基于MOOC的醫學虛擬仿真實驗室建設探討

黃 坪，李紅松，潘克儉，張 曉

（1.成都醫學院 教務處，四川 成都 610500；2.成都醫學院 國有資產與設備管理處，四川 成都 610500；3.成都醫學院 基礎醫學院，四川 成都 610500）

大型開放式網絡課程 （massive open on－line course，MOOC）的概念于2008年由Dave Cormier與Bryan Alexander教授首提出。2011年底，斯坦福大學嘗試將“機器學習”等3門課程免費發布到網上，世界各地有10余萬學生注冊學習了這些課程。2012年6月，麻省理工學院和哈佛大學聯合投資創建了edX，德克薩斯大學和加利福尼亞大學伯克利分校后來加入其 中。 自 此，MOOC發展的風暴熱遍全球［1－4］。MOOC易于使用、費用低廉（絕大多數MOOC是免費的）、覆蓋的人群廣、支持自主學習、學習資源豐富，因而迅速發展，并對高等教育產生了重大影響［5］。

我國高校繼推出精品課程、視頻公開課、精品資源共享課后，也密切關注MOOC的發展。2013年，上海交通大學成為加入MOOC的第一所中國內地高校，和耶魯、斯坦福等世界一流大學共建、共享全球最大在線課程網絡。此后，清華大學、北京大學、復旦大學等高校也申請加入。目前，MOOC已經成為我國國家精品開放課程建設項目的重要組成部分，是國家建設虛擬仿真重點實驗室的重要促進力量。但是，加入MOOC的醫學理論課程和實驗課程非常少，只有美國用醫學模擬技術來判定疾病的場景等少數應用。

1 醫學實踐教學存在的問題和解決思路

醫學教育是一種技能教育，實驗和實習貫穿了整個醫學教學過程。醫學生只有通過足夠的驗證性實驗和一定數量的綜合性實驗，才能獲得必要的綜合技能并初步具備實際工作能力［6］。長期以來，醫學的基礎實驗、臨床教學和實習受多種因素制約，實踐教學的開展存在許多問題。

第一，受倫理學的限制。醫學倫理學要求善待患者，實驗動物倫理學要求善待動物［7］。因此，學習心肺復蘇急救、各種危險的臨床穿刺治療等技能操作不允許學生直接在病人身體上進行，動物實驗也要遵循減少 （reduction）、替 代 （replacement）和優化 （refinement）的3R原則［8］。

第二，受實驗條件的限制。一些高致病性病原微生物實驗、具有放射性的實驗和劇毒類物質實驗對實驗開設條件要求高，即便開設，也面臨較大安全風險。

第三，受實驗成本和資源的限制。有些醫學實驗設備昂貴、實驗動物缺少、醫學生物類實驗試劑和耗材價格過高。尤其是人體解剖實驗所需要的尸體，不僅難得，而且重復使用率低，即便實驗開出，但每組實驗人員過多，并且實驗操作不可逆、不可重復。

第四，受時空限制。如藥物穩定性考察、藥物毒副作用實驗等，實驗時間跨度長達幾個月甚至數年，是常規實驗教學無法企及的。

由于上述條件的限制，學生動手實踐不充分，往往存在臨床思維欠缺、創新意識不夠、專業能力不足的問題［9］，成為制約醫學人才培養的因素之一。

在信息技術、網絡技術發展及教育國際化的大背景下，筆者提出以MOOC為平臺，以校企合作為基礎，以疾病研究為導向，以人體生理系統為中心，對醫學實驗課程進行全面的綜合改革，建立新的與MOOC相適應的醫學虛擬仿真實驗，以滿足醫學教育開放性在線課程的需求，滿足醫學應用型人才的培養要求。

2 醫學虛擬仿真實驗室建設原則

醫學虛擬仿真實驗室建設的理念是充分利用虛擬實驗開放、互動、共享的優勢，促進醫學實驗教學改革、提升教學質量，更好實現應用型醫學人才培養目標。

2.1 以實為本、以虛補實、虛實結合

醫學的實踐性、醫學教育的技能性特征，決定了醫學實踐教學必須建立在“實訓”的基礎上，包括實驗原理、實驗內容、實驗步驟等理論知識的“實”訓和實驗項目實際操作的“實”訓，兩者缺一不可。雖然虛擬仿真實驗教學源于現實的、真實的實驗，具有實踐的本性，但其本身并非真實的實驗，學生也無法體會實際操作中可能出現的各種誤差［10］。因此，虛擬仿真實驗只能對學生的實踐操作進行“形式訓練”，而不能對學生動手操作能力進行“實質訓練”。

在醫學實驗教學中，讓學生先進行虛擬實驗操作后再進入實際操作，不但能提高實驗效果，還可節約資源。利用虛擬仿真也可進行一些大型綜合性實驗，如細胞培養實驗、PBL病例討論、臨床思維訓練等；受條件限制不能開展的實物實驗，都可以用虛擬仿真實驗替代。虛擬仿真實驗與實際實驗的結合，相互補充、能實不虛，可以提高實驗教學效果，是提高實驗教學質量的有效手段，是對實物實驗教學的有力補充。

2.2 安全、開放、共享

基于MOOC的醫學虛擬仿真實驗室是信息技術與教學內容深度融合的產物，具有安全、開放、共享的特點。為實現校內外、本地區及更廣范圍內的實驗教學資源共享，滿足多地區、多學校和多學科專業的虛擬仿真實驗教學需求［11］，使平臺效益最大化，保持平臺旺盛的生命力和擴展能力，我校醫學虛擬仿真實驗室按照醫學院校的大學科模塊分類，對于每一個大的學科再進行細分，形成層次結構，構建了一個便于分布式開發和層次結構清晰的醫學虛擬仿真實驗教學平臺。該平臺既利于課程的實驗教學，也兼顧課程整合，形成基于器官、系統、疾病的系統化體系。為了更好地服務全校師生和社會，中心采用分布式網絡平臺架構，便于其他學校、醫院等共享訪問；為了提高訪問速度，可在其他單位建立鏡像服務器。

3 建設內容

目前，我校醫學虛擬仿真實驗室的建設以教學資源建設為重點，包括虛擬實驗網絡教學系統和臨床仿真實驗室兩大部分。

3.1 醫學虛擬實驗網絡教學系統

虛擬實驗網絡教學系統主要包括基礎醫學、臨床醫學、藥學、PBL實驗教學、測試項目5個模塊。

（1）基礎醫學模塊。包括人體解剖學的數字人解剖系統、醫學形態學的數字切片庫系統、醫學機能學的生理學、藥理學、病理生理學的虛擬實驗教學系統、醫學形態學的醫學寄生蟲、細菌形態學綜合實驗和細胞微生物學的細胞培養綜合實驗等40多個綜合性實驗，包括200多個實驗項目。

（2）臨床醫學模塊。主要是臨床思維仿真訓練系統，可開展氣道及呼吸、心臟停搏、心律失常、胸痛、代謝和循環造成的急診、中毒及服藥過量等6個模塊的臨床思維訓練綜合實驗。通過實驗課程的學習，培養學生對病案的分析、診斷和自我獲取知識的能力，加強臨床思維方法，達到教學大綱對學生實驗技能的要求。

（3）藥學模塊。包括藥物化學、藥物分析、藥物制劑方面的實驗項目，主要有常壓蒸餾、酸堿滴定、pH計測定醋酸的電離常數、重結晶、色譜分析、分光光度法測定Fe的含量、有機物熔點沸點測定、藥物制劑仿真實訓教學系統、藥物壓片技術仿真實訓教學系統等。

（4）PBL模塊。結合PBL的教學理念和模式，對臨床標準病人進行體檢、實驗室輔助檢測、診斷、案例分析與討論（含文獻檢索、閱讀、發病機制演示等），目前有心衰類疾病與中風、細胞增殖分化凋亡異常與疾病（白血病）等4個PBL案例。

（5）測試項目模塊。主要是對正在開發的實驗項目進行網上試運行，以測試該模塊的運行穩定性并收集教師、學生的使用反饋意見。

3.2 臨床仿真實驗室

臨床仿真系統主要由仿真設備和模型構成，包括心肺聽診訓練系統、腹部觸診訓練系統、心肺復蘇急救高端模擬人、腰椎穿刺、胸腔穿刺、腹腔穿刺、氣管切開、各種輸液穿刺模型，以及仿真OSCE考試、手術直播、錄播示教系統等。臨床仿真以技能實訓為主，并附以視頻演示，可開展30余項實驗項目，可在網上預約實驗。將那些無法在病人身上練習或醫療危險性較大的實驗集中在實驗室中，可以通過模擬訓練的方式讓學生操作練習。

4 醫學虛擬仿真實驗室建設特色與創新

4.1 靈活應用先進網絡技術，構建標準化教學平臺

成都醫學院把品質放在首位，堅持高起點，嚴標準，科學建設教學資源。在建設伊始，實驗室人員對國內外較好的網絡教學資源進行了學習，并在學習基礎上，結合醫學實驗教學的特點和學校的實際，形成了以下資源建設的特點。

（1）教學平臺具有技術先進性，可以在Windows、Linux或Mac OS等操作系統上運行，也可以在PC機、平板電腦或手機上運行，靈活自如的跨平臺使用功能，促成學生無處不在的學習。

（2）資源具有逼真性。無論是外購還是研發的虛擬實驗，必須與真實實驗步驟和過程高度逼真，盡量采用3D表達，且必須通過實驗專家的實驗和鑒定后才能放到平臺上使用。

（3）教學資源具有完整性。虛擬實驗包括實驗原理介紹、實驗操作錄像、仿真交互操作、結果模擬顯示等基本內容。

（4）虛擬仿真實驗具有一定的靈活性。學生根據平臺提供的器材自主設計實驗，可以觀察到不同條件下的實驗結果，提高研究能力。

（5）資源具有針對性和普適性。主要針對實際實驗難以開展或消耗較大的項目及大型綜合性實驗進行開發和建設，實驗資源向醫學及相關專業均要開設的基礎性實驗傾斜，不但供本校絕大多數學生使用，還向全國醫藥高等院校以及中職、高職醫學專科學校輻射利用，使其發揮廣泛的教育作用。

4.2 整合教學資源，構建集約化和系統化平臺

成都醫學院整合了解剖學、組織學、病理學、機能學等學科的實驗項目，以人體器官、組織結構、病理過程及臨床診療為主線，以病原微生物、細胞、分子檢驗技術為輔線，形成基于器官、系統、病例為核心的系統化虛擬實驗教學體系。虛擬實驗平臺支持學生自由搭建合理的實驗或案例，有利于學生對實驗基本功的掌握，也有利于培養他們的創新意識。內建的題庫系統，可提供在線自測，是一個良好的自我學習、測試平臺。

4.3 整合學校資源，深入開展校企合作

成都醫學院整合了基礎醫學實驗教學中心、臨床醫學實驗教學中心、藥學技能實驗教學中心等3個省級實驗教學中心的資源，擁有一支職稱、學歷、年齡、學科結構合理的師資隊伍。同時，學校深入開展校企合作，采取“校－企合作、校－校合作、校－院（教學醫院）合作”的方式，以成都泰盟科技有限公司為紐帶，以10余所高等醫學院校合作為基礎，加快平臺教學資源的建設，實現了平臺資源的共建、共管、共享。

5 建設成效

成都醫學院充分利用醫學虛擬仿真實驗教學資源開展實驗教學，針對不同專業，選擇性增加了實驗項目，其中新增21項由于受條件限制而無法開設真實實驗的虛擬仿真實驗項目，新增大型綜合、設計性項目24項，新增PBL實驗項目4項。利用虛擬仿真設備，在解剖學、形態學實驗教學中同時展開了真實實驗和虛擬仿真實驗。隨著中心教學資源日益豐富，平臺為學生提供了直觀實驗預習環境，實現教學環境立體化［12］，對實驗教學質量提升的貢獻度不斷加大，成為高素質應用型醫學人才培養的重要平臺。

2011—2012年，成都醫學院畢業生參加臨床醫師執業資格考試的通過率分別達到63.06%、74.02%，高于全國平均水平，近三年畢業生就業率始終保持在90%以上。2012年，本校學生獲“全國高等醫學院校大學生臨床技能競賽”西南西北賽區一等獎和全國總決賽一等獎；2013再獲西南西北賽區一等獎和全國總決賽二等獎；2011—2013年獲全國大學生“挑戰杯”科技作品三等獎2項；2010年和2012年參加全國大學生基礎醫學創新實驗大賽各獲1項三等獎。2014年，我校醫學虛擬仿真實驗教學中心成為教育部首批國家級虛擬仿真實驗教學中心。

6 結束語

正如德國哈素·普拉特納學院院長克里斯多夫·梅內爾（Christoph Meinel）教授所言：“MOOC是對傳統大學的顛覆性延伸而不是威脅，它將創造一個傳統的大學過去無法企及的、完全新的、更大的市場。”基于MOOC的醫學虛擬仿真實驗室建設的意義在于利用互聯網技術與云端開放式教育平臺，實現高等教育優質資源共享，對于推動高等醫學教育改革，創新醫學教育教學模式，促進高校與企業的交流與合作，擴大大學的社會影響力，提高優秀教師社會知名度，提高醫學應用型人才培養的質量都具有十分重要的意義。

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［1］王穎，張金磊，張寶輝.大規模網絡開放課程（MOOC）典型項目特征分析及啟示［J］.遠程教育雜志，2013（4）：67－75.

［2］張振虹，劉文，韓智.從OCW課堂到MOOC學堂：學習本源的回歸［J］.現代遠程教育研究，2013（3）：20－27.

［3］李華，龔藝，紀娟.面向 MOOC的學習管理系統框架設計［J］.現代遠程教育研究，2013（3）：28－33.

［4］黎靜.在線教育來潮：教師的困境與出路［J］.高教探索，2013（5）：151－155.

［5］王文禮.MOOC的發展及其對高等教育的影響［J］.江蘇高教，2013（2）：53－57.

［6］劉鵬濤，游英慧，王金才，等.醫學實驗教學中虛擬儀器技術的應用［J］.中國醫學教育技術，2010，24（1）：52－54.

［7］高文祥，高鈺琪，陳建，等.醫學實驗課中實驗動物倫理學要求的實施與思考［J］.中國醫學教育探索雜志，2013，12（12）：1250－1252.

［8］余琦，楊佩剛，張春芳，等.3R原則在醫學實驗動物學教學中的應用［J］.西北醫學教育，2007，15（6）：1128－1130.

［9］李正祿.醫學實驗教學改革之我見［J］.時珍國醫國藥，2007，18（10）：2592.

［10］王涌，李國麗，應艷杰，等.建設網絡虛擬實驗室，深化實驗教學改革［J］.實驗技術與管理，2010，27（9）：85－87，107.

［11］教育部高等教育司.關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知［EB／OL］.（2013－08－13）［2014－03－25］.http：／／www.moe.gov.cn／publicfiles／business／htmlfiles／moe／A08 ＿gggs／201308／156121.html.

［12］梁楠，張曉.創新實踐教學以促進示范中心建設［J］.重慶醫學，2013，42（14）：1667－1668.