機能學虛擬仿真實驗教學系統在生理學實驗教學中的應用研究

馬 艷

（青海衛生職業技術學院，青海 西寧 810000）

當今社會醫學科學的迅猛發展，使醫學教育面臨嚴峻的挑戰。醫學人才能力、素質的培養必然要依靠知識的傳授和必要的實踐，這就要求實驗教學進行改革。傳統實驗教學方式和手段存在諸多問題，難以適應現代教育的發展，引入新的教學手段迫在眉睫。虛擬仿真實驗教學系統作為一種新型實驗教學工具，應用于生理學實驗教學中，能夠滿足高職教育改革的要求，取得滿意的教學效果。

1 概述

虛擬仿真實驗教學系統是對傳統醫學教學的有益補充，也是醫學教育改革有力的推動力量，不僅節省教育資金，還能提高實驗教學水平。虛擬仿真實驗無需實驗動物和實驗儀器，利用計算機模擬醫學實驗的操作過程，是伴隨著科技發展應運而生的先進教學手段。將虛擬仿真實驗教學系統應用于生理學實驗教學，能消除傳統教學抽象難懂、枯燥乏味的弊端，直觀演示實驗操作過程，圖文并茂，配有錄像，激發學生的學習興趣，從而提高實驗教學質量。虛擬實驗雖有諸多優點，但因其缺乏實驗中的“真實感”，并不能完全代替真實實驗。真實實驗與虛擬實驗都是生理學實驗教學中不可缺少的組成部分，在教學過程中需將兩者有機結合起來，有效提高生理學實驗教學效果。

2 對象與方法

2.1 對象

選擇我院三年制臨床醫學專業2018級兩個平行班，每班50人左右，其中1班設為實驗組，2班設為對照組，兩班學生均為高中起點。

2.2 方法

2.2.1 實驗教學方法 在生理學實驗教學中針對以下實驗項目進行實驗：（1）家兔動脈血壓的調節，3學時；（2）家兔呼吸運動的調節，3學時；（3）影響家兔尿生成的因素，3學時。

實驗組：運用虛實結合法進行動物實驗教學，學生利用課余時間在機能學虛擬仿真實驗室中或手機職教云平臺上，登錄虛擬仿真實驗教學系統進行操作，完成實驗項目。教師對實驗操作要點及注意事項進行強調，學生結合實驗指導反復觀看虛擬實驗原理、目的、步驟及操作過程，以達到課前預習的目的。然后教師利用1學時時間講解實驗，邊講解邊讓學生回憶虛擬實驗操作過程，學生利用2學時時間完成真實動物實驗，實驗過程全程錄像。

對照組：運用傳統實驗教學法進行動物實驗教學，教師利用1學時時間講解實驗，學生利用2學時時間進行真實動物實驗，實驗過程全程錄像。實驗考核后要求學生利用課余時間在機能學虛擬仿真實驗室中或手機職教云平臺上，登錄虛擬仿真實驗教學系統反復觀看已做完的動物實驗，仔細觀察實驗操作的每一步驟，思考如果利用虛實結合實驗教學方法是否減少失誤、是否加深對實驗過程中難點的理解。

2.2.2 考核方法 考核分為兩部分，即動物實驗筆試和實驗報告。實驗報告由代課教師批閱，給出成績。

2.2.3 調查問卷 利用麥克思教學管理平臺，針對實驗組學生發放虛實結合實驗教學方法的反饋調查問卷，了解學生對虛實結合法在生理學實驗教學中應用的認可情況；針對對照組學生發放虛實結合實驗教學方法的反思調查問卷，提出問題，了解學生對虛實結合法在生理學實驗教學中應用的期待。

2.3 統計學方法

對兩組成績進行統計學分析，數據用均數±標準差表示，P＜0.05表示差異具有顯著性。

3 結果

3.1 考核成績

3.1.1 動物實驗筆試成績 本學期末，利用職教云平臺對兩組進行動物實驗筆試考核，內容為動物實驗操作要點、注意事項等。

3.1.2 實驗報告成績 實驗報告成績由兩部分組成：（1）實驗基本技能操作，占總成績的60%，由教師根據實驗課中每組學生實驗操作錄像回放、操作規范和熟練程度及失誤率等進行打分；（2）實驗結果的整理、分析、總結，占總成績的40%。

兩組學生動物實驗筆試成績和實驗報告成績比較見表1。

表1 兩組考核成績比較（±s，分）

表1 兩組考核成績比較（±s，分）

組別 筆試成績94.01±2.17 88.75±5.56＜0.05 n實驗組對照組P 56 50實驗報告成績90.76±5.10 83.58±10.12＜0.05

對兩組考核成績進行統計學分析，根據樣本量大小采用t檢驗，P值均小于0.05，差異具有顯著性。表明虛擬仿真實驗教學系統應用于生理學實驗教學，能切實提高學生實驗操作能力和教學質量，值得推廣。

3.2 問卷調查結果

利用麥克思教學管理平臺對實驗組發放自行設計的調查問卷，結果見表2。

表2 實驗組問卷調查結果

利用麥克思教學管理平臺對對照組發放自行設計的反思調查問卷，提出要求：做完動物實驗后再仔細觀看虛擬仿真實驗的操作步驟，回憶在實際操作中出現的問題及失誤，思考如果先觀看虛擬實驗操作再進行真實動物實驗，是否可以減少失誤，虛實結合實驗教學法是否可以提高實驗成功率。調查結果顯示，學生對虛實結合實驗教學法給予了肯定，認為可以減少失誤率，提高實驗教學質量。

4 討論

4.1 機能學虛擬仿真實驗教學系統的應用有助于學生預習與復習

生理學是一門實踐性較強的學科，實驗教學內容主要是動物實驗操作。教師以往布置課前預習任務，學生很難單純通過實驗指導與理論知識真正理解抽象復雜的操作過程，容易厭煩，失去學習興趣。而虛擬仿真實驗教學系統能將抽象復雜的生理學實驗內容生動、直觀地呈現給學生，大大提高了預習和復習的效率，增強了學習的趣味性。學生在課余時間利用虛擬仿真實驗教學系統進行預習和復習，取得了良好的學習效果。

由于近年來招生規模的擴大和實驗場地的局限，學生人數多，動手操作機會少，一些難度大、操作復雜的實驗，如家兔的動脈插管，傳統教學中學生常常無法真正掌握實驗操作方法與技巧。對于學生數量通常在50人以上的班級來說，在僅有一名教師做示范實驗的情況下，大部分學生無法看清實驗操作細節，僅憑課堂上的一次示范，很多學生難以掌握實驗技術的要領，也記不住操作過程，在后續具體實驗操作中往往會出現一些技術上的錯誤，以致實驗無法順利進行。針對這種情況，學生利用虛擬仿真實驗室或職教云平臺觀看虛擬實驗操作，進行課前預習，觀看過程中注意操作要領，再結合教師的課堂指導，可以顯著提升操作能力，提高實驗成功率，達到更好的教學效果。實驗課教學內容大多也是理論課教學的重點，實驗課主要是再現和驗證理論課所學知識，因此利用虛擬仿真實驗教學系統對相關實驗原理進行復習，也有助于對理論課所學知識的鞏固。

4.2 機能學虛擬仿真實驗教學系統起到了示教作用，提高了實驗成功率

隨著計算機在教育領域的廣泛應用，虛擬實驗在生理學教學中占有重要地位。有些實驗難度大，教師講，學生聽，但實際操作時學生仍手足無措。教師在每組進行巡回指導，不僅增加了工作量，還減少了學生操作機會。利用虛擬仿真實驗教學系統，通過圖片、動畫、視頻、文字介紹實驗方法、技術、步驟、要求，給學生創建真實的學習環境，真正起到示教作用。學生親眼看到正確的操作過程，規范操作，提高了動物實驗成功率，調動了學習積極性，改善了實驗教學質量。

虛擬仿真實驗教學系統能夠直觀、形象地演示實驗過程，包括動物的麻醉、手術及信號的記錄等，而且學生能夠反復操作，便于對實驗操作的充分理解和掌握。在此基礎上再進行真實實驗，虛擬實驗與真實實驗相結合，提高學生學習興趣和實驗成功率，使學生牢固掌握實驗操作技術。

4.3 機能學虛擬仿真實驗教學系統創造了良好的實驗環境，推動了生理學實驗教學改革

2013年我院醫學基礎部機能實驗室引進VBL-100虛擬仿真實驗教學系統，6個學生端口，開展了虛擬實驗，由于學生人數較多，分組實驗達不到理想的教學效果。依托2016年職業教育專項資金，醫學基礎部新建了醫學機能虛擬仿真實驗室，40個學生端口，從而改善了實驗教學環境。學生利用職教云平臺資源庫，隨時隨地觀看虛擬實驗操作過程，推動了生理學實驗教學改革，提高了教學質量。依托2017年高等職業教育生均撥款專項資金，加強醫學機能實訓室建設，購置了集成化生物信號采集與處理系統，基于信息化教學平臺，運用虛實結合教學法進行動物實驗教學，從而提高學生操作能力。機能學虛擬仿真實驗教學系統是對傳統生理學實驗教學的有益補充，在開展虛擬實驗的同時重視真實動物實驗，將二者優勢相結合，更好地開闊學生視野，調動學習興趣，將抽象的內容具體化、形象化，給學生留下深刻的印象。

綜上所述，虛擬仿真實驗教學系統應用于生理學實驗教學，推動了實驗教學改革，提高了實驗教學質量，值得在今后的實驗教學中加以完善并推廣使用。