虛擬仿真實驗平臺在機能學實驗中的應用

倪思琦 許天旗 李紫琪 尹夢晴 陳昌鋒 張駿艷 尹艷艷

[摘? ? ? ? ? ?要]? 采用問卷調查虛擬仿真實驗平臺在本校學生中的接受度和滿意度。大多數(shù)學生能夠使用虛擬仿真實驗完成預習和復習任務，體驗效果良好;約59%的學生認為，虛擬仿真實驗因其依賴軟件的特性極大減少經(jīng)費消耗;61%的學生覺得對自己的學習有提升。學生更傾向于短視頻模擬實驗，近七成希望實驗時長控制在20分鐘內。通過學生反饋的問題，提出整改建議，以期使虛擬仿真實驗平臺能更好地服務于醫(yī)學機能學實驗教學。

[關? ? 鍵? ?詞]? 虛擬仿真實驗;機能學;實驗教學

[中圖分類號]? G434? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）11-0102-02

一、研究背景

安徽醫(yī)科大學機能學實驗教學中心自2007年開始在機能學實驗教學中使用虛擬仿真實驗代替了一些傳統(tǒng)的驗證性實驗。目前虛擬仿真實驗教學平臺模式正處于轉變階段，擬通過采取“校企共建”模式，建立綜合性教學平臺，推動我校實驗教學網(wǎng)絡化、信息化的進程[1]。

在虛擬仿真實驗平臺網(wǎng)絡化建設以后，在校學生均可在校園網(wǎng)覆蓋下使用學號登錄虛擬平臺。虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)是在計算機虛擬仿真技術的基礎上，通過計算機模擬從而再現(xiàn)實驗的完整過程[2]。虛擬實驗建設應符合“能實不虛，虛實結合”的原則[3，4]，主要用于老師的課堂教學，以及學生的課前預習、課后復習、實驗考試等[5]。

二、研究方法

（一）施教方法

課程使用我?；A醫(yī)學院教師編寫的《醫(yī)學機能實驗學實驗》教材，在相同大綱指導下，實施一致的實驗項目、考核方法，并由相同水平的授課教師任教。每學期開課前，教師會在教學系統(tǒng)中開設課程，課程內容包括不同的實驗項目。教師可以利用虛擬仿真實驗平臺中的教學視頻、重難點回顧等工具加強自己的教學效果，學生則通過預習虛擬仿真實驗平臺中的視頻教學，先進行虛擬實驗操作，課堂上再自行動手實驗，可以提高實驗熟練度。同時學生端添加的課程對應學生的學號，以確保學生登錄學生賬號即可觀看學習實驗項目[6]。

（二）調查方法

1.調查背景

機能學實驗是醫(yī)學課程的重要組成部分。虛擬仿真項目的持續(xù)開發(fā)與虛擬仿真實驗教學模式的探索是虛擬仿真實驗教學發(fā)展的橋梁，構建了高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象[7，8]，參與者可通過虛擬仿真軟件，掌握實驗操作流程和技巧，理解理論知識，培養(yǎng)初步科研思維和能力。虛擬仿真實驗作為專業(yè)實驗教學的一種新型的實驗方式和手段在實施過程中也存在各種問題[9]，虛擬平臺現(xiàn)有資源較為豐富，學生利用課余時間充分學習領悟平臺資源內容[10]，可以拓寬學生視野。為了解我校學生對虛擬仿真實驗平臺的接受程度和滿意度[11]，同時也作為實驗系統(tǒng)的用戶反饋意見與建議，升級與優(yōu)化虛擬仿真模擬系統(tǒng)，更好地服務于教學，故本調查小組開展此次調查。

2.調查途徑

為了保證調查對象和調查內容的準確性，調查小組根據(jù)虛擬仿真教學平臺的內容安排情況，結合學生使用情況，制作問卷，設計出科學、合理的問卷調查[12]。具體實施方法如下：設計和制作完成問卷后，即開始調查。調查小組劃分為兩人一組，統(tǒng)一在中午午休時間（12：00—14：00）或晚上放學時間（17：00—19：00）這兩個時間段，在班級、圖書館、宿舍隨機抽樣進行問卷調查。在調查過程中調查員需要有耐心，并等待被調查者結束答題，對于有疑問的題目進行耐心的解答，問卷在被調查者完成后，由調查員當場收回。

（三）評價方法

選取安徽醫(yī)科大學已經(jīng)接觸過機能學虛擬仿真教學平臺的2016級—2018級醫(yī)學影像學、臨床醫(yī)學、麻醉學等專業(yè)學生為研究對象，根據(jù)其數(shù)量，隨機發(fā)放350份調查問卷并進行回收統(tǒng)計。所調查的學生均為當年高考第一批次錄取，樣本在年齡、基礎知識、基本技能等因素上無顯著性差異。

（四）統(tǒng)計方法

所得資料計算頻數(shù)分布情況，采用描述性統(tǒng)計分析，通過表1顯示。

三、結果

本次調查共發(fā)放調查問卷350份，具體內容涉及虛擬仿真實驗對學習的影響、期待虛擬仿真的變化形式等23道試題。問卷回收共計310份，因答題不規(guī)范等因素去除部分不合格問卷。剩余有效問卷300份，問卷有效回收率約為85.71%。具體如表1所示：超過50%的學生認為，相比傳統(tǒng)實驗，虛擬實驗具有直觀的優(yōu)點。場地、時間、生物安全等因素制約下的實驗亦可在虛擬仿真平臺完成，學生可以在逼真的情景中熟練操作技能和流程，擴寬知識面。約59%的學生認為，一套軟件可多次使用。因此虛擬仿真實驗以其依賴軟件的特性極大減少經(jīng)費消耗[13]。61%的學生認為虛擬實驗教學對學習有一定的輔助功能。調查結果顯示，大部分學生使用虛擬仿真實驗是為了完成實驗任務和復習，且大多體驗良好，61%的學生覺得對自己的學習有提升作用。學生更傾向于短視頻模擬實驗，近七成希望實驗時長控制在20分鐘以內。87%的學生覺得虛擬實驗平臺有用。

四、建設性意見

我們首先要明確虛擬仿真實驗目前仍處在初期階段，是傳統(tǒng)機能學實驗教學的補充。真正提高學生的動手能力還需要基本的實驗操作，離不開傳統(tǒng)的實驗模式，所以其不能完全取代實際操作。虛擬仿真實驗只有與傳統(tǒng)實驗操作相輔相成[14]，才能有助于機能學實驗學科的發(fā)展。根據(jù)調查結果提出以下建議。

（一）調整內容布局形式

多數(shù)學生希望平臺可以提供實驗流程框架，列出重點部分流程框架（占61%）。通過流程圖的形式讓學生對實驗有初步了解，提高自主學習效率，從而獲得更好的學習效果。并將實驗相關知識貫徹到整個實驗過程中，在實驗過程中設置相關問答題目（占46%），引導學生思考，檢驗學生的知識水平，查補缺漏。同時在實驗中提示注意事項（占81%），幫助學生掌握實驗中的難點，保障實驗順利完成，注意事項的形式可采用實驗過程中側欄列出、具體操作時即時彈出等形式。

（二）調整實驗時長和步驟

問卷顯示，大部分學生期待的虛擬仿真實驗時長為5～20分鐘（67%），實驗項目建設過程中，應把控實驗時間以達到較好的效果，同時大部分學生希望實驗步驟繁簡得當（52%），操作繁瑣且不作為重點考查內容的部分可通過視頻的形式呈現(xiàn)，對于非重點內容去繁就簡，避免重復，避免因時間過長使學生的學習興趣和積極性下降。

（三）調整虛擬仿真實驗形式

虛擬仿真實驗形式較多，主要包括3D動畫、VR虛擬、3D視頻等，調查顯示，3D動畫（33%）和VR虛擬（47%）的實驗形式受到多數(shù)學生的青睞。3D動畫和VR虛擬可提高實驗仿真程度、立體程度，同時平臺應提高畫面清晰度，提供完整的實驗視頻，幫助學生“虛實結合”，掌握實驗要領。

（四）調整互動環(huán)節(jié)

虛擬仿真實驗應該充分利用自身的優(yōu)勢，增加學生自主設計的環(huán)節(jié)，將實驗層次化，增加學生互動界面，從而提高學生的參與度和學習效果。

五、總結

機能學實驗是基礎醫(yī)學中一門重要的實驗課程，實驗操作是理論學習中必不可少的一部分。傳統(tǒng)的機能實驗教學與虛擬實驗教學各有所長，發(fā)揮其各自的優(yōu)點，才是發(fā)展和改革的需要[15]。隨著計算機和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，虛擬仿真實驗憑借其高效性、自主開放性、內容拓展性[16]的優(yōu)勢，將越來越廣泛地應用于醫(yī)學實驗教學當中，成為重要的教學方式。展望未來虛擬教學平臺的發(fā)展，學生可以通過3D沉浸式環(huán)境，在高度仿真的虛擬環(huán)境中，自主設計綜合性實驗。采用虛擬實驗能彌補傳統(tǒng)真實實驗存在的不足，符合實驗教學改革的發(fā)展趨勢和人才培養(yǎng)的實際需要[17]。

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編輯 馬燕萍