高校生理學虛擬實驗教學的實踐與探索

（許昌學院醫學院，河南 許昌 461000）

生理學是基礎醫學的一門重要課程，同時也是一門實驗性很強的學科，所以在生理學教學工作中，實驗教學占據主導地位，學生只有經過實驗培訓和考核，才能真正提高實踐與創新能力。但是在實際的實驗教學工作中還存在著很多阻礙，比如實驗課時有限，實驗過程復雜等，都容易造成實驗失敗，從而學生的學習自信心也會受到打擊。所以高校應該積極探索科學有效的實驗教學方法來提高實驗教學質量，并提升學生的生理學綜合素養。基于計算機、信息技術、科學技術等先進技術不斷發展的時代背景下，促進虛擬實驗教學模式的誕生，虛擬實驗教學模式和傳統實驗教學方法相比，具有交互能力強、仿真程度高等優勢，可以讓學生清晰看到實驗過程及結果，對學生來說是良好的輔助學習工具。據此，高校應該積極建立生理學虛擬實驗室，并引進相關技術和設備，為培養高質量醫學人才做好充分準備。

一、虛擬實驗內涵及其優缺點

（一）內涵。基于對現實世界進行虛擬思想的影響下，促進虛擬實驗教學方式的誕生。所謂生理學虛擬實驗，指的就是借助計算機技術或者是仿真軟件來模擬生理學實驗課，首先是在實驗環境上和真實實驗課程教學環境具有很高的相似度，這樣便于學生提前熟悉實驗環境，之后再讓學生在計算機上感受虛擬實驗過程，既能鞏固理論知識，又可以鍛煉學生的實踐能力。而且信息技術還在飛速發展，實驗器材、實驗材料等方面的模擬程度還會更加逼真，再加上圖片、視頻等元素的輔助，可以加深學生對生理學實驗過程的理解與記憶，從而能夠很大程度上提高學生的實驗素養。

（二）優點。虛擬實驗模式和傳統實驗教學模式相比具有很大優勢，首先通過虛擬實驗，可以在計算機以及仿真軟件的幫助下，把現實的實驗教學任務進行模仿還原，從而高校生理學教學中實驗課程的壓力就能夠有所緩解，避免實驗課時減少，而且基于虛擬實驗視域下，除了可以模擬真實事物之外，還能夠模擬出宏觀和微觀世界中的事物，以生動逼真的形象展示在學生面前。其次，生理學實驗有著很高的成本，而且失敗次數不可預知，所以需要高校在此投入很大的資金來購進實驗材料，但是建立虛擬實驗室以后，就可以有效緩解材料消耗大的問題，從而可以節約部分資金和資源，尤其是對于高難度實驗來說，通過在計算機中進行虛擬實驗，也不會影響對實驗現象的觀察記錄，同時還能提高學生的實驗技能。

（三）缺點。虛擬實驗開展需要有互聯網工具作為輔助，這就意味著學生并不能真正參與到真實的實驗中去，在虛擬實驗教學模式下，學生只是對生理學實驗過程有了初步了解，雖然有信息技術和多媒體技術的輔助，但是只增強了學生的實驗理論技能，并沒有真正提高他們的實驗實踐技能水平。此外，學生在進行虛擬實驗時，不利于他們認識到自身的不足，同時虛擬實驗也無法加深學生對實驗課程的學習印象。還有，雖然虛擬實驗可以節約生理學材料成本，但是卻不利于培養學生的實踐動手能力，以及發現問題和解決問題的能力，這樣學生在真實的實驗過程中，也難以達到理想效果，所以說虛擬實驗并不能完全替代真實實驗，這也是虛擬實驗教學需要應對的難題。

二、高校生理學實驗教學現狀

高校作為重要的人才培養基地，應該主動承擔起醫學人才的培養責任，同時對學生進行醫學理論知識和實踐技能的教育。針對生理學醫學領域來說，良好的生理學實驗素養對學生來說是必備能力，但是在實際的生理學實驗教學中，還存在很多困境阻礙教學質量提升，通過總結分析發現主要問題集中在以下幾個方面。

（一）實驗機會缺乏

隨著高校擴招工作不斷進行，所以醫學生數量持續增加，從而不可避免的會造成實驗資源緊張，再加上很多學校的實驗室建設比較落后，無法充分滿足眾多學生的生理學實驗需求，比如過去的實驗小組由四到五個學生組成，但是現在都有八九個學生，而且每節生理學實驗課時間有限，不能做到讓每個學生都完整的進行一遍實驗，所以學生的實驗機會就大大減少，長期以往，學生所學的生理學理論知識得不到實踐，那樣不利于學生實驗技能水平提升。

（二）實驗成本過高

受到實驗性質的影響，生理學實驗主要對象就是活物，眾所周知動物的價格比較高，而且還需要用到各種各樣的儀器設備，所以對學生而言實驗難度很大，對學生的實驗基礎能力有著一定要求。不少學生在此之前對實驗儀器沒有任何了解，因而實驗的時候就不知道該如何正確使用實驗儀器，這樣出現實驗失誤的幾率也會增大，不僅會導致實驗中斷，嚴重的還會直接損壞儀器，特別是對是輔助設備像換能器、屏蔽盒等來說更容易損壞，以及一些專業的手術器械等。因此在學生人數較多，實驗教學任務重的情況下，學校需要在實驗教學方面投入過高的資金成本。

（三）學生自主學習意識缺乏

生理學教學工作的展開需要根據教學大綱要求，其中有不少常規實驗內容都對實驗材料有著特殊性要求，不管是哪種物品缺失，都會導致實驗結果失敗。而且有的生理學實驗操作復雜，要求很精細，這對學生來說有很大的學習困境，學生很難在有限的學時內學會熟練操作，同時心理上也會給學生造成負擔，對實驗失去自信心，這樣實驗失敗幾率就會大幅提升，以此形成惡性循環。例如在“家兔動脈血壓實驗”當中，需要完成頸總動脈插管這一步驟，該項操作十分精細，大部分學生都無法在初次實驗中獲得成功。再者，學生在預習實的原理、過程和現象的過程中容易感覺到抽象，因而沒有對實驗預習活動加強重視，也就是自主學習意識缺乏，這樣也會加劇實驗失敗。

三、高校生理學虛擬實驗教學的實踐與探索

下面是在某醫學院校臨床專業隨機選取兩個班級學生，并將他們分為兩組，一組是實驗組，一組是對比組，然后在年齡、性別等方面比較無統計學差異（P ﹥ 0.05）。對實驗組的學生采取虛擬實驗教學模式，另一組則使用傳統實驗教學模式，然后對兩組的筆試成績和實驗報告成績進行統計。

經實驗調查統計結果如下：

實驗結果顯示虛擬實驗教學模式相較于傳統實驗教學模式能夠在提高學生理論成績和實驗技能方面發揮積極效用，所以虛擬實驗教學模式具有很大的推廣價值。

由于實驗在生理學領域中占據重要地位，所以高校應該積極應對當前生理學實驗教學工作中存在的不足，并對虛擬教學模式的優勢加強研究，主動探索它在生理學實驗教學中的應用路徑，從而能夠促進學生生理學實驗素養水平提高。

（一）強化資源共享

因為虛擬實驗就是以計算機為媒介，對真實實驗進行模擬與仿真，所以不用教師準備實驗動物、藥品、器械等，同時也能有效緩解因學生人數過多而無法同步進行實驗的不足。在虛擬實驗室中，只需連接校園網絡，便可以直接開展生理學虛擬實驗教學活動，所以為鞏固學生學習，學校可以進行資源共享，也就是給予在校學生訪問校園網絡的權利，然后學生就能進入到學校的虛擬實驗室系統中，這樣學生就可以隨時隨地運用聯網設備來進行生理學虛擬實驗操作。不僅打破了必須有專業實驗場所和實驗教師指導的限制，同時也沒有空間和時間的阻礙，學生無論在教室還是在宿舍都能夠訪問虛擬實驗室網站，根據自己的實際學習情況來選擇相應的實驗操作，這樣可以有效提高學生對生理學實驗的熟練程度，不用擔心因為實驗機會不足而無法掌握每個實驗步驟，進而能夠增強學生的學習自信心，對生理學實驗技能水平提高有著積極意義。

（二）增強虛擬實驗真實性、互動性

在傳統實驗教學模式下，主要有教師講述或者 PPT 演示這兩種方式，依靠先進的信息技術和多媒體技術，為虛擬實驗教學模式的產生創造有利條件，它主要是通過應用照片、視頻、動畫等元素，來創建一個十分逼真的實驗情境，并且能夠清晰的呈現出實驗效果。所以虛擬實驗教學模式的引用，能夠大大降低實驗投入成本，只需經過操作虛擬實驗系統，就可以將難度大、要求高的實驗經過直觀展現在學生面前。比如對家兔麻醉這一實驗來說，教師可以運用視頻展示的方法來讓學生熟悉實驗步驟，主要有靜脈血管的選擇、麻藥及其劑量、麻醉好后的判斷標準等，每個操作步驟都可以在計算機上點擊鼠標完成，這樣也能增強虛擬實驗教學的趣味性，讓學生長時間保持注意力，在輕松的學習氛圍中便能學習到生理學實驗專業知識。再者，要想全面提高虛擬實驗真實性，那么實驗結果應該在合理時間范圍內呈現出來，方便學生看到實驗結果，例如在進行尿液調節實驗時，假如學生在計算機上點擊“靜脈注射生理鹽水 20毫升”“靜脈注射 20%葡萄糖 5 毫升”等操作按鍵時，那么虛擬實驗系統應該立即顯示出尿液滴數變化，如果有的學生操作失誤沒有進行麻醉這一步驟，而是直接操作膀胱插管，那么虛擬實驗系統應該做出拒絕執行此命令的反應，這樣可以增強學生進行規范實驗的意識。綜上，提高虛擬實驗的真實性、互動性之后，能夠讓學生在仿真的實驗環境下學習到專業的生理學實驗知識，對學生創新能力的培養和實驗思維的樹立有很大幫助，同時真實實驗成本過高的難題也能化解。

（三）提高實驗考核合理性

過去對學生進行實驗考核時，主要分為兩個部分內容，分別是現場實踐操作結果合實驗卷面考核，這兩部分有著不同的分數占比，一般來說實踐操作占 70%，卷面考核占 30%，但是在實際操作過程中，經常有實驗場所、實驗教師等方面的限制，所以最終取得的考核結果并不一定準確，這樣既無法反映學生實驗操作的真實能力，也不能對教師的教學成效有一個準確評價，總之存在多個弊端。所以在實施虛擬實驗教學模式之后，高校應該注重提高虛擬實驗系統中實驗考核模塊的合理性、科學性，將學生實驗操作步驟進行細致劃分，并讓每個流程占據一定分數，然后在進行期末理論考試前先開展實驗考核工作，對每個學生的考試內容進行隨機命題，從而虛擬實驗系統會按照考試標準進行改卷并給學生反饋考試結果，這樣既提高了實驗考核工作效率，又確保考核結果的公正、客觀，對學生而言也有助于他們明確知道自己在實驗操作中的不足，并在今后的學習中可以進行鞏固，對自主學習意識的培養也有積極意義。

四、結語

綜上所述，通過實施虛擬實驗教學模式，可以讓學生在仿真的實驗環境下進行實驗練習，既能夠幫助學生消化實驗理論知識，又能提高他們的實驗能力水平，所以虛擬實驗教學工作的展開具有重要意義。針對當前高校生理學教學活動中存在的實驗機會缺乏、實驗成本過高、學生自主學習意識缺乏等問題，高校可以通過實施強化資源共享、增強虛擬實驗真實性、提高實驗考核合理性等策略進行改善，進而可以讓虛擬實驗教學工作的價值充分體現出來。