虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在臨床生物化學(xué)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用與探索

張曉磊，侯麗娟，張效云，徐志偉，韓 瑞，董明綱

(河北北方學(xué)院生物化學(xué)教研室，河北 張家口 075000)

-虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是指通過多媒體、仿真和虛擬實(shí)境等技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)各操作環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬和仿真，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)將現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)互換、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)組合成高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[1-3]。

臨床生物化學(xué)檢驗(yàn)是高等醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)專業(yè)的主干學(xué)科之一，是在研究人體健康和疾病的生物化學(xué)過程變化基礎(chǔ)上，利用物理學(xué)、化學(xué)、生物化學(xué)、免疫學(xué)、遺傳學(xué)等學(xué)科的技術(shù)理論來檢測(cè)血液、尿液、腦脊液等標(biāo)本中的化學(xué)物質(zhì)的量和質(zhì)的變化，為臨床醫(yī)生進(jìn)行疾病診斷、病情監(jiān)測(cè)、療效觀察及預(yù)后判斷等提供信息[4]。這門課程的理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)難度高，理解困難。當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，可將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與線上教學(xué)結(jié)合，將虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境融入現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅可以使學(xué)生產(chǎn)生身臨其境的感覺，還能使學(xué)生的知識(shí)面更加豐富，便于學(xué)生更好地學(xué)習(xí)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2018級(jí)檢驗(yàn)本科1～6班的240名學(xué)生，按照班級(jí)分為2組，1～3班作為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)組，4～6班作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)照組。

1.2 方法

通過考核學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作對(duì)其進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，以“全自動(dòng)生化分析儀的操作”為題，將采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)組，將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)生作為對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)組同學(xué)按照實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)入全自動(dòng)生化分析儀的虛擬仿真操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)分為“練習(xí)模式”和“考核模式”，學(xué)生首先在“練習(xí)模式”中完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)操作的學(xué)習(xí)，這一模式包括檢驗(yàn)工作人員的準(zhǔn)備工作、患者進(jìn)行靜脈采血、樣品離心、樣品開蓋、操作前檢查、生化分析儀開機(jī)、開機(jī)后儀器的維護(hù)、檢查試劑、檢查清洗液、校準(zhǔn)定標(biāo)、質(zhì)控、標(biāo)本分析、打印報(bào)告單、儀器常規(guī)維護(hù)、關(guān)機(jī)維護(hù)，共15個(gè)界面，“練習(xí)模式”結(jié)束后學(xué)生可進(jìn)入“考核模式”進(jìn)行考核，得到實(shí)驗(yàn)成績(jī)。對(duì)照組學(xué)生按教學(xué)要求自主操作，教師按照學(xué)生操作的規(guī)范性、準(zhǔn)確性進(jìn)行評(píng)分，評(píng)價(jià)學(xué)生完整的實(shí)驗(yàn)操作，得到實(shí)驗(yàn)成績(jī)。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)完成后發(fā)放滿意度調(diào)查問卷，通過問卷調(diào)查了解實(shí)驗(yàn)組學(xué)生和對(duì)照組學(xué)生對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開展的主觀感受，評(píng)價(jià)其效果。問卷設(shè)置了8個(gè)單項(xiàng)選擇問題，每題有3個(gè)選項(xiàng)，分別是“滿意”、“一般”、“不滿意”。調(diào)查結(jié)果以各個(gè)答案/全部答案總數(shù)的百分率來表示。本次調(diào)查問卷共發(fā)放240份。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 18.0分析數(shù)據(jù)，組間比較行t檢驗(yàn)，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 問卷調(diào)查結(jié)果

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)完成后對(duì)240名學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，收回有效問卷240份，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組各120份，有效率為100%。問卷調(diào)查結(jié)果顯示，與對(duì)照組比較，學(xué)生更滿意實(shí)驗(yàn)組教學(xué)模式，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)有助于提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣(81.61%)、加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解(68.63%)、提升實(shí)驗(yàn)操作能力(71.32%)、提高自主學(xué)習(xí)能力(88.86%)、提高實(shí)驗(yàn)安全性(99.74%)、促進(jìn)同學(xué)間交流學(xué)習(xí)(89.32%)、提升實(shí)踐和創(chuàng)新水平(94.34%)、對(duì)日后去醫(yī)院實(shí)習(xí)有幫助(97.87%)(表1)。

表1 教學(xué)模式評(píng)價(jià)問卷調(diào)查結(jié)果(%)

2.2 實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)分析

實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)分別為(88.5±6.36)分、(80.2±3.28)分，2組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

3 討 論

3.1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的局限性

3.1.1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在弊端

傳統(tǒng)教學(xué)法多采用“教師講解-學(xué)生操作-教師輔助指導(dǎo)-撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告”的教學(xué)模式，這種模式缺乏互動(dòng)性和直觀性，并且受到實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)條件、經(jīng)費(fèi)、課時(shí)的限制，學(xué)生僅能學(xué)到一些簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)原理，不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，很難發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)新能力，限制了教學(xué)效果的提高[5]。臨床生物化學(xué)檢驗(yàn)是一門發(fā)展比較快的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展日新月異，一些實(shí)驗(yàn)很難通過傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行展示，比如在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課上，教師會(huì)介紹實(shí)驗(yàn)的基本操作步驟、操作方法及注意事項(xiàng)等，但學(xué)生通常很難快速掌握實(shí)驗(yàn)操作的要點(diǎn)，導(dǎo)致多數(shù)學(xué)生反映臨床生物化學(xué)的一些實(shí)驗(yàn)理解困難，學(xué)習(xí)比較被動(dòng)，實(shí)際擴(kuò)展運(yùn)用不強(qiáng)。這不僅會(huì)直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果，還造成了試劑的浪費(fèi)，甚至對(duì)一些實(shí)驗(yàn)設(shè)備造成毀壞。所以傳統(tǒng)教學(xué)模式在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在表現(xiàn)形式單一、過程控制力不夠、學(xué)生積極性不高等問題。

3.1.2 大型儀器數(shù)量無(wú)法滿足使用需求

目前臨床生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)開設(shè)的項(xiàng)目多為2～3人共用一套實(shí)驗(yàn)設(shè)備，而一些大型儀器如全自動(dòng)生化分析儀，實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行的只有2臺(tái)，儀器數(shù)量有限，無(wú)法滿足全部學(xué)生的使用需求，在實(shí)驗(yàn)中一些學(xué)生只能觀看，不能每個(gè)人動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，導(dǎo)致學(xué)生只能簡(jiǎn)單了解實(shí)驗(yàn)原理，難以準(zhǔn)確掌握所有的實(shí)驗(yàn)操作，不能全面理解整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程[6]。除此之外，大型儀器的使用會(huì)涉及水、電和一些有毒、易燃、易爆的危險(xiǎn)氣體，在使用時(shí)稍有疏漏，就會(huì)引發(fā)實(shí)驗(yàn)室安全、設(shè)備安全、人員安全等事故，造成非常嚴(yán)重的后果[7]。

3.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在臨床生物化學(xué)檢驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

3.2.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)指借助多媒體仿真和虛擬實(shí)境等技術(shù)在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)上搭建的可輔助傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)的軟硬件操作環(huán)境，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)通過三維、聲效、特技等多媒體技術(shù)，使抽象的實(shí)驗(yàn)過程以生動(dòng)、逼真的動(dòng)畫形式展現(xiàn)出來，使學(xué)生產(chǎn)生身臨其境的感覺，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，并提升其實(shí)踐和創(chuàng)新水平[8-10]。

3.2.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生模擬學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)課上開展不了的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，協(xié)助學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解，改善學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作水平，發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)新能力，改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)受試劑、儀器限制的情況[11]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過程中所用到的試劑均為虛擬試劑，使用者通過操作計(jì)算機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)試劑的使用，試劑完全零投入，節(jié)約了教學(xué)經(jīng)費(fèi)，并且操作過程無(wú)污染，不僅綠色化還無(wú)毒無(wú)害，因?yàn)閷W(xué)生不直接接觸試劑，避免了一些有毒有害試劑對(duì)身體的危害，提高了實(shí)驗(yàn)安全性[12]。在實(shí)驗(yàn)操作過程中系統(tǒng)還能提示出現(xiàn)的錯(cuò)誤，幫助學(xué)生及時(shí)糾正操作錯(cuò)誤，避免了實(shí)際操作中對(duì)儀器的損壞，有利于正確完成實(shí)驗(yàn)。

3.2.3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，改變了傳統(tǒng)教學(xué)對(duì)時(shí)間、空間和實(shí)驗(yàn)次數(shù)的限制，學(xué)生可以隨時(shí)登錄完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，不僅節(jié)省了時(shí)間還提高了學(xué)習(xí)效果。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)利用虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，將一些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中不易開展的實(shí)驗(yàn)可視化，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生對(duì)臨床生化檢驗(yàn)學(xué)習(xí)的積極性。

綜上，引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)后，每位同學(xué)都可以在虛擬系統(tǒng)里配制試劑、設(shè)置參數(shù)、虛擬操作實(shí)驗(yàn)流程，最終得到實(shí)驗(yàn)的模擬數(shù)據(jù)，系統(tǒng)還設(shè)置了答錯(cuò)糾正提示，指導(dǎo)學(xué)生按照正確的步驟操作實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生獲得良好的體驗(yàn)，最大限度地提升學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力，掌握大型設(shè)備的主要操作流程，還能利用虛擬仿真系統(tǒng)提前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，掌握實(shí)驗(yàn)原理和操作步驟，為日后進(jìn)入醫(yī)院工作奠定基礎(chǔ)。