預防醫學實驗教學存在的問題及其網絡虛擬實驗室構建思路

劉 新，李茂全，陳衛中，賈 皓，冷言冰

（成都醫學院，四川 成都 610083）

國內現有預防醫學實驗教學體系中存在諸多問題，阻礙了預防醫學實驗教學水平和質量的提高，無法適應“培養用得上的實用性預防醫學人才”的要求。為此，許多醫學院校進行深入研究和改革，從改革中吸取經驗，改進不足，完善預防醫學實驗課程體系。其中華中科技大學同濟醫學院通過預防醫學實驗教學改革，以能力(學習、實踐和創新)培養為目標，在教學方法上大膽創新，把各學科開設的實驗課程重新整合，打破學科界限，做到優勢互補，相互滲透，提高了學生發現問題、分析問題和解決問題的能力[1]，一定程度上解決了傳統預防醫學實驗教學中各課程間內容交叉、重復的問題。但是該方法仍存在一些不足之處。

1 存在的主要問題

1.1 不能更好地開展帶有危險性和危害性的實驗教學項目

預防醫學實驗課程中經常要使用火焰原子吸收儀、氣相色譜儀、液相色譜儀等精密儀器檢測環境中的有害物，有一定的危險性（如高純乙炔、氫氣）或毒性（如乙腈、甲醇），并且這些實驗儀器價格昂貴，耗材及維護成本較高，導致學生只能粗略了解，難以熟練、獨立、完整地完成相關實驗項目。而上述儀器恰恰又是在預防醫學環境危害物檢測方面普遍使用的，是預防醫學專業學生必須掌握的常用檢測儀器。再如，流行病學實驗項目中很多實驗以致病生物為實驗對象，如酶聯免疫法篩查人群血清中乙肝病毒表面抗原實驗，如果學生防護意識淡薄，實驗技術不熟練，就會對學生構成潛在威脅，進而影響實驗開出率。如果學生在接觸這些實驗項目前就能熟悉整個實驗流程和相應儀器的使用方法，便可大大降低實驗操作不當帶來的危險性。

1.2 不能做到現場采樣（調查）和實驗室檢測有機結合

現有預防醫學實驗課程設置大多重實驗室檢測技能訓練，輕現場環境基本資料獲取能力培養。以“大氣中二氧化硫含量的測定”實驗為例，從預防醫學角度看，應從以下兩方面入手才能把這個實驗做好。一方面要掌握實驗檢測對象(大氣中二氧化硫)的現場環境基本資料，如當地的地形與地貌、氣象條件、植被、居民聚居位置、廠礦等；另一方面要具有精湛的實驗室檢測技術，以保證實驗檢測對象數據的準確性、精確性。只有把兩個方面有機結合才能針對環境中的二氧化硫提出有效的防護措施保護居民健康，體現預防醫學實驗教學的價值和意義[2]。然而，一些客觀原因導致很多基本預防醫學實驗項目，對樣本采集現場環境基本資料獲取能力的訓練不夠重視。

1.3 不能動態更新預防醫學實驗內容，做到與時俱進

隨著我國經濟的高速發展，人們生活方式的改變，危害居民健康的致病因素也在悄然改變。醫學院校應隨時注重聯系實際，關注學科發展，根據現實中出現的公共衛生問題，及時更新、充實、改革教學內容，將新知識、新理論、新觀念和新技術充實到實驗教學內容中。如針對2008年出現的三鹿奶粉事件，可適當調整實驗教學內容，增加三聚氰胺檢測和毒理學評價項目。流行病學實驗教學中，引入近年來出現的一些新發傳染病如SARS、禽流感、手足口病以及豬鏈球菌感染等衛生問題可豐富實驗教學內容[3]。最近發生的柳州龍江重金屬元素鎘污染和螺旋藻片鉛元素含量過高問題等，都可以作為預防醫學實驗教學中借鑒的案例和現場模擬訓練的內容。

2 網絡虛擬實驗室的構建

2.1 構建基礎

互聯網技術的高速發展為解決預防醫學實驗教學中存在的問題提供了有效的途徑和新的思路。國內外許多高等院校及科研機構紛紛提出了虛擬實驗室概念，即利用圖形、語音、視頻、動畫等多種技術，為用戶提供一個基于網絡的技術交流、共同研究的平臺以通過網絡身臨其境地觀察實驗現象。虛擬實驗室具有低成本、高效率、功能全等優點，越來越多的人意識到虛擬實驗室在教育領域的重要性，尤其是在實驗教學方面的顯著作用[4，5]。如今互聯網發展迅速，且高校均有成熟發達的局域網構架，故以成熟的學校局域網絡構架為基礎，采用QTVR或Flash技術，利用虛實結合、低成本高收益的特點，適時開展預防醫學虛擬實驗教學，可解決實驗教學存在的問題，進一步培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。

2.2 構建方法

（1）基于學校局域網絡構架建設預防醫學網絡虛擬實驗室，主要設計思路如圖1所示：

圖1 預防醫學網絡虛擬實驗室設計思路

（2）選定預防醫學實驗教學具有代表性的實驗項目，采用QTVR或Flash技術，初步實現預防醫學虛擬實驗教學。例如，環境衛生學實驗：火焰原子吸收法檢測土壤中的鎘元素含量；職業衛生與職業醫學實驗：職業空氣環境中甲醛含量的測定；營養與食品衛生學實驗：高效液相色譜法檢測奶粉中防腐劑含量；衛生學及衛生檢驗學實驗：氣相色譜法測定空氣中多環芳烴含量。

（3）根據選定的預防醫學實驗項目特點進行實驗模塊設計，采用合適的動畫技術，構建出相應的虛擬實驗設計框架。現以環境衛生學實驗（火焰原子吸收法檢測土壤中的鎘元素含量）為例介紹虛擬實驗模塊設計思路。采用QTVR或Flash技術，構建虛擬實驗教學內容的主要模塊骨架，其他選定的實驗項目以該實驗為模板進行修改，即針對自身的實驗特點做相應修改。虛擬實驗項目設計分三大模塊，即現場采樣技術（地形、地貌、河流走向、風向、工廠、居民區位置、土壤采集的方法及注意事項和流行病調查方法），實驗檢測技術（樣品處理、稱取、消化方式、標準方程的建立、儀器氣密性檢查及儀器使用安全準則、火焰吸收儀器測量條件優化調試、檢測過程注意事項）和實驗技術交流（數據的收集和處理、實驗報告的修改、開放實驗和創新性實驗相關內容的培訓與考核，實驗更新動態發布），如圖2。

（4）其他實驗項目以構建好的虛擬實驗流程為骨架，根據預防醫學實驗課程的需要衍生虛擬實驗內容。把建好的預防醫學虛擬實驗課程鏈接在學校網站上（以實驗技術交流C模塊為途徑），學生通過學號、姓名進入預防醫學虛擬實驗練習平臺。虛擬實驗項目訓練為實地實驗的高質量開展打下堅實基礎。

3 網絡虛擬實驗的優勢

相對于現在的預防醫學實驗教學方式，網絡虛擬實驗有以下幾個優點：（1）利用預防醫學虛擬實驗項目虛實結合理念，低成本高收益的特點，開展預防醫學虛擬實驗教學，嘗試解決實驗教學中存在的問題，能夠進一步培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。（2）建好的虛擬實驗項目，可以為更多的虛擬實驗項目建設提供基礎和經驗，復制出類似的虛擬實驗項目。（3）為預防醫學專業學生和其他專業學生申請的“大學生開放實驗項目”和“大學生創新實驗項目”提供選拔及培訓學生的技術交流平臺，做到資源共享。（4）徹底打破空間和時間限制，學生可以根據自己的時間和需要進行虛擬實驗的自我訓練。

圖2 “火焰原子吸收法檢測土壤中的鎘元素含量”虛擬實驗模塊設計

隨著互聯網的高速發展，預防醫學實驗教學的手段日趨多樣化。網絡化、數字化和共享化是虛擬實驗最大的特點，也是傳統實驗無法比擬的[6]。但是，也不能夸大虛擬實驗的優點，由于預防醫學實驗涉及學科眾多，不同學科的實驗形式具有各自的特點，在實驗教學中要注意選擇有針對性的教學手段，意識到虛擬實驗只是教學的輔助手段，切不可完全取代實地實驗。由于實地實驗過程中會出現虛擬實驗無法預知的異常問題，因此，合理安排虛擬實驗與實地實驗教學比例是任課教師考慮的重點，只有做到虛實有機結合才能培養學生發現問題、處理問題的能力，實現學以致用，收到滿意的教學效果。

[1]陳國元，楊克敵，劉烈剛，等.預防醫學實驗教學注重學生個性發展教學法的探索與實踐[J]，醫學與社會，2008，21（7）：54-60.

[2]劉新，宋慶雄，徐潔.預防醫學實驗教學改革構想[J]，衛生職業教育，2008，26（7）：115-116.

[3]羅文海.預防醫學實驗教學改革[J].醫學研究與教育，2011，28（1）：102-105.

[4]呂克志.基于校園網的虛擬實驗室的研究與設計[J].網絡安全技術與應用，2008（3）：89-90.

[5]房俊龍，范永存，王立，等.遠程虛擬實驗室教學模式的研究[J].東北農業大學學報：社會科學版，2008，6（1）：56-57.

[6]夏金輝，韓紅，李瀟寒，等.生理學虛擬實驗室設計建設的幾點體會[J].西北醫學教育，2008，16（1）：109-110.■