醫(yī)學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)室教學(xué)采用虛擬實(shí)驗(yàn)室開放模式的實(shí)驗(yàn)探究

李艷，陳曉青

江漢大學(xué)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，湖北武漢 430056

醫(yī)學(xué)生不但需要扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，更需要較強(qiáng)的觀察能力、操作能力以及分析能力，而醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)則可以對(duì)醫(yī)學(xué)生的這幾項(xiàng)能力的培養(yǎng)起到關(guān)鍵作用。但是機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)往往是進(jìn)行活體動(dòng)物或者離體器官組織等實(shí)驗(yàn)，所需成本較高，難度大的同時(shí)需要操作精細(xì)，而且某些實(shí)驗(yàn)用到的大型儀器設(shè)備數(shù)量較少，醫(yī)學(xué)生人數(shù)較多，這樣無法做到每個(gè)學(xué)生都可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，對(duì)教學(xué)效果造成了影響。此外，由于課時(shí)和教學(xué)場(chǎng)地的限制，學(xué)生無法對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行充分預(yù)習(xí)或者復(fù)習(xí)，進(jìn)而，對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力也無法精細(xì)掌握，這無疑是對(duì)醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的制約[1]。 近年來，虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)逐漸興起，作為一種新穎的教學(xué)模式，在當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到了各界的關(guān)注[2]。 為了使醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量得到進(jìn)一步提高，同時(shí)使教學(xué)手段得到豐富，特引進(jìn)虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)。但是如何將虛擬試驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中，使教學(xué)成果得到可高，目前還是一項(xiàng)待攻克的難題，因此，該研究特對(duì)醫(yī)學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)室教學(xué)采用虛擬實(shí)驗(yàn)室開放模式的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。

1 教學(xué)思路設(shè)計(jì)

1.1 教學(xué)對(duì)象與虛擬平臺(tái)的構(gòu)建

選取該校2016 級(jí)和2017 級(jí)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生作為研究對(duì)象，共計(jì)384 人。其中2016 級(jí)學(xué)生168 人。2017 級(jí)學(xué)生216 人。將2016 級(jí)學(xué)生作為對(duì)照組，2017級(jí)學(xué)生作為研究組，兩組學(xué)生在年齡、性別等方面差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）；兩組學(xué)生均由同一機(jī)能學(xué)老師授課。 并且授課內(nèi)容與課時(shí)均相同。

VMC-100 醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是基于瀏覽器-服務(wù)器結(jié)構(gòu)（browser/server.BS）的應(yīng)用系統(tǒng)。

以互聯(lián)網(wǎng)作為基礎(chǔ)；支持分布式的資源服務(wù)器，支持在任意時(shí)間、任何空間、任何移動(dòng)終端上訪問實(shí)驗(yàn)資源、組織考試等功能區(qū)。

1.2 研究方法和內(nèi)容

根據(jù)教學(xué)計(jì)劃， 兩組學(xué)生的機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)分別于2018年和2019 年秋季開課。 一共11 個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，45 學(xué)時(shí)。將參與研究的兩組學(xué)生以小班為單位，將每個(gè)小班分成6 小組，每組4~5 個(gè)人。 以試驗(yàn)臺(tái)均為獨(dú)立的特點(diǎn)為基礎(chǔ)，開展課堂上互動(dòng)性討論[3]。

對(duì)照組學(xué)生，采用程性評(píng)價(jià)加終結(jié)性評(píng)價(jià)考核的辦法對(duì)11 個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行考核：該組學(xué)生成績(jī)的計(jì)算方法為：總成績(jī)=平時(shí)成績(jī)×20%+操作成績(jī)×40%+筆試成績(jī)×40%。 采用這種過程性評(píng)價(jià)的方法不但能夠?qū)W(xué)生平時(shí)在實(shí)驗(yàn)課中的具體表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，也可以對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、相關(guān)實(shí)驗(yàn)原理掌握程度以及對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解進(jìn)行考核。

研究組學(xué)生，以原本的考核體系為基礎(chǔ)，對(duì)平時(shí)成績(jī)和操作成績(jī)的比重略微調(diào)整，在11 個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，選擇5 個(gè)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，增加虛擬實(shí)驗(yàn)形成性的評(píng)價(jià)。

該組學(xué)生成績(jī)的評(píng)定方法為：總成績(jī)=平時(shí)成績(jī)×20%+虛擬實(shí)驗(yàn)考核×20%+實(shí)際操作成績(jī)×20%+筆試成績(jī)×40%。 這種“平時(shí)表現(xiàn)+虛實(shí)結(jié)合操作+筆試”的評(píng)價(jià)方式，在使教學(xué)內(nèi)容與評(píng)價(jià)手段得到豐富的同時(shí)，還使學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力得到了促進(jìn)，并且對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性做了進(jìn)一步加強(qiáng)。

2 教學(xué)研究的具體展開過程

2.1 對(duì)照組學(xué)生的展開過程

2.1.1 實(shí)驗(yàn)前 帶教老師于上課前2 d，公布實(shí)驗(yàn)題目和內(nèi)容，并且根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程提前布置2~3 個(gè)相關(guān)問題。 由學(xué)生自主尋找問題的答案，主要參考學(xué)習(xí)的理論內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)過程中 上課時(shí)，由授課老師針對(duì)課前布置的問題對(duì)學(xué)生進(jìn)行提問，以評(píng)價(jià)該組學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，提問結(jié)束后，開始對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟以及重要環(huán)節(jié)進(jìn)行講解，并且進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)充。此外，老師需要在學(xué)生操作過程中進(jìn)行巡視， 主要觀察學(xué)生的操作過程是否符合規(guī)范，并且對(duì)操作過程中所出現(xiàn)的問題進(jìn)行糾正。 在試驗(yàn)結(jié)束后，老師需要針對(duì)每小組學(xué)生的操作情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。應(yīng)當(dāng)注意的是，要強(qiáng)調(diào)小組成員之間的分工與合作。

2.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后 在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，需要以小組為單位進(jìn)行討論，并且每個(gè)小組推選一位代表，對(duì)該次實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行匯報(bào)，同時(shí)對(duì)自己小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程中的不足和有點(diǎn)進(jìn)行說明；然后由其他小組進(jìn)行評(píng)價(jià)；最后，帶教老師應(yīng)當(dāng)從各個(gè)小組的操作過程、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果等方面進(jìn)行總結(jié)，并且以各個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完成情況為依據(jù)，對(duì)每個(gè)小組進(jìn)行評(píng)分。課后，每個(gè)學(xué)生應(yīng)當(dāng)整理并記錄實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教室對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告給予分?jǐn)?shù)，并且將操作分?jǐn)?shù)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告分?jǐn)?shù)盡早告知學(xué)生。

2.2 研究組展開過程

2.2.1 實(shí)驗(yàn)前 與對(duì)照組相同，帶教老師需要在實(shí)驗(yàn)前2 d 將實(shí)驗(yàn)題目和內(nèi)容告知學(xué)生，并且提出2~3 個(gè)問題。學(xué)生則自己安排時(shí)間，帶著問題進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)。并且對(duì)實(shí)驗(yàn)操作視頻進(jìn)行反復(fù)觀看，使自己能夠熟悉掌握操作過程，并且對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行鞏固，同時(shí)要牢記操作過程的注意事項(xiàng)。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)過程中 在實(shí)驗(yàn)過程中，老師首先對(duì)于觀看虛擬實(shí)驗(yàn)視頻資料后所提出的問題進(jìn)行講解，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行講解，并進(jìn)行必要的知識(shí)拓展，學(xué)生則采用人機(jī)交互的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；各小組組長(zhǎng)分配小組成員的分工。教師在學(xué)生進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行巡視，遇到操作不當(dāng)者應(yīng)當(dāng)立刻糾正，對(duì)于操作正確者給表揚(yáng)，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的積極性提高，并且依據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作情況對(duì)各個(gè)小組進(jìn)行評(píng)分。

2.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后 在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，以每個(gè)小組為單位進(jìn)行討論，每組推選一位代表匯報(bào)討論情況，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中所學(xué)習(xí)到的經(jīng)驗(yàn)以及不足進(jìn)行總結(jié);各個(gè)小組之間進(jìn)行相互評(píng)價(jià)，再由教師對(duì)各個(gè)小組的情況進(jìn)行總結(jié)，對(duì)每個(gè)小組的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)予以指出；最后，仍以各個(gè)小組為單位，通過虛擬平臺(tái)對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核，對(duì)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)技能、理論知識(shí)和運(yùn)用程度進(jìn)行檢驗(yàn)。 考試結(jié)果在考試結(jié)束后由系統(tǒng)直接給出。 此外，教師需要對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析， 同時(shí)布置該次實(shí)驗(yàn)的課后思考題，并且給出下次實(shí)驗(yàn)需要預(yù)習(xí)的內(nèi)容，學(xué)生可以在課后進(jìn)入虛擬系統(tǒng)完成復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)。虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中都可以提供給學(xué)生作為學(xué)習(xí)之用。 課后，每個(gè)學(xué)生應(yīng)當(dāng)整理并記錄實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教室對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告給與分?jǐn)?shù)，并且將操作分?jǐn)?shù)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告分?jǐn)?shù)盡早告知學(xué)生。

3 教學(xué)質(zhì)量效果考評(píng)

3.1 兩組學(xué)生平時(shí)表現(xiàn)及學(xué)生反饋比較

研究組學(xué)生醫(yī)學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)平均出勤率為99.4%，對(duì)照組平均出勤率為95.2%；在研究組課堂上，學(xué)生提問和回答的主動(dòng)性明顯提高，且高于對(duì)照組。 研究組課堂紀(jì)律也得到明顯改善。在實(shí)驗(yàn)操作方面，研究組學(xué)生對(duì)于對(duì)動(dòng)手操作的主動(dòng)性也大大提高，并且優(yōu)于對(duì)照組。在實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析方面，也得到了很大程度的提升，同時(shí)研究組學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力對(duì)知識(shí)的掌握能力以及運(yùn)用能力均有提高，且明顯優(yōu)于對(duì)照組學(xué)生。

3.2 實(shí)驗(yàn)報(bào)告

對(duì)比兩組學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫情況，研究組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫認(rèn)真，字跡工整，內(nèi)容詳實(shí)，結(jié)果分析到位。主要是由于通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心，不但可以進(jìn)行預(yù)習(xí)，還可以反復(fù)學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)，這樣不但增加了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)性，也使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作技能掌握更加全面，因此在書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)可以邏輯清晰，思維嚴(yán)謹(jǐn)，分析得當(dāng)。

對(duì)照組學(xué)生在書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，態(tài)度不認(rèn)真、字跡潦草，甚至缺少部分內(nèi)容，有的學(xué)生甚至沒有對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。有的學(xué)生報(bào)告雖然在形式上符合要求，但是卻出現(xiàn)偷工減料的現(xiàn)象，例如實(shí)驗(yàn)原理完整性缺乏、實(shí)驗(yàn)步驟省略，在分析和討論部分也只是一筆帶過，這不但不利于學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作技能的掌握情況，也使學(xué)生無法充分掌握理論知識(shí)，更加無法運(yùn)用知識(shí)。

3.3 兩組學(xué)生成績(jī)比較

比較兩組學(xué)生的成績(jī)，將兩組學(xué)生平時(shí)成績(jī)、操作成績(jī)、筆試成績(jī)按比例加權(quán)后，獲得總成績(jī)，對(duì)各項(xiàng)成績(jī)進(jìn)行t檢驗(yàn)，采用（）進(jìn)行表示。 并使用 SPSS 20.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行分析處理，以P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)果顯示，研究組的各項(xiàng)成績(jī)均較對(duì)照組學(xué)生高，并且操作成績(jī)、筆試成績(jī)、總成績(jī)均差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。見表1。

表1 兩組學(xué)生成績(jī)比較[（），分]

表1 兩組學(xué)生成績(jī)比較[（），分]

組別對(duì)照組（n=168）研究組（n=216）t 值P 值平時(shí)成績(jī)7.65±0.39 8.22±0.42 1.327>0.05實(shí)操成績(jī)15.26±0.53 18.93±0.41 10.231<0.05 75.96±0.61 89.35±0.53 10.325<0.05考試成績(jī) 總成績(jī)80.52±0.66 85.66±0.89 10.233<0.05

4 討論

近年來虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的興起，為廣大醫(yī)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)提供了方便，目前虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)被認(rèn)為是信息化教學(xué)不可或缺的一部分，使用仿真、數(shù)字模型以及多媒體等技術(shù)相結(jié)合，在計(jì)算機(jī)或者移動(dòng)客戶端建立一個(gè)可視的三維環(huán)境[4-5]，在三維環(huán)境中，有虛擬的實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)對(duì)象等，這使學(xué)生通過校園網(wǎng)就能夠進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)操作，而且該虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和試劑有所限制，也不會(huì)限制時(shí)間和空間，使學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的同時(shí)也可以重復(fù)地對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行復(fù)習(xí)，鞏固實(shí)操技能[6]。

此外，學(xué)生也可以使用虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)實(shí)操技能進(jìn)行考核。 該研究對(duì)2016 級(jí)、2017 級(jí)采用虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行醫(yī)學(xué)技能實(shí)驗(yàn)教學(xué)，研究結(jié)果顯示，研究組學(xué)生醫(yī)學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)平均出勤率為99.4%，對(duì)照組平均出勤率為95.2%；在研究組課堂上，學(xué)生提問和回答的主動(dòng)性明顯提高，且高于對(duì)照組。此外，研究組課堂紀(jì)律也得到明顯改善。 在實(shí)驗(yàn)操作方面，研究組學(xué)生對(duì)于對(duì)動(dòng)手操作的主動(dòng)性也大大提高，并且優(yōu)于對(duì)照組。 在實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析方面，也得到了很大程度的提升，同時(shí)研究組學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力對(duì)知識(shí)的掌握能力以及運(yùn)用能力在均有提高，且明顯優(yōu)于對(duì)照組學(xué)生（P<0.05）。

對(duì)比兩組學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫情況，研究組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫認(rèn)真，字跡工整，內(nèi)容詳實(shí)，結(jié)果分析到位。主要是由于通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心，不但可以進(jìn)行預(yù)習(xí)，還可以反復(fù)學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)，這樣不但增加了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)性，也使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作技能掌握更加全面，因此在書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)可以邏輯清晰，思維嚴(yán)謹(jǐn)，分析得當(dāng)。

對(duì)照組學(xué)生在書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，態(tài)度不認(rèn)真、自己潦草，甚至缺少部分內(nèi)容，有的學(xué)生甚至沒有對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。有的學(xué)生報(bào)告雖然在形式上符合要求，但是卻出現(xiàn)偷工減料的現(xiàn)象，例如實(shí)驗(yàn)原理完整性缺乏、實(shí)驗(yàn)步驟省略，在分析和討論部分也只是一筆帶過，這不但不利于學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作技能的掌握情況，也使學(xué)生無法充分掌握理論知識(shí)，更加無法運(yùn)用知識(shí)。

結(jié)果顯示，研究組的各項(xiàng)成績(jī)均較對(duì)照組學(xué)生高，并且操作成績(jī)、筆試成績(jī)、總成績(jī)均差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。

由研究結(jié)果可知，醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)采用虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ浇虒W(xué)，不但能夠?yàn)閷W(xué)生在開展創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提供思路[7-8]，還能夠促進(jìn)學(xué)生提高實(shí)驗(yàn)技能。此外，虛擬實(shí)驗(yàn)由于其特點(diǎn)，無人為移速干擾，儀器靈敏度較好，實(shí)驗(yàn)誤差較低，可以使學(xué)生的科研工作更加精確，而且還避免了某些學(xué)生因?qū)?shí)驗(yàn)興趣小，濫竽充數(shù)的可能。同時(shí)，學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以對(duì)實(shí)驗(yàn)策略和錯(cuò)誤概念及時(shí)調(diào)整和澄清，培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣的同時(shí)，還能夠使學(xué)生實(shí)驗(yàn)的成功率和實(shí)操能力得到提高[1]。 虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)改變了以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)面對(duì)面的傳統(tǒng)授課模式，也顛覆了以往需要紙質(zhì)考試的模式[9-11]。 這不但體現(xiàn)了現(xiàn)代化教學(xué)的理念，還在很大程度上提升了教學(xué)質(zhì)量，提高了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的積極性。

綜上所述，醫(yī)學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用虛擬實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的方法，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，實(shí)操技能，還可以提高學(xué)生對(duì)理論基礎(chǔ)的掌握和運(yùn)用。