虛擬仿真技術(shù)在藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用 *

劉 兵 陳 靖 王慶峰 王昊然

（遼寧中醫(yī)藥大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110032）

習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)教育大會(huì)上強(qiáng)調(diào)，要加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化、發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+”教育，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新思維培養(yǎng)綜合能力，實(shí)現(xiàn)教育強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)。教育部明確提出要全面培養(yǎng)學(xué)生在信息化環(huán)境下的自主學(xué)習(xí)能力，以適應(yīng)信息時(shí)代對(duì)高素質(zhì)人才的需求。目前新型冠狀病毒肺炎疫情在全球持續(xù)蔓延，疫情打破了教學(xué)常態(tài)，尤其對(duì)實(shí)驗(yàn)課程產(chǎn)生了巨大影響，信息化助力疫情防控的優(yōu)勢(shì)再次凸顯，正倒逼著教育信息化的創(chuàng)新發(fā)展，也對(duì)教師提出了新的挑戰(zhàn)。藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，依托信息技術(shù)營(yíng)造信息化教學(xué)環(huán)境［1］，構(gòu)建學(xué)生自主探究式學(xué)習(xí)模式，以學(xué)生為主體，最大化提升學(xué)習(xí)效果，進(jìn)一步促進(jìn)教學(xué)理念與方法改革，推進(jìn)信息技術(shù)廣泛深入日常教學(xué)。這是國(guó)家政策所向，也是發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 結(jié)合藥理學(xué)科實(shí)驗(yàn)特點(diǎn) 革新教學(xué)模式

藥理學(xué)是一門(mén)基于實(shí)驗(yàn)的學(xué)科，藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)是理論教學(xué)的延續(xù)，其目的在于通過(guò)對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和思考來(lái)總結(jié)、驗(yàn)證、探索藥理學(xué)作用規(guī)律。學(xué)生通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作和經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)理解相關(guān)概念，加深對(duì)科學(xué)研究方法的認(rèn)識(shí)，掌握實(shí)驗(yàn)技術(shù)，同時(shí)培養(yǎng)自主思考的科學(xué)思維及對(duì)科學(xué)研究的嚴(yán)肅認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、實(shí)事求是的職業(yè)態(tài)度。在實(shí)驗(yàn)課中，師生、生生之間的交流互動(dòng)也培養(yǎng)了學(xué)生的包容意識(shí)，激發(fā)了學(xué)生投入科研的熱情，提升了學(xué)生的科研素養(yǎng)，如實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)和報(bào)告撰寫(xiě)等，促進(jìn)了就業(yè)技能，如有效溝通、邏輯推理及解決問(wèn)題的能力等的提高。

實(shí)驗(yàn)課授課效果會(huì)受到學(xué)生對(duì)相關(guān)基礎(chǔ)理論的理解程度和對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)掌握程度的限制。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在學(xué)生只是按部就班遵循實(shí)驗(yàn)步驟，而不考慮潛在的理論意義、邏輯關(guān)系以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程和研究假設(shè)之間聯(lián)系的現(xiàn)象。為了探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，我們重組了教學(xué)資源和流程，充分利用信息化技術(shù)優(yōu)勢(shì)改變傳統(tǒng)的“教學(xué)+實(shí)驗(yàn)”模式；借助多種信息化教學(xué)平臺(tái)提供相關(guān)背景知識(shí)和拓展資源，要求學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)和討論以形成自己的理解，提出疑問(wèn)以便于后續(xù)的實(shí)驗(yàn)分析；鼓勵(lì)基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生掌握基本的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法，鼓勵(lì)基礎(chǔ)較好的學(xué)生提出深入問(wèn)題來(lái)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，以有效利用有限的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)用性。

通過(guò)課前預(yù)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)和課后復(fù)習(xí)的方式展示和鞏固知識(shí)，并通過(guò)強(qiáng)化過(guò)程考核、改進(jìn)評(píng)估評(píng)價(jià)方法，鼓勵(lì)學(xué)生接受應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)課程改革。通過(guò)在線(xiàn)教學(xué)演示、在線(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作、學(xué)生討論問(wèn)答環(huán)節(jié)、學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和線(xiàn)下實(shí)踐等，激發(fā)學(xué)生的求知欲，也最大限度地提高疫情特殊時(shí)期的教學(xué)效果和質(zhì)量。

2 構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái) 創(chuàng)新教學(xué)實(shí)踐

虛擬仿真技術(shù)是一種基于網(wǎng)絡(luò)的軟件開(kāi)發(fā)教育工具。教學(xué)團(tuán)隊(duì)依托上海夢(mèng)之路數(shù)字科技有限公司的醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，根據(jù)培養(yǎng)方案及學(xué)情分析，篩選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)通常由五部分組成：實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c原理、具體操作步驟、演示視頻、交互式實(shí)踐練習(xí)、思考題等。學(xué)生在線(xiàn)注冊(cè)、登錄、實(shí)名認(rèn)證后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過(guò)虛擬互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。從器材準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)對(duì)象處理到操作過(guò)程的每一步都有反饋，仿真操作中提供提示說(shuō)明和示例，只有當(dāng)學(xué)生正確完成了相應(yīng)操作后，才能繼續(xù)后續(xù)的實(shí)驗(yàn)。與學(xué)習(xí)同步進(jìn)行的評(píng)分系統(tǒng)將詳細(xì)指出錯(cuò)誤點(diǎn)和已經(jīng)消除的點(diǎn)，當(dāng)學(xué)生犯錯(cuò)誤時(shí)，屏幕會(huì)及時(shí)提供糾正信息，彌補(bǔ)了教師不能實(shí)時(shí)引導(dǎo)的不足。例如，在離體實(shí)驗(yàn)?zāi)M在體環(huán)境時(shí)，如果學(xué)生誤將臺(tái)式液溫度設(shè)定為室溫，屏幕上會(huì)出現(xiàn)警告符號(hào)。系統(tǒng)會(huì)要求學(xué)生思考哪里操作錯(cuò)誤，直到操作正確才能進(jìn)行下一步。教師基于以往教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)容易忽視或遇到的常見(jiàn)錯(cuò)誤和問(wèn)題進(jìn)行設(shè)置，以確保學(xué)生在進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)之時(shí)全面掌握。

虛擬仿真技術(shù)可以同時(shí)用于教學(xué)和模擬練習(xí)，學(xué)生可以直觀、具體地操作虛擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型，更真實(shí)地體驗(yàn)科學(xué)方法；學(xué)習(xí)也具有一定的靈活性和獨(dú)立性，學(xué)生可以按照自己的節(jié)奏，根據(jù)需要反復(fù)學(xué)習(xí)，不受時(shí)間和空間的限制，極大彌補(bǔ)了疫情期間實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的局限。在線(xiàn)演示實(shí)驗(yàn)縮短了等待時(shí)間，學(xué)生的思維也在快速移動(dòng)，從被動(dòng)接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。

虛擬仿真技術(shù)對(duì)于解釋抽象復(fù)雜的原理，或者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)及由于倫理等其他考慮而在實(shí)驗(yàn)課堂上不可行的實(shí)驗(yàn)特別有益［2］。然而，依靠單純的虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)生無(wú)法體驗(yàn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室課堂上的協(xié)作和動(dòng)手操作，也不會(huì)接觸到科學(xué)數(shù)據(jù)的可變性，更多依賴(lài)于自主學(xué)習(xí)。因此在疫情允許的情況下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以結(jié)合線(xiàn)下小規(guī)模實(shí)踐操作，融入啟發(fā)式和參與式教學(xué)方法。通過(guò)混合教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性化思維和科研能力的發(fā)展。

3 以學(xué)生為中心 全面提升教育內(nèi)涵

在與醫(yī)學(xué)相關(guān)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，基于探究的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目往往能夠強(qiáng)化學(xué)生解決問(wèn)題和批判性思維等能力的塑造。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)有可預(yù)測(cè)的結(jié)果，學(xué)生容易因重復(fù)而無(wú)聊。而當(dāng)學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，運(yùn)用邏輯推理和創(chuàng)造性的解決方法探討一個(gè)開(kāi)放性問(wèn)題時(shí)，會(huì)極大地促進(jìn)學(xué)生積極主動(dòng)學(xué)習(xí)，但同時(shí)也可能會(huì)出現(xiàn)惰性和拖延現(xiàn)象，需要教師引導(dǎo)學(xué)生適應(yīng)自主式學(xué)習(xí)。比如在以探究為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，教師介紹實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮捅尘埃驅(qū)W生提供實(shí)驗(yàn)器材和藥物，學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)的必要性，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。在各組提交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之前，教師鼓勵(lì)學(xué)生交流各自的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，相互學(xué)習(xí)。在各組提交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之后，教師科學(xué)地評(píng)價(jià)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，并提出可行的建議，幫助學(xué)生準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行總結(jié)、分析，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)和教學(xué)總結(jié)。學(xué)生可以真正系統(tǒng)地領(lǐng)悟科學(xué)研究的整體過(guò)程和獲取資源的科學(xué)途徑［3］，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為一門(mén)探索性課程，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度和廣度。

在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)充分發(fā)揮信息技術(shù)優(yōu)勢(shì)，深入挖掘?qū)嶒?yàn)課程核心價(jià)值與思想內(nèi)涵，潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲，使專(zhuān)業(yè)傳授與思政教育同向同行。將科研成果與學(xué)術(shù)價(jià)值、社會(huì)效益與研究意義，以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的安全責(zé)任意識(shí)、環(huán)保意識(shí)等融入視頻學(xué)習(xí)資源、交互式實(shí)踐練習(xí)等環(huán)節(jié)［4］，并最終體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中予以賦分考核。比如將感恩教育作為實(shí)驗(yàn)課的第一課，引導(dǎo)學(xué)生將敬畏生命、感恩奉獻(xiàn)精神貫穿實(shí)驗(yàn)始終；結(jié)合“欣弗”事件，引導(dǎo)學(xué)生保持認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度、樹(shù)立責(zé)任擔(dān)當(dāng)；利用明星學(xué)霸、論文集中撤稿事件，引發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)術(shù)失信不端行為的關(guān)注，強(qiáng)化學(xué)生科研誠(chéng)信與學(xué)術(shù)規(guī)范意識(shí)；講述諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)、共和國(guó)勛章獲得者屠呦呦淡泊名利、以身試藥的故事，鼓勵(lì)學(xué)生以此為榜樣，堅(jiān)持不懈執(zhí)著探索，堅(jiān)定中醫(yī)藥自信，維護(hù)健康，弘揚(yáng)文化，傳承融合，創(chuàng)新發(fā)展。

結(jié)合學(xué)習(xí)通、慕課等學(xué)習(xí)平臺(tái)，為學(xué)生提供移動(dòng)化泛在學(xué)習(xí)資源，激發(fā)學(xué)生探索未知的好奇心，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探究式學(xué)習(xí)。借助信息技術(shù)賦能實(shí)驗(yàn)教學(xué)的便利性，全方位、多渠道拓寬學(xué)生視野，幫助學(xué)生擴(kuò)大知識(shí)面。制作實(shí)驗(yàn)示教微課，使學(xué)生多角度、多方式觀摩實(shí)驗(yàn)過(guò)程。在直播課堂隨時(shí)就實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及的知識(shí)點(diǎn)提出問(wèn)題，請(qǐng)學(xué)生在留言區(qū)發(fā)表觀點(diǎn)或連麥互動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生鞏固已學(xué)內(nèi)容的同時(shí)考查其學(xué)習(xí)成果，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)的掌握。學(xué)生在完成虛擬仿真交互式實(shí)踐練習(xí)后形成書(shū)面報(bào)告及總結(jié)，教師及時(shí)評(píng)閱反饋，督促學(xué)生在思考中實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)目標(biāo)。持續(xù)融入更新的科研成果，虛擬仿真技術(shù)能夠很好地克服研究前沿理論理解難度大、實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜、設(shè)備昂貴等實(shí)際教學(xué)問(wèn)題，有效實(shí)現(xiàn)科學(xué)研究成果與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的對(duì)接，為學(xué)生提供更為廣闊的探索創(chuàng)新空間。

4 強(qiáng)化過(guò)程考核 注重調(diào)查反饋

教師要加強(qiáng)學(xué)習(xí)過(guò)程評(píng)價(jià)和學(xué)生成績(jī)構(gòu)成要素的多元化，將實(shí)驗(yàn)操作和報(bào)告作為考核指標(biāo)，特別注重實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果分析，淡化實(shí)驗(yàn)結(jié)果。自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新性和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的修改也包括在最終考核評(píng)價(jià)中，幫助學(xué)生塑造科研思維能力，為其從事后續(xù)科學(xué)研究等工作積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。實(shí)時(shí)留意學(xué)生動(dòng)態(tài)、掌握學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)拖延等問(wèn)題或困難，及時(shí)聯(lián)系學(xué)生本人或輔導(dǎo)員予以幫助，并保持后續(xù)關(guān)注，盡最大努力幫助部分學(xué)生克服惰性，提高線(xiàn)上教學(xué)效果。利用微信群、直播留言帖、學(xué)習(xí)通群聊等渠道與學(xué)生互動(dòng)答疑，對(duì)虛擬仿真平臺(tái)、“一平三端”數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，了解學(xué)生對(duì)平臺(tái)的適應(yīng)狀態(tài)，進(jìn)行教學(xué)效果評(píng)價(jià)，不斷反思教學(xué)過(guò)程、更新教學(xué)理念、探究教學(xué)方法、優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)。通過(guò)發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷了解學(xué)生學(xué)習(xí)需求，有針對(duì)性地對(duì)平臺(tái)板塊設(shè)置及內(nèi)容做出調(diào)整，以達(dá)到最佳效果。及時(shí)督促學(xué)習(xí)進(jìn)度落后的學(xué)生，對(duì)學(xué)生以往的表現(xiàn)給予肯定，加強(qiáng)師生之間的信息溝通和感情交流［5］，幫助學(xué)生樹(shù)立對(duì)網(wǎng)絡(luò)課堂的學(xué)習(xí)信心，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量。

基于虛擬仿真技術(shù)的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革也向教師提出了新的挑戰(zhàn)。學(xué)生自主選題廣泛、內(nèi)容形式多樣，這就要求教師提高自我要求，及時(shí)跟蹤專(zhuān)業(yè)前沿研究成果、關(guān)注基礎(chǔ)研究方法的革新、持續(xù)不斷地提升信息化教學(xué)能力，以更廣泛的知識(shí)儲(chǔ)備有效地指導(dǎo)學(xué)生。這也是對(duì)教師提高終身學(xué)習(xí)能力和綜合素質(zhì)的一種激勵(lì)，讓教師轉(zhuǎn)變思想、與時(shí)俱進(jìn)，適應(yīng)新的教學(xué)手段和技術(shù)，積極主動(dòng)進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)，不斷實(shí)踐和提高虛擬仿真技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用效果，同時(shí)明確學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)和成效，做好教學(xué)過(guò)程中的監(jiān)督者、引導(dǎo)者和管理者［6］。

綜上所述，虛擬仿真技術(shù)在藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮著重要的輔助作用，學(xué)生通過(guò)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的互動(dòng)，獲得了對(duì)復(fù)雜原理和實(shí)驗(yàn)過(guò)程的深入理解，并自我激勵(lì)，加深了對(duì)學(xué)習(xí)的領(lǐng)悟；有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力，強(qiáng)化學(xué)生藥理學(xué)研究技術(shù)的應(yīng)用技能，培養(yǎng)其判斷問(wèn)題、分析問(wèn)題、總結(jié)問(wèn)題等綜合技能。只有課程有生命力，人才培養(yǎng)體系才能有生命力。在下一階段，本課程將繼續(xù)深入應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課堂相結(jié)合的有益成果，進(jìn)一步推進(jìn)實(shí)驗(yàn)課程體系改革。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，也需要更多虛擬仿真案例的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，以更好地體現(xiàn)教學(xué)關(guān)鍵點(diǎn)和提高教師的教學(xué)水平，充分發(fā)揮信息化教育的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)相關(guān)學(xué)科教學(xué)中的發(fā)展。