生物化學虛擬仿真實驗助力卓越醫生創新能力培養

徐宋瑤，扈瑞平，苑 紅，薛 昕，鄧 鳳，姜麗麗，李 晶，葉書梅

（內蒙古醫科大學基礎醫學院，內蒙古 呼和浩特 010000）

虛擬仿真實驗教學平臺是一種基于網絡技術、虛擬仿真技術形成的虛擬實驗教學系統[1]。教育部在《教育信息化十年發展規劃（2011—2020年）》中提出，應大力推進高校數字校園建設，構建虛擬仿真實驗平臺，推動教學內容及教學方法改革，加速人才培養模式的創新[2]。我校在不斷創新與探索中，摸索出一條將虛擬仿真實驗教學應用于卓越醫生培養，并與器官系統教學法及PBL教學模式相結合的路線，助力卓越醫生創新能力培養。

1 虛擬仿真實驗教學在生物化學教學中的意義

生物化學作為一門實驗性學科，實驗教學極為重要。傳統實驗教學由于受制于場地、設備、耗材、時間等，許多項目難以進行，不能很好地培養學生的創新能力。另外，實驗內容更新所受制約因素較多，難以及時將最新科技成果轉化成實驗內容納入教學大綱，故高校開展虛擬仿真實驗教學勢在必行[3]。

虛擬仿真實驗教學平臺具有開放、安全、共享的優點，可以更好地實現實驗教學資源的共享。虛擬仿真實驗教學平臺利用虛擬技術，系統、簡化、具體地將傳統實驗教學中材料毒性高、難度大、時間長、所用設備貴的實驗轉化為虛擬實驗[4]，使學生更容易理解和掌握。虛擬仿真實驗具有沉浸感和交互性的特點，在將傳統實驗進行簡單的虛擬化的同時，也實現了眾多資源的集中分享和創新性應用[5]。但是，我們總結在生物化學教學中進行虛擬仿真實驗教學的經驗發現，虛擬仿真實驗教學手段也存在一些局限性。教育部明確要求虛擬仿真實驗教學中充分體現“虛實結合、相互補充、能實不虛”的原則[6]。只有把握好虛實結合的度，合理利用傳統實驗教學手段和虛擬仿真實驗教學手段，使二者互相配合，互為補充，才能取得最佳教學效果。

2 我校卓越醫生培養現狀

2012年，教育部和衛生部聯合召開了全國醫學教育改革工作會議，對推進醫學教育改革進行了整體設計和系統部署。2012年5月，教育部和衛生部共同發文，正式啟動“卓越醫生培養計劃”，優化臨床醫學人才培養結構[7]。我校有幸獲批了五年制臨床醫學人才培養模式改革試點項目，從2014級學生開始實施卓越醫生班培養計劃，進行全方位的教育教學改革，突出“以崗位勝任為導向、器官系統為基礎、知識點銜接為抓手、實踐能力提升為中心”的改革理念[8]。

傳統醫學教育以學科為中心。紐約中華基金會與國際醫學教育專門委員會進行的以《全球醫學教育基本要求》為標準的評估發現，傳統課程設置存在不足，缺乏臨床技能教學以及對學生創新能力的培養，教學效果不佳[9]。為改變這種現狀，我校在卓越醫生培養過程中，將過去的“以課程為中心”的教學體系轉變為“以器官系統為中心”的教學體系，針對人體解剖學、生理學、病理學、病理生理學等課程，以知識點為抓手，重新編排課程內容，設置器官系統專業基礎課程。將臨床核心課程分別整合為呼吸系統、泌尿系統、內分泌系統、運動系統、女性生殖系統、循環系統等課程。在完成卓越醫生班課程體系改革的同時，我校也十分重視學生實踐能力培養。首先，對實驗內容進行改革，減少驗證性實驗的比例，增加綜合性實驗以及創新性實驗，并設計開放性實驗，更好地提升了學生動手能力，激發學習積極性。其次，設置模擬臨床實踐技能教學課程，培養學生臨床操作能力。再次，通過應用PBL、翻轉課堂等多種形式的教學手段，變“教師為中心”為“學生為中心”，變“被動學習”為“主動學習”，變“知識中心型”教學為“能力中心型”教學，進一步提升了學生的學習主動性，培養了綜合素質。最后，采用多元化考核形式，建立形成性和終結性相結合的全過程評價體系，更好地把握學生的學習動態。

截至目前，我校已有5屆學生參加了“卓越醫生培養計劃”，2014級卓越醫生班學生已畢業，部分學生考取研究生進行深造，部分學生進入臨床等相關領域就業，就業反饋良好。

3 虛擬仿真實驗教學手段在卓越醫生培養中的應用

2019年4月29日，教育部聯合多部委在天津召開“六卓越一拔尖”計劃2.0啟動大會，會議強調要全面貫徹落實全國教育大會精神，按照《加快推進教育現代化實施方案（2018—2022年）》要求，全面實施“六卓越一拔尖”計劃2.0，發展新工科、新醫科、新農科、新文科，推動全國高校掀起一場質量革命。教育部高教司司長吳巖在大會發言中指出，新醫科建設要在人工智能、大數據及“互聯網+”急速發展的新時代背景下實施，這就對醫學教育工作者提出了新的要求。在“互聯網+”急速發展的時代背景下，微課、慕課、虛擬仿真實驗等新教學形式不斷涌現，學生可以不受時間、場所的限制，利用網絡終端隨時隨地進行學習。如何將虛擬仿真實驗教學與卓越醫生培養相結合，是眾多醫學院校共同關注的問題，我校在這方面進行了一些探索和實踐。

目前卓越醫生班采用器官系統教學法，在臨床基礎知識學習過程中需要設計器官系統相關的大型綜合性實驗，以檢驗學生的學習情況，指導學生系統學習，為將來走上臨床打下良好基礎。但是，這些實驗在現有條件下難以開展。所以我校將器官系統教學法與虛擬仿真實驗教學平臺充分結合，使虛擬仿真實驗教學平臺得到最大化利用。學生通過虛擬仿真實驗教學平臺，結合所學基礎理論知識，開展相關綜合性實驗，能更好地結合PBL病例進行臨床思維訓練等，提高實驗教學效果，這也是對傳統實驗教學的有利補充。我校虛擬仿真實驗教學平臺見圖1。

根據我校實際發展情況，我們借助虛擬仿真實驗教學平臺，將原有資源庫進行整合和完善，使之更適應卓越醫生班器官系統教學法。整合基礎醫學虛擬仿真實驗課程和教學內容，將虛擬仿真實驗教學平臺上二十多門基礎醫學課程整合為運動系統、消化系統、呼吸系統、泌尿系統、心血管系統等實驗項目，并構建基礎醫學器官系統虛擬仿真實驗教學案例庫。同時，打破學科界線，每個系統開發1～2個典型案例。

利用案例設計實驗項目，使學生以“解決某一問題”為核心，開展虛擬實驗操作，最終得出實驗結論。任課教師可以定期檢查所帶班級學生的點擊頻率、學習時間及網上實驗報告提交情況，了解學生自主學習狀況，并實時回答學生在學習過程中所提出的各種問題，實現了“學生預習（虛擬實驗）—實際操作（教學實驗室、開放實驗室）—復習（虛擬操作）”循環式強化訓練模式，提高了虛擬資源的利用效率。

圖1 虛擬仿真實驗教學平臺設計圖

在積極探索將虛擬仿真實驗教學手段應用于卓越醫生班臨床核心課程器官系統教學法的同時，我們已先行在生物化學等專業基礎課教學中引入虛擬仿真實驗教學手段，以期進行前期摸索及經驗總結。從2017年起，我校面向卓越醫生班開設生物化學虛擬仿真實驗課，通過虛擬技術完成傳統實驗教學中不具備開設條件的項目。課程內容分為必做和選做兩部分，其中6個實驗項目為必做，2個實驗項目學生可根據個人興趣自主選擇，共32學時。學生利用平臺提供的實驗設備、試劑和耗材等，在教師指導下，于規定時間內完成實驗設計，并通過網絡平臺隨時隨地與教師交流，討論實驗過程中遇到的各種問題。最終實驗成績包括在線成績和科研式論文成績兩部分。經過兩年多的實踐，生物化學虛擬仿真實驗教學反饋良好，有效培養了學生解決問題能力。

虛擬仿真實驗教學手段應用于卓越醫生培養中，可以更好地提升學生綜合素質及創新能力，結合臨床需求，培養更適合臨床崗位的優秀醫學生，推動新醫科建設。