構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)體教學(xué)混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探討

徐曉玲，田科偉，孫家唯

（浙江樹人學(xué)院樹蘭國(guó)際醫(yī)學(xué)院 浙江 杭州 310015）

藥理學(xué)是一門研究藥物與機(jī)體（病原體）的相互作用關(guān)系及作用規(guī)律的學(xué)科，包括藥物代謝動(dòng)力學(xué)和藥物效應(yīng)動(dòng)力學(xué)。藥理學(xué)既是基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)間的橋梁，也是醫(yī)學(xué)與藥學(xué)間的橋梁，在藥品的質(zhì)量研究、研發(fā)中占有舉足輕重的地位。而藥理實(shí)驗(yàn)操作則是藥理學(xué)教學(xué)中一個(gè)不可分割的有機(jī)組成部分，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮托枨螅莆崭鞣N實(shí)驗(yàn)技術(shù)，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，闡明藥物的作用關(guān)系及規(guī)律。藥理實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)理論向?qū)嵺`技能訓(xùn)練過(guò)渡的重要環(huán)節(jié)，重在培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)邏輯、實(shí)踐操作、分析問(wèn)題及解決問(wèn)題等能力。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程常常設(shè)置于固定的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，學(xué)生于固定的時(shí)間進(jìn)入操作空間，進(jìn)行既定的實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練，以達(dá)到理解實(shí)驗(yàn)原理和培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能的目的。該模式雖然可通過(guò)“看、聽、觸”多感官碰撞，使學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)的目的、原理和結(jié)果，但其也存在一定的問(wèn)題：①可實(shí)驗(yàn)的資源有限。一些鎮(zhèn)靜催眠藥（如戊巴比妥鈉、地西泮）屬于違禁藥品，無(wú)法購(gòu)買；一些試劑（如二氯甲烷等揮發(fā)性試劑、阿霉素等抗腫瘤藥物）毒性較大，操作時(shí)危險(xiǎn)系數(shù)增加；一些實(shí)驗(yàn)器材或耗材（如高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀）昂貴，易損壞，增加實(shí)驗(yàn)成本；一些實(shí)驗(yàn)對(duì)象來(lái)源珍貴。②實(shí)驗(yàn)可重復(fù)的次數(shù)有限。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)常常依賴于固有的場(chǎng)地和固有的實(shí)驗(yàn)資源，學(xué)生無(wú)法隨時(shí)隨地獲取該資源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。即使可以實(shí)驗(yàn)，常常也是單次操作，無(wú)法多次循環(huán)操作，降低了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，也減弱了其對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解深度。③實(shí)驗(yàn)資源的大量消耗。在不同層次或不同班級(jí)中進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)，需要準(zhǔn)備足夠分量的實(shí)驗(yàn)試劑、實(shí)驗(yàn)對(duì)象，消耗了大量資源，不滿足3R原則，即減量化（reducing）、再利用（reusing）和再循環(huán)（recycling）。因此，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程的上課模式亟待更新。

而疫情的暴發(fā)，進(jìn)一步加劇了實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式改革的迫切性。大量學(xué)校改用線上教學(xué)，但是與其他僅需傳授教學(xué)內(nèi)容的課程不同，藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)課是一個(gè)需要通過(guò)設(shè)計(jì)，然后不斷反復(fù)實(shí)踐才能提高操作技能和理解深度的應(yīng)用型課程。如何維持停課不停學(xué)的狀態(tài)，考驗(yàn)著實(shí)驗(yàn)課程的改革進(jìn)程和深度。

虛擬仿真技術(shù)的誕生，重塑了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的環(huán)境和模式，為疫情背景下仍能保持實(shí)驗(yàn)授課奠定了基礎(chǔ)。它是以仿真的方式給用戶創(chuàng)造一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)體對(duì)象變化與相互作用的三維虛擬世界。它通過(guò)綜合運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)及網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，基于可視化和可動(dòng)態(tài)調(diào)整的實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，構(gòu)建一個(gè)開放、自主、交互的虛擬環(huán)境，用于開展高效、安全、經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而改變實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)試劑、實(shí)驗(yàn)對(duì)象的可及性，突破各種現(xiàn)實(shí)客觀因素帶來(lái)的限制。

虛擬仿真技術(shù)與藥理學(xué)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程的結(jié)合，可望為藥理研究人才培養(yǎng)開辟新的道路。浙江樹人大學(xué)是一所以“崇德重智，樹人為本”為校訓(xùn)，重在培養(yǎng)高級(jí)應(yīng)用型人才的學(xué)校。自2021 年學(xué)校引進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件以來(lái)，樹蘭國(guó)際醫(yī)學(xué)院將虛擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)體教學(xué)相結(jié)合，構(gòu)建了一套具有我校特色的強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力的多維實(shí)踐教學(xué)體系。本文通過(guò)介紹虛擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)體教學(xué)混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式在藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中的構(gòu)建和評(píng)價(jià)，以期為線上線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供新思路、新方法。

1 注重個(gè)性化培養(yǎng)，精選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

不同層次的學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握和運(yùn)用能力不同，且藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程常涉及小鼠實(shí)驗(yàn)，部分學(xué)生對(duì)處理小鼠具有較強(qiáng)的恐懼心理。因此，注重個(gè)性化培養(yǎng)，體現(xiàn)學(xué)生未來(lái)的崗位需求繼而因材施教，在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中顯得尤為重要。基于此，樹蘭國(guó)際醫(yī)學(xué)院藥理課程的教師，針對(duì)不同層次學(xué)生的現(xiàn)狀和需求，設(shè)置了不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（表1）。具體如下：

表1 不同專業(yè)的藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)置

護(hù)理專業(yè)：在藥品選擇方面，考慮到護(hù)理具有一些特色的護(hù)理用藥，因此授課時(shí)多以護(hù)理用藥為主（如硝苯地平、卡托普利等）；在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面，考慮到護(hù)理專業(yè)分為本科和?？疲瑑烧咴趯?shí)際工作中的操作要點(diǎn)類似，但對(duì)于藥理的學(xué)習(xí)內(nèi)容深度不同，因此實(shí)驗(yàn)設(shè)置略有差異，專科學(xué)生更注重操作過(guò)程，而本科學(xué)生則需在操作完成后，增加對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的討論，并將討論結(jié)果以PPT的形式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)展示。

醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)專業(yè)：醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)專業(yè)在未來(lái)的工作崗位上，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的操作技能要求較高。因此在實(shí)驗(yàn)操作方面，選擇難度更大一點(diǎn)，需要操作更加細(xì)致謹(jǐn)慎的實(shí)驗(yàn)，如熱板法考察鎮(zhèn)痛作用，觀察給藥后一定的時(shí)間點(diǎn)下，小鼠置于熱板后舔后足或抬后足的時(shí)間。此外，增加每組小鼠的數(shù)量，以體現(xiàn)小鼠的個(gè)體差異和強(qiáng)化學(xué)生的操作技能。

臨床專業(yè)：臨床專業(yè)在未來(lái)的崗位上，對(duì)于機(jī)械性注射等技能的要求會(huì)降低，更多的是與患者的溝通，觀察患者的一些外在表現(xiàn)，以通過(guò)看氣色、聽聲音、問(wèn)病情等來(lái)為患者診斷病情，并發(fā)散思維，尋找病因，精準(zhǔn)治療。該診斷和對(duì)癥治療過(guò)程，考驗(yàn)醫(yī)生全方位的綜合素質(zhì)。因此，對(duì)于臨床專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課設(shè)置，主要是以系統(tǒng)教學(xué)法為主線，集生理、藥理、病理和組胚實(shí)驗(yàn)于一體，全方面進(jìn)行鍛煉。

2 稀缺資源的線上教學(xué)及線下訓(xùn)練

未來(lái)是資源匱乏的時(shí)代，尤其是各類實(shí)驗(yàn)資源，包括實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)試劑、實(shí)驗(yàn)對(duì)象等常常不可及。而經(jīng)典實(shí)驗(yàn)常常具有經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的魅力，不能簡(jiǎn)單地舍去。因此，對(duì)于不能通過(guò)實(shí)體教學(xué)實(shí)現(xiàn)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，本學(xué)院主要通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)來(lái)彌補(bǔ)。學(xué)生可以在手機(jī)、電腦安裝虛擬仿真軟件，首先在實(shí)體教學(xué)中跟隨教師的節(jié)奏熟悉軟件，而后通過(guò)自己的操作熟練過(guò)程。在此過(guò)程中，若實(shí)驗(yàn)操作失敗，學(xué)生可根據(jù)需要重新開啟實(shí)驗(yàn)或線下再次開啟實(shí)驗(yàn)，并多次循環(huán)訓(xùn)練，深刻領(lǐng)悟?qū)嶒?yàn)原理。若實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有任何疑難問(wèn)題無(wú)法解決，可隨時(shí)截取屏幕，還原實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，為后續(xù)自己或求助教師時(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題提供可視化依據(jù)。

以本學(xué)院醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)專業(yè)的藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程為例，由于腎上腺素和擬腎上腺素類藥物難以購(gòu)買，但它們屬于經(jīng)典的腎上腺素受體激動(dòng)劑/阻斷劑，掌握它們的藥理作用及臨床應(yīng)用非常關(guān)鍵。在虛擬仿真技術(shù)的幫助下，學(xué)生可以通過(guò)給家兔靜脈注射腎上腺素/去甲腎上腺素/異丙腎上腺素/酚妥拉明/乙酰膽堿，觀察家兔的收縮壓、舒張壓、脈壓和心率的變化；也可先注射規(guī)定劑量的酚妥拉明，再按規(guī)定劑量分別給家兔注射腎上腺素/去甲腎上腺素/異丙腎上腺素，觀察其收縮壓、舒張壓、脈壓和心率的變化，從而加深對(duì)腎上腺素受體激動(dòng)藥和阻斷藥的理解。

3 線下與線上混合式教學(xué)

實(shí)體教學(xué)常需進(jìn)行一些額外的實(shí)驗(yàn)操作步驟科普和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容拓展，此時(shí)，教師的單次操作演示或簡(jiǎn)單的PPT展示并不能滿足每位同學(xué)學(xué)習(xí)的需求。因此，在實(shí)體教學(xué)過(guò)程中，本課程還會(huì)結(jié)合實(shí)驗(yàn)需求，由教師首先演示操作，隨后學(xué)生自主打開虛擬仿真軟件，多次重復(fù)觀看視頻，以使操作要領(lǐng)熟稔于心。比如，第一次實(shí)驗(yàn)開始前，由教師演示抓取小鼠和腹腔注射的方法，學(xué)生通過(guò)虛擬仿真軟件反復(fù)觀看，熟悉操作步驟的核心，隨后在實(shí)踐中檢驗(yàn)技能。

4 學(xué)生實(shí)驗(yàn)課考核的多樣化評(píng)價(jià)方法

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程考核主要以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的評(píng)分為主，較為單一，無(wú)法體現(xiàn)學(xué)生之間的差異。本課程主要從考勤、平時(shí)測(cè)驗(yàn)、虛擬仿真技術(shù)隨機(jī)測(cè)驗(yàn)、虛擬實(shí)驗(yàn)操作評(píng)分、虛擬實(shí)驗(yàn)評(píng)分、實(shí)體實(shí)驗(yàn)操作評(píng)分和實(shí)體實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)分七個(gè)維度出發(fā)，進(jìn)行多方面的綜合性評(píng)價(jià)，豐富實(shí)驗(yàn)考核機(jī)制，體現(xiàn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作技能掌握的差異和對(duì)基礎(chǔ)原理理解的差異。

5 教師實(shí)驗(yàn)課改革的效果評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)課程采用學(xué)習(xí)委員評(píng)價(jià)課堂效果、課代表收集學(xué)生反饋意見、教師自評(píng)課堂效果、教研室互相研討課堂教學(xué)及學(xué)校學(xué)院抽查課堂效果等對(duì)教學(xué)改革的效果進(jìn)行多層次評(píng)價(jià)。

6 討論

藥理作為醫(yī)學(xué)與藥學(xué)連接的橋梁，對(duì)于藥品的質(zhì)量研究、新藥的創(chuàng)制具有重要的作用。浙江樹人大學(xué)注重培養(yǎng)醫(yī)學(xué)應(yīng)用型人才，不僅強(qiáng)調(diào)原理的理解掌握，也看重動(dòng)手實(shí)踐的技能。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，由于實(shí)驗(yàn)資源的不足甚至匱乏，不能滿足人才培養(yǎng)的基本目標(biāo)，更不能適應(yīng)疫情下的停課不停學(xué)現(xiàn)狀。而虛擬仿真技術(shù)正好通過(guò)構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)，打造可移動(dòng)式實(shí)訓(xùn)中心，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，兩者可相輔相成，共同促進(jìn)學(xué)生的成長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)操作者通過(guò)線下教學(xué)的“看、聽、觸、聞”多感官體驗(yàn)，激發(fā)實(shí)驗(yàn)的興趣，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解；結(jié)合虛擬的線上實(shí)驗(yàn)，隨時(shí)隨地獲取各類實(shí)驗(yàn)資源，無(wú)時(shí)空限制地多次循環(huán)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和獲取數(shù)據(jù)，為掌握、運(yùn)用和革新藥理知識(shí)體系夯實(shí)基礎(chǔ)，為精準(zhǔn)差異化培養(yǎng)藥理研究人才創(chuàng)新模式，為藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)改革提供方向，最終為我國(guó)藥品質(zhì)量評(píng)價(jià)和新藥研發(fā)提供新思路、新方法。

經(jīng)過(guò)近2 年的實(shí)踐，該混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式大大增強(qiáng)了學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力，并在不斷實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新，使學(xué)生的知識(shí)內(nèi)化模式從原有的填鴨式學(xué)習(xí)向自主學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，能力培養(yǎng)形式從知識(shí)型向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變，值得推廣應(yīng)用。培養(yǎng)應(yīng)用型藥學(xué)人才是一個(gè)長(zhǎng)期的、艱難的、需要不斷探索的過(guò)程，需要不斷實(shí)踐，在實(shí)踐中創(chuàng)造，在實(shí)踐中總結(jié)，在實(shí)踐中提升。