途徑去接觸有關(guān)醫(yī)用化學(xué)的最新科研進展，增寬學(xué)生們的眼界，此外，更能虛擬出與實驗相關(guān)的器械、裝置，指導(dǎo)學(xué)生在虛擬情景中進行實驗操作，達到深刻難忘的教學(xué)效果，從醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)階段就培育學(xué)生的科研創(chuàng)新意識和科研思維能力，為將來醫(yī)學(xué)生過渡成為醫(yī)學(xué)科研人才做好鋪墊。

3.2 虛擬情景建立專業(yè)知識體系

在PBL課程開課前要專門對指導(dǎo)老師進行課前的集體備課[4]。問題為導(dǎo)引發(fā)學(xué)生的思考，以問促教的教學(xué)法對于學(xué)生來說，既有著思考的樂趣，也有著解答的挑戰(zhàn)。利用VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠打造出一個十分逼真的虛擬實驗環(huán)境，進而使學(xué)生們在虛擬實驗環(huán)境之中實現(xiàn)情景化目標(biāo)[5]。VR技術(shù)所創(chuàng)建的虛擬情景教學(xué)，可以給學(xué)生更為直觀、生動、形象的學(xué)習(xí)觀感。VR技術(shù)創(chuàng)建的虛擬情景可以讓學(xué)生學(xué)到更廣、更深的知識，并且還可根據(jù)臨床案例，模擬出與臨床貼切的實驗情景，例如根據(jù)實驗教學(xué)內(nèi)容和臨床應(yīng)用模擬出病房、手術(shù)室、檢驗室等環(huán)境，讓學(xué)生身臨其境的學(xué)習(xí)，建立起一個學(xué)以致用的專業(yè)知識體系，而不是學(xué)而不用，紙上談兵。

3.3 發(fā)散臨床思維，培育職業(yè)素養(yǎng)

在虛擬的實驗環(huán)境下，教師可以充分利用教學(xué)知識，豐富實驗內(nèi)容，綜合多種學(xué)科知識，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，擴大實驗課程的廣度和深度[6]，教師在設(shè)計教學(xué)問題的時候，可以將臨床案例融入課堂中，以臨床問題作為VR技術(shù)進行虛擬實驗環(huán)境建設(shè)的基調(diào)，促進學(xué)生發(fā)散臨床思維，沉浸到思考臨床問題中去，把所學(xué)所悟都用于與問題進行強烈碰撞，由臨床應(yīng)用進行逆向推理和逆向思維，探究出臨床應(yīng)用的來源，即醫(yī)用化學(xué)的理論知識點和實驗內(nèi)容，類似于由果及因的逆向?qū)W習(xí)，讓學(xué)生在面對臨床問題時，可以將學(xué)科知識和實驗內(nèi)容與臨床實際問題相連接，接著，讓學(xué)生在VR虛擬實驗室中自主進行實驗設(shè)計與實驗驗證，加深學(xué)生對知識的理解與運用，有助于促進學(xué)生對知識的認(rèn)知度、運用度、感悟度的提高，培育學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)并促進臨床思考能力的發(fā)展。

3.4 資源消耗小，虛擬實驗容錯率高

醫(yī)用化學(xué)實驗中涉及眾多儀器，如分光光度計、PH計、容量瓶、移液管、錐形瓶、滴定管的使用[7]。VR技術(shù)所創(chuàng)建的虛擬實驗可以有效減少現(xiàn)實實驗中的實驗耗材的使用，學(xué)習(xí)醫(yī)用化學(xué)實驗課程的學(xué)生人數(shù)是非常龐大的，虛擬實驗器材代替現(xiàn)實實驗器材將能有效節(jié)省實驗的開支，此外，實驗的安全事故發(fā)生率也能有效減低。此外，VR虛擬實驗還具備很高的容錯率，學(xué)生在實驗過程中操作失誤或者出現(xiàn)實驗失敗的現(xiàn)象，還能有機會再重新進行，不斷嘗試、總結(jié)錯誤與失誤，汲取更多的實驗經(jīng)驗，激發(fā)學(xué)生的多維思考能力，不斷地開發(fā)學(xué)生的潛力。

4 VR技術(shù)與PBL教學(xué)法在醫(yī)用化學(xué)中需注意的問題

實驗課教學(xué)準(zhǔn)備在學(xué)生原始創(chuàng)新能力、綜合分析問題能力具有重要作用[8]，網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入實驗教學(xué)改革中可以發(fā)掘其重要的教學(xué)價值，但要建設(shè)出精細精準(zhǔn)的虛擬仿真實驗課堂，這對于技術(shù)要求非常之大，例如各種數(shù)據(jù)和參數(shù)的輸入，即使有毫厘之差也可能使虛擬仿真內(nèi)容與實際情況存在天壤之別，所以在虛擬仿真實驗室的建設(shè)過程中，需要花費巨大的腦力、人力、物力，嚴(yán)格要求并建設(shè)出與現(xiàn)實相契合的虛擬仿真實驗室，讓學(xué)生真正的能夠擁有良好的學(xué)習(xí)平臺和學(xué)習(xí)體驗。此外，需要制定并完善關(guān)于虛擬仿真實驗室的使用制度與規(guī)定，雖然學(xué)生是在虛擬仿真實驗課堂上進行學(xué)習(xí)，學(xué)生擁有充分的自主自由的操作空間，但同樣需要管制和約束，以防意外事故的發(fā)生。

5 結(jié)語

國家發(fā)展和改革委員會在《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中提出了新工科教育的目標(biāo)要求，即提高學(xué)生的實踐和動手能力。醫(yī)用化學(xué)作為醫(yī)學(xué)科學(xué)研究的奠基學(xué)科，對本科生的科研能力及研究水平等方面的鍛煉成效可觀[9-10]?；赩R的PBL教學(xué)法是將網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實技術(shù)植入醫(yī)用化學(xué)實驗教學(xué)改革的不凡嘗試，表現(xiàn)出現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)和信息化技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育中的用武之地，能有效地規(guī)避傳統(tǒng)教學(xué)模式中的種種不足，打破時間、空間和資源的限制，讓醫(yī)用化學(xué)實驗課堂變得更加具有科研創(chuàng)造性，更加具有科研人才培養(yǎng)力，變得更加豐富多彩。同時，也給其他網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)和信息化技術(shù)融入到教學(xué)改革中提供一個新的研究思路，讓醫(yī)學(xué)生在基礎(chǔ)階段就能接受到與最新最前沿的醫(yī)學(xué)信息以及醫(yī)學(xué)科研成果相關(guān)的教育，有助于促進醫(yī)學(xué)技術(shù)人才和醫(yī)學(xué)科研人才的培養(yǎng)與發(fā)展。

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作者簡介：馬漢?。?998— ），男，壯族，廣西河池人，本科，主要研究方向為臨床醫(yī)學(xué);趙士博（1998— ），男，漢族，黑龍江哈爾濱人，主要研究方向為臨床醫(yī)學(xué)與高等教育研究。

*通訊作者：黃鎖義（1964— ），男，漢族，廣西南寧人，本科，二級教授，碩士研究生導(dǎo)師，右江民族醫(yī)學(xué)院科學(xué)實驗中心主任，研究方向：天然藥物化學(xué)和高等教育研究。