機能學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)實踐與開展現(xiàn)狀探討

周前

[摘? ? ? ? ? ?要]? 機能學(xué)虛擬仿真實驗作為一種新型的實驗教學(xué)手段，比傳統(tǒng)實驗更能促進(jìn)實驗?zāi)康牡倪_(dá)到，是對“3R”原則的踐行，同時避開了傳統(tǒng)實驗過程中的安全隱患。但作為一種虛擬的實驗系統(tǒng)，學(xué)生在其中無法完全體會實驗的真實性和復(fù)雜性，也不利于學(xué)生協(xié)作精神和科學(xué)思維能力等的培養(yǎng)，加之有的學(xué)校管理層及教師現(xiàn)代化實驗教學(xué)意識不強，所以目前機能學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)并沒有得到廣泛開展。因此，要增強廣大師生現(xiàn)代化實驗教學(xué)的意識，加大虛擬仿真技術(shù)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用。為了更好地提高實驗教學(xué)質(zhì)量、提升學(xué)生的綜合能力，更有效地促進(jìn)機能學(xué)實驗教學(xué)目的的達(dá)到，最好采用“虛實結(jié)合”的實驗方式。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 機能學(xué);虛擬仿真技術(shù);教學(xué)實踐;開展現(xiàn)狀

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2020）43-0148-02

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)得到迅速發(fā)展，也逐漸走進(jìn)校園，特別是在實驗教學(xué)中的應(yīng)用逐漸得到了廣大教育工作者的接納。機能學(xué)包括生理學(xué)、藥理學(xué)、病理生理學(xué)三門基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程。機能學(xué)實驗課的目的是通過實驗的基本知識、基本技能和基本方法的學(xué)習(xí)、訓(xùn)練，驗證、鞏固已學(xué)機能學(xué)科理論知識，同時培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，即自學(xué)能力、動手操作能力、科學(xué)思維能力和協(xié)作能力、文字表達(dá)能力等。課題組通過實驗教學(xué)實踐和問卷等方式對虛擬仿真技術(shù)在機能學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究與探討。

一、對象與方法

（一）對象

六盤水職業(yè)技術(shù)學(xué)院2018級高3康復(fù)（1、2、3、4、5、6）班學(xué)生和貴州醫(yī)科大學(xué)、遵義醫(yī)科大學(xué)、六盤水職業(yè)技術(shù)學(xué)院、安順職業(yè)技術(shù)學(xué)院、黔南民族醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校機能學(xué)教師。

（二）方法

比較教學(xué)法和問卷調(diào)查法。以藥理學(xué)實驗“地西泮的抗驚厥作用”為例，在2018級高3康復(fù)（1、2、3、4、5、6）班開展同班比較教學(xué)，先開展“傳統(tǒng)的動物實驗教學(xué)”，隨即通過機能學(xué)虛擬仿真平臺開展“虛擬仿真實驗教學(xué)”，實驗結(jié)束后調(diào)查，了解學(xué)生對兩種不同實驗方式的體驗情況，向331人發(fā)布問卷，318人答卷，答卷率為96.07%。同時通過問卷星對貴州醫(yī)科大學(xué)、遵義醫(yī)科大學(xué)等兩所本科院校及六盤水職業(yè)技術(shù)學(xué)院、安順職業(yè)技術(shù)學(xué)院、黔南民族醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校等三所高職高專院校的32名機能學(xué)教師進(jìn)行了“機能學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)開展情況”問卷調(diào)查，了解機能學(xué)虛擬仿真實驗在各校的開展情況。采用Excel分析法對結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析。

二、結(jié)果與分析

在所調(diào)查的32位機能學(xué)教師中有11位是本科院校的教師，21位是高職高專的教師，涉及臨床醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、檢驗學(xué)、影像學(xué)、影像技術(shù)、康復(fù)治療技術(shù)及其他等專業(yè)的機能學(xué)課程的教學(xué)。從問卷結(jié)果顯示，所調(diào)查的本科院校都自建有或購買有“機能學(xué)虛擬仿真教學(xué)平臺”，11位本科院校的機能學(xué)教師中只有4位自學(xué)校建有或購買后就一直使用機能學(xué)虛擬仿真教學(xué)平臺開展仿真實驗教學(xué)，占36.36%;在所調(diào)查的21位高職高專的教師中，只有3位使用過機能學(xué)虛擬仿真教學(xué)平臺，占14.29%;在所調(diào)查的32位教師中，13位“不知道或不記得學(xué)校是否有此平臺”，占40.63%，7位是因為感覺教學(xué)效果不好，所以不常用;而對“最好的實驗方式”，7位教師認(rèn)為傳統(tǒng)動物實驗方式，占21.88%，1位教師認(rèn)為虛擬仿真實驗方式，占3.13%，15位教師認(rèn)為傳統(tǒng)動物實驗與虛擬仿真實驗相結(jié)合，占46.88%，9位教師未作答。

三、討論

（一）虛擬仿真實驗比傳統(tǒng)實驗更能促進(jìn)實驗?zāi)康牡倪_(dá)到

隨著醫(yī)學(xué)教育的發(fā)展，醫(yī)藥衛(wèi)生專業(yè)招生人數(shù)逐年增加，不可避免地存在實驗指導(dǎo)老師、實驗場地面積、實驗設(shè)備及實驗耗材等相對不足，學(xué)生往往只能6～8人甚至10人一組進(jìn)行實驗，大多數(shù)學(xué)生只能協(xié)助或觀摩，導(dǎo)致對操作過程及相關(guān)知識的理解基本還是處于似是而非的模糊層面，不能有效達(dá)到“驗證、鞏固已學(xué)理論知識”的目的。機能學(xué)虛擬實驗教學(xué)平臺是在計算機系統(tǒng)中采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，創(chuàng)造各種虛擬實驗環(huán)境，使學(xué)生可以像在真實的環(huán)境中一樣運用各種虛擬實驗器械和設(shè)備，對建立起來的實驗?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行實時仿真操作[1]。借此平臺開展虛擬仿真實驗教學(xué)，不受時間、空間、實驗器械和試劑、動物耗材等限制，每個學(xué)生都可以完成整個操作過程，而且可以反復(fù)操作，更利于學(xué)生對相關(guān)知識的掌握。

（二）機能學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)是對“3R”原則的踐行

“3R”原則由英國動物學(xué)家Russell和微生物學(xué)家Burch于1959年出版的《人道主義實驗動物原理》一書中第一次提出[2]。目前已逐漸被接受并被運用于生物醫(yī)學(xué)研究中，且在實踐中得到進(jìn)一步發(fā)展。所謂“3R”原則，即減少（reduction）、替代（replacement）和優(yōu)化（refinement）原則[3]。傳統(tǒng)的機能學(xué)實驗有許多是動物實驗，在實驗標(biāo)本的制作及實驗后動物的處理方面都明顯有悖于“3R”原則和實驗用動物福利宗旨[4]。虛擬仿真實驗教學(xué)是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，創(chuàng)造虛擬實驗環(huán)境，使用計算機實驗?zāi)Ｐ吞娲铙w動物進(jìn)行實時仿真操作，既達(dá)到了實驗教學(xué)的目的，又踐行了“3R”原則，其是“3R”原則與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合的具體展現(xiàn)。

（三）存在問題與措施

1.存在問題

（1）隨著虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展，在國家政策的引導(dǎo)和支持下，有的學(xué)校積極開展了虛擬仿真實驗教學(xué)平臺建設(shè)工作，不少教師也積極嘗試在機能學(xué)實驗教學(xué)中開展虛擬仿真實驗教學(xué)[5-7]，但還沒有得到廣泛開展。從調(diào)查結(jié)果顯示，有的學(xué)校特別是一些高職高專學(xué)校還沒有虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，而購買了的學(xué)校也沒有很好應(yīng)用，甚至有不少教師不知道或不記得學(xué)校有此平臺，使其成為“擺設(shè)”，可見虛擬仿真實驗教學(xué)還有待進(jìn)一步推廣。

（2）虛擬仿真實驗操作過程程序化，學(xué)生無法完全體會真實實驗的復(fù)雜性，比如其結(jié)果是預(yù)期性的，讓學(xué)生不能體驗實驗的誤差或失敗，不利于學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)。另外，虛擬仿真實驗是單獨完成的，不利于培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作精神，這些都背離了機能學(xué)實驗教學(xué)的目的。從表中也可以看出，相比較而言，學(xué)生還是更喜歡看得見、摸得著的動物實驗。

2.措施

（1）要增強現(xiàn)代化實驗教學(xué)的意識，加快學(xué)校虛擬仿真實驗教學(xué)平臺建設(shè)與應(yīng)用，2013年8月，教育部高教司發(fā)出《關(guān)于開展國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》（教高司[2013]94號）[8]。2017年7月，教育部辦公廳發(fā)布了《關(guān)于2017—2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)的通知》，都旨在深入推進(jìn)信息技術(shù)與高等教育實驗教學(xué)的深度融合[5]。可見虛擬仿真實驗教學(xué)是實驗教學(xué)發(fā)展的必然趨勢，學(xué)校管理層及機能學(xué)教師都應(yīng)主動適應(yīng)，跟上現(xiàn)代化實驗教學(xué)的發(fā)展。

（2）虛實結(jié)合，相互補充。傳統(tǒng)的動物實驗難以適應(yīng)現(xiàn)代教育的發(fā)展，同時還涉及實驗動物保護(hù)的人道主義及存在一定的安全隱患，導(dǎo)致機能學(xué)實驗教學(xué)的有效開展受到很大限制，特別是2011年東北某高校實驗教學(xué)動物實驗中發(fā)生了學(xué)生感染布魯氏菌病的重大教學(xué)責(zé)任事故后，教育部辦公廳專門發(fā)文（教高廳〔2011〕1號），要求加強高等學(xué)校動物實驗安全管理工作[9]，有的學(xué)校為了安全，逐漸減少了動物實驗項目的開展，這對學(xué)生的培養(yǎng)顯然是不利的。而虛擬仿真實驗可以回避傳統(tǒng)動物實驗存在的所有問題，讓學(xué)生高效、安全地完成實驗。但虛擬仿真實驗不能完全替代傳統(tǒng)的動物實驗，如前述因其“虛”，操作過程程序化，不利于學(xué)生科學(xué)思維能力、協(xié)作精神等的培養(yǎng)。所以最好的是虛實結(jié)合的實驗方式，可以先用少量動物開展傳統(tǒng)實驗，讓學(xué)生有了真實的體驗，再到平臺上進(jìn)行模擬操作，彌補動物實驗過程中的不足。二者互相補充，揚長避短，從實驗效果及對學(xué)生的培養(yǎng)方面都比單獨開展傳統(tǒng)實驗或虛擬仿真實驗更有優(yōu)勢，更益于機能學(xué)實驗?zāi)康牡倪_(dá)到。

四、小結(jié)

通過教學(xué)實踐和調(diào)查研究顯示，機能學(xué)虛擬仿真實驗作為一種新型的實驗教學(xué)手段，比傳統(tǒng)實驗更能促進(jìn)實驗?zāi)康牡倪_(dá)到，也可以實現(xiàn)實驗動物保護(hù)的人道主義，是“3R”原則與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合的具體展現(xiàn)，同時保證了實驗過程的安全性。但作為一種虛擬的實驗系統(tǒng)，學(xué)生在其中無法完全體會實驗的真實性和復(fù)雜性，也不利于學(xué)生協(xié)作精神和科學(xué)思維能力等的培養(yǎng)，加之有的學(xué)校管理層及教師現(xiàn)代化實驗教學(xué)意識不強，所以目前機能學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)并沒有得到廣泛開展。在信息技術(shù)高速發(fā)展的大環(huán)境下，廣大師生應(yīng)增強現(xiàn)代化實驗教學(xué)的意識，加大虛擬仿真技術(shù)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用。為了更好地提高實驗教學(xué)質(zhì)量、提升學(xué)生的綜合能力，更有效地促進(jìn)機能學(xué)實驗教學(xué)目的的達(dá)到，最好采用“虛實結(jié)合”的實驗方式，二者互相補充，揚長避短，更能實現(xiàn)信息技術(shù)與實驗教學(xué)的深度融合。

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編輯 張 俐