研究虛擬實驗室開放模式在醫(yī)學機能實驗教學中的應用

楊杉　張雪雁　馬曉峰

【摘? 要】隨著“精準醫(yī)學計劃”的提出，精準治療進入一個嶄新的新時代，這也是當今社會對臨床醫(yī)學實驗教學發(fā)展的需求。當然，這無疑對傳統(tǒng)實驗教學提出了一個新挑戰(zhàn)。以往的面對面實驗教學僅僅局限于在理論上掌握某一實驗設計方法，但是實驗的復雜性，課堂上傳統(tǒng)的實驗教學往往不能呈現理想的實驗結果。虛擬實驗室借助于互聯(lián)網平臺，成本低下，實驗可重復性，廣受各醫(yī)學院校實驗教學的青睞，這對培養(yǎng)新時代醫(yī)學實驗人才提供了必要的理論基礎。本文以泰盟VBL-100醫(yī)學機能學虛擬實驗系統(tǒng)教學為例，闡述虛擬實驗室在整個實驗系統(tǒng)中的教學優(yōu)勢以及在醫(yī)學技能實驗教學中的建設實施，旨在構建一體化的互聯(lián)網實驗教學平臺，為我國醫(yī)學實驗教學的創(chuàng)新化發(fā)展及信息化進程打下堅實基礎。

【關鍵詞】虛擬實驗室;醫(yī)學機能實驗學;泰盟VBL-100;實驗教學

【中圖分類號】G434;R-4????? 【文獻標識碼】A????? 【文章編號】1004-7484（2020）09-0224-02

臨床醫(yī)學是醫(yī)學門類“一級學科”，主要研究疾病的病因、診斷、治療和預后，提高臨床治療水平，促進人體健康的科學，通過預防和治療以最大程度上減弱疾病、減輕病人痛苦、恢復病人健康、保護勞動力。臨床醫(yī)學是直接面對疾病、病人，對病人直接實施治療的科學^[1-2]。當下，互聯(lián)網技術飛速發(fā)展，在教育教學領域的應用也越來越多，尤其在醫(yī)學院校，在很多實驗設備或者實驗條件無法滿足時，教師更加依賴于互聯(lián)網技術?！盎ヂ?lián)網+”教學渠道的建立，大大提高了醫(yī)學院實驗教學質量及教學效率。泰盟VBL-100醫(yī)學機能學虛擬實驗系統(tǒng)，已然成為醫(yī)學院校實驗教學一個成功典型案例。

一、虛擬實驗室的優(yōu)勢

虛擬實驗室系統(tǒng)采用計算機虛擬仿真與網絡技術，涵蓋了40多個機能學實驗的模擬仿真，由于模擬仿真實驗無需實驗動物，無需實驗準備即可幫助學生理解實驗的操作步驟以及實驗效果，可以作為機能學實驗教學的一個有益補充。對教師而言起到輔助教學的作用，對學生而言，則起到知識的預習、熟悉及強化的作用。該系統(tǒng)由儀器介紹，實驗原理，手術操作，模擬仿真、實驗波形以及實驗測試等部分組成，結構完整，內容豐富，可同時供40位同學進行機能學知識的學習。

與傳統(tǒng)實驗室不同，泰盟VBL-100醫(yī)學機能學虛擬實驗系統(tǒng)不受空間時間的限制，不需要額外的成本支出，不需要緊密的實驗儀器，不需要嚴格的實驗條件，只要有計算機、互聯(lián)網的地方就可以模擬實驗。教師可以這種虛擬實驗方法傳授實驗技術，學生也可以借助虛擬實驗室進行自學。更值得一提的是，虛擬實驗系統(tǒng)可以遠程操控，比傳統(tǒng)實驗室具有更高的安全性、便捷性和可持續(xù)性，實驗素材信手拈來，可以隨時開始或者取消實驗，而先前已經產生的實驗數據或者前期實驗基礎會自動保存。

二、虛擬實驗室開放模式在醫(yī)學機能實驗教學中的應用

泰盟VBL-100醫(yī)學機能學虛擬實驗系統(tǒng)旨在解決醫(yī)學相關實驗，簡化實驗操作步驟。比如在進行生理實驗時，泰盟VBL-100醫(yī)學機能學虛擬實驗系統(tǒng)能夠涵蓋包括刺激強度與肌肉收縮的反應關系、刺激頻率與肌肉收縮之間的關系、神投影儀講臺、經干動作電位的引導實驗、神經興奮傳輸速度的測定、神經干不應期的測定、減壓神經放電、膈神經放電、大腦皮層誘發(fā)點位、離體蛙心灌流、期前收縮與代償間歇、心肌細胞動作電位、家兔血壓調節(jié)、家兔呼吸運動調節(jié)、尿生成的影響因素、消化道平滑肌生理特性等若干種生理實驗^[3]。這些實驗往往因為實驗條件的嚴苛或者微環(huán)境的把控，導致實驗失敗，學生往往不能接收到立項的實驗狀態(tài)，從而對醫(yī)學實驗失去學習興趣。在進行藥理相關實驗中，虛擬實驗系統(tǒng)可以操控藥物對動物學習記憶的影響、酸棗對小鼠的鎮(zhèn)定作用、安定的抗驚厥作用、杜冷丁的鎮(zhèn)痛作用、地塞米松對實驗大鼠腳趾腫脹的抗炎作用、苯海拉明藥效實驗、神經體液因素及藥物對心血管活動的影響、藥物急性毒性實驗、藥物半衰期的測定、給藥劑量對藥物血濃度的影響、給藥途徑對藥物血濃度的影響、藥物在體內的分布、肝腎功能狀態(tài)對藥物血濃度的影響、多次給藥對藥物血濃度的影響等^[4]。恰當合理的應用最適藥物濃度，探究藥理實驗存在奧秘。通過虛擬實驗的學習，可以鼓勵學生將定量計算與微觀層次的生理、藥理過程以及宏觀層次的結果聯(lián)系起來，促進更深層次的概念理解。因此建設虛擬實驗室應始終貫徹落實四個主流原則，包括設置情景融合的實驗操作空間、營造交互良好的實驗教學環(huán)境以及形成系統(tǒng)完善的評價反饋機制。

（一）設置情景融合的實驗操作空間

大量的醫(yī)學相關實驗往往是抽象存在，尤其是基礎實驗，很多醫(yī)學生不能夠明白整個實驗步驟或者有的學生只知道步驟，不明白自己的實驗目的，對預期結果不能很好預測，對實驗進行的微環(huán)境和溫度、濕度把控不到位，造成實驗屢屢失敗。學生對實驗存在的實驗數據、物質分析不能夠合理解釋。而且，截止目前為止，尚無一本系統(tǒng)完善的醫(yī)學實驗匯編，學生學習實驗的渠道大多來自網上查找或者國內外文獻。事實上，真切存在的、情景融合的實驗教學便于幫助醫(yī)學生將實驗中學到的知識與日常生活建立聯(lián)系，實驗課程學習的積極性也可以提高學生對理論課學習的積極性，增加師生關系，促進課堂互動。大量文獻提出，獨具生面的情景化教學可以幫助學生更容易主動學習、更方便記憶和再學習，能夠讓學生從長遠獲益^[5]。

（二）營造交互良好的實驗教學環(huán)境

在虛擬實驗系統(tǒng)中，交互良好的實驗教學環(huán)境也是學生學好實驗必不可少的實驗條件，一個良好的交互環(huán)境能夠培養(yǎng)學生實驗動手能力，更加有助于提升對未來臨床工作的積極性。新時代教育理念提倡學生自主提出問題、自發(fā)設計實驗思路，最后從實驗結果中總結實驗結論，最重要的該實驗結論對臨床工作的幫助，對于指導臨床治療有什么建設性的意義。目前的現實情況迫切需要學生可以足夠適應虛擬實驗環(huán)境，熟悉掌握基礎實驗相關系統(tǒng)操作、臨床實驗相關數據收集以及最終結果的統(tǒng)計學分析。這就對學生的實驗性交互環(huán)境提出了更加嚴格的要求。良好有序的虛擬實驗系統(tǒng)能夠將教學需求合理的嵌入其中。當然，這不是簡單意義上的對課堂知識的取而代之，而是給學生營造良好的實驗學習環(huán)境，讓他們能夠將自己在課堂所學與實驗操作有機的結合起來。虛擬實驗系統(tǒng)可以根據學生實驗設計和實驗思路自主分析實驗結果，并能夠根據實驗條件分析結果的偏差。通過遠程操控向學生及老師反饋實驗數據，在很大程度上降低了枯燥的課堂管理問題。

（三）形成系統(tǒng)完善的評價反饋機制

在實驗操作環(huán)節(jié)中，實驗的可重復性也是實驗研究結果的必要要求，對于經常實驗失敗，實驗設計各個環(huán)節(jié)的反思評價就顯得尤為重要。利用虛擬實驗技術，可以有效激勵醫(yī)學生努力從剛剛的實驗過程中尋找導致可能失敗的一切可能，及時從自己的記憶庫中搜尋彌補信息。虛擬實驗系統(tǒng)所反饋的實驗細節(jié)也能夠很大程度上幫助學生擺脫以往陳舊的實驗思路，推陳出新，提出適宜該實驗的專屬實驗流程。在此過程中，教師的引導也非常重要，但是實驗環(huán)節(jié)的不可預測性，教師往往也束手無策，但是虛擬實驗平臺的構建，可以在很大程度上幫助老師形成實驗誤導框架，教師的及時總結歸納可以讓學生少走彎路，增加實驗的成功率。當一節(jié)實驗課結束后，教師系統(tǒng)的點評以及虛擬實驗系統(tǒng)及時的反饋裝置能夠幫助學生增加對醫(yī)學實驗的求知欲與滿足感。

結語

故臨床醫(yī)學不是僅局限于理論學習，而更多的是將理論學習與實驗技術、臨床技術相結合。臨床醫(yī)學需要大量的臨床實踐，需要擁有較高理論專業(yè)知識和操作專業(yè)技能。而在學校學習階段形成的實驗思維，在一定程度上激發(fā)學生的邏輯思考能力，為以后的臨床工作添磚加瓦。

虛擬實驗室具有很多優(yōu)點，在實驗整個構思過程中都起著不可替代的作用，而且，目前有些高校已經采用虛擬實驗教學系統(tǒng)，已經形成的工作基礎和適宜性技術為其他高校虛擬實驗平臺的構建奠定基礎。虛擬實驗室能夠在學習過程的結構和完善的課程中系統(tǒng)地勝任實驗教學。

參考文獻

[1]迪麗娜孜·艾爾肯，夏米西努爾·伊力克，瑪依熱·吐爾洪.基于精品資源共享課程平臺及形評考核模式等，提高“5+3”一體化臨床醫(yī)學班級“醫(yī)學細胞生物學”教學質量體會[J].中國多媒體與網絡教學學報（上旬刊），2020（05）：170-171+147.

[2]袁響林，潘俐，瞿秋，劉彬，馬蕾，戴青原，張麗華.角色扮演教學法在臨床醫(yī)學專業(yè)留學生老年醫(yī)學教學中的應用[J].中華醫(yī)學教育雜志，2020（04）：283-287.

[3]連娜琦，魯芯羽，趙鳳鳴，李育.淺談實驗教輔人員在醫(yī)藥院校生理學實驗教學中的作用[J].教育教學論壇，2020（05）：389-390.

[4]王燕，宋振，冀海燕.基于成果導向教育模式的藥理實驗教學應用研究[J].衛(wèi)生職業(yè)教育，2020，38（06）：61-62.

[5]蘇強，戴日新，楊錫恒，趙位昆.情景式PBL教學在心內科臨床實習帶教中的應用效果觀察[J].當代醫(yī)學，2020，26（10）：177-178.