VR技術結合PBL教學法在醫用化學實驗教學中的探索

馬漢俊 趙士博 黃鎖義 韋雨忻 倪慶航

摘 要：目的：放大網絡虛擬現實技術的教學價值，創建醫用化學虛擬仿真實驗課堂，致力于培養學生的科研能力和創造力。方法：將VR技術與PBL教學法進行優勢互補并植入醫用化學的教學改革中，依據醫用化學的教學內容與特點構建虛擬仿真實驗課堂，探究其在教學過程的應用成效。結果：VR技術結合PBL教學法可以改變以往傳統教學模式的舊面貌，擴大了學生自主操作的空間并提升了學習深度，能夠發掘網絡虛擬技術與信息化技術的教學價值。結論：VR技術結合PBL教學法可以將網絡虛擬技術運用于教學改革中，使實驗教學打破了時間、空間和資源的限制，有利于提高學生的臨床思維能力和創新創造力。

關鍵詞：VR技術;PBL;醫用化學;實驗教學;科研能力

Abstract：Objective：to enlarge the teaching value of network virtual reality technology，create virtual simulation experiment class of medical chemistry，and cultivate students' scientific research ability and creativity.Methods：VR technology and PBL teaching method were complementary and implanted into the teaching reform of medical chemistry.According to the teaching content and characteristics of medical chemistry，the virtual simulation experiment classroom was constructed to explore its application effect in the teaching process.Results：VR technology combined with PBL teaching method can change the old face of the traditional teaching mode，expand the space of students' autonomous operation and enhance the depth of learning，and can explore the teaching value of network virtual technology and information technology.Conclusion：VR technology combined with PBL teaching method can apply network virtual technology to teaching reform，which breaks the limitation of time，space and resources in experimental teaching，and is conducive to improving students' clinical thinking ability and innovative creativity.

Key words：VR technology;PBL;Medical Chemistry;Experimental teaching;Scientific research ability

1 當前醫用化學實驗教學所面臨的難題

醫用化學實驗大多是醫學科研實驗中的基礎內容，是能讓醫學生成長為醫學科研人才的奠基石。然而，在傳統教學模式中，老師過多的是以灌輸式的教學方法進行教與導[1]，如今許多醫用化學的教學仍未從傳統教學模式中解放出來，依然面臨著種種難題。首先，醫用化學實驗課程由于醫用化學本身的學時少更是被擠壓得實驗課程的時間少之又少，其次，實驗室資源的匱乏也是讓實驗教學難以展開的重要原因之一，枯燥的理論灌輸難以提高學生的學習興趣，陳舊的實驗內容也難以培育學生們的科研能力，要改變當今醫用化學實驗教學進退兩難的局面，將網絡虛擬技術、信息化技術以及問題導向式教學法進行優勢互補，形成創新型教學模式并植入醫用化學實驗教學中是醫用化學改變舊面貌榮獲新生的重中之重。

2 VR技術與PBL教學法相結合的策略

VR技術又可被稱之為網絡虛擬現實技術[2]，這項技術對人體的感官、感覺進行刺激，能夠圍繞人的主觀意識，對身旁的環境例如聲音、物體、光線進行模擬，讓人擁有身臨其境的感覺。PBL教學法則是以問題為導向，以問促教的新型教學法，注重學生在學習過程中充分思考，在學習研討問題的過程，學到專業知識、解題思路等重要內容，VR技術與PBL教學法相結合，其策略是以PBL為主，VR為輔，打造一個問題導向的虛擬實驗課堂，規避傳統教學模式中醫用化學實驗資源匱乏，實驗課程學時短的不足，充分調動學生的學習積極性，開發學生的思維;充分利用網絡虛擬現實技術，模擬實驗器材、設備、裝置等高校缺乏的實驗資源。VR技術與PBL教學法相結合將側重于培養學生思考解決問題的能力以及科研能力。

3 VR技術與PBL教學法在醫用化學中的應用

3.1 拓展學習空間，延伸科學前沿

化學，除了理論知識外，最重要的就是實驗[3]，在傳統的教學模式中，醫用化學的實驗教學內容大多是參照課本或者是陳舊的實驗，VR技術可以植入當今科學發展前沿中最新且具有教學價值的實驗，并以虛擬情境、動畫等形式展現給學生，拓展學生的學習空間，有更多的機會和途徑去接觸有關醫用化學的最新科研進展，增寬學生們的眼界，此外，更能虛擬出與實驗相關的器械、裝置，指導學生在虛擬情景中進行實驗操作，達到深刻難忘的教學效果，從醫學基礎階段就培育學生的科研創新意識和科研思維能力，為將來醫學生過渡成為醫學科研人才做好鋪墊。

3.2 虛擬情景建立專業知識體系

在PBL課程開課前要專門對指導老師進行課前的集體備課[4]。問題為導引發學生的思考，以問促教的教學法對于學生來說，既有著思考的樂趣，也有著解答的挑戰。利用VR虛擬現實技術能夠打造出一個十分逼真的虛擬實驗環境，進而使學生們在虛擬實驗環境之中實現情景化目標[5]。VR技術所創建的虛擬情景教學，可以給學生更為直觀、生動、形象的學習觀感。VR技術創建的虛擬情景可以讓學生學到更廣、更深的知識，并且還可根據臨床案例，模擬出與臨床貼切的實驗情景，例如根據實驗教學內容和臨床應用模擬出病房、手術室、檢驗室等環境，讓學生身臨其境的學習，建立起一個學以致用的專業知識體系，而不是學而不用，紙上談兵。

3.3 發散臨床思維，培育職業素養

在虛擬的實驗環境下，教師可以充分利用教學知識，豐富實驗內容，綜合多種學科知識，發揮學生的主觀能動性，擴大實驗課程的廣度和深度[6]，教師在設計教學問題的時候，可以將臨床案例融入課堂中，以臨床問題作為VR技術進行虛擬實驗環境建設的基調，促進學生發散臨床思維，沉浸到思考臨床問題中去，把所學所悟都用于與問題進行強烈碰撞，由臨床應用進行逆向推理和逆向思維，探究出臨床應用的來源，即醫用化學的理論知識點和實驗內容，類似于由果及因的逆向學習，讓學生在面對臨床問題時，可以將學科知識和實驗內容與臨床實際問題相連接，接著，讓學生在VR虛擬實驗室中自主進行實驗設計與實驗驗證，加深學生對知識的理解與運用，有助于促進學生對知識的認知度、運用度、感悟度的提高，培育學生的職業素養并促進臨床思考能力的發展。

3.4 資源消耗小，虛擬實驗容錯率高

醫用化學實驗中涉及眾多儀器，如分光光度計、PH計、容量瓶、移液管、錐形瓶、滴定管的使用[7]。VR技術所創建的虛擬實驗可以有效減少現實實驗中的實驗耗材的使用，學習醫用化學實驗課程的學生人數是非常龐大的，虛擬實驗器材代替現實實驗器材將能有效節省實驗的開支，此外，實驗的安全事故發生率也能有效減低。此外，VR虛擬實驗還具備很高的容錯率，學生在實驗過程中操作失誤或者出現實驗失敗的現象，還能有機會再重新進行，不斷嘗試、總結錯誤與失誤，汲取更多的實驗經驗，激發學生的多維思考能力，不斷地開發學生的潛力。

4 VR技術與PBL教學法在醫用化學中需注意的問題

實驗課教學準備在學生原始創新能力、綜合分析問題能力具有重要作用[8]，網絡虛擬現實技術融入實驗教學改革中可以發掘其重要的教學價值，但要建設出精細精準的虛擬仿真實驗課堂，這對于技術要求非常之大，例如各種數據和參數的輸入，即使有毫厘之差也可能使虛擬仿真內容與實際情況存在天壤之別，所以在虛擬仿真實驗室的建設過程中，需要花費巨大的腦力、人力、物力，嚴格要求并建設出與現實相契合的虛擬仿真實驗室，讓學生真正的能夠擁有良好的學習平臺和學習體驗。此外，需要制定并完善關于虛擬仿真實驗室的使用制度與規定，雖然學生是在虛擬仿真實驗課堂上進行學習，學生擁有充分的自主自由的操作空間，但同樣需要管制和約束，以防意外事故的發生。

5 結語

國家發展和改革委員會在《國家教育事業發展“十三五”規劃》中提出了新工科教育的目標要求，即提高學生的實踐和動手能力。醫用化學作為醫學科學研究的奠基學科，對本科生的科研能力及研究水平等方面的鍛煉成效可觀[9-10]。基于VR的PBL教學法是將網絡虛擬現實技術植入醫用化學實驗教學改革的不凡嘗試，表現出現代網絡虛擬技術和信息化技術在醫學教育中的用武之地，能有效地規避傳統教學模式中的種種不足，打破時間、空間和資源的限制，讓醫用化學實驗課堂變得更加具有科研創造性，更加具有科研人才培養力，變得更加豐富多彩。同時，也給其他網絡虛擬技術和信息化技術融入到教學改革中提供一個新的研究思路，讓醫學生在基礎階段就能接受到與最新最前沿的醫學信息以及醫學科研成果相關的教育，有助于促進醫學技術人才和醫學科研人才的培養與發展。

參考文獻：

[1]馬漢俊，趙士博，韋雨忻，等.基于BYOD的PBL教學模式在有機化學實驗教學中的研究[J].輕工科技，2020，36（7）：207-208.

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[9]蘇力宏，王善瑞，原俊杰，等.化學工程專業學位研究生VR教學技術實踐研究[J].化工高等教育，2020，37（1）：82-87.

[10]趙士博，吳忠港，鄭淮遠，等.“雙一流”建設背景下翻轉課堂在醫用化學教學改革中的應用探索與研究[J].山東化工，2019，48（22）：244-246.

作者簡介：馬漢俊（1998— ），男，壯族，廣西河池人，本科，主要研究方向為臨床醫學;趙士博（1998— ），男，漢族，黑龍江哈爾濱人，主要研究方向為臨床醫學與高等教育研究。

*通訊作者：黃鎖義（1964— ），男，漢族，廣西南寧人，本科，二級教授，碩士研究生導師，右江民族醫學院科學實驗中心主任，研究方向：天然藥物化學和高等教育研究。