虛擬仿真實驗平臺在機能學(xué)實驗中的應(yīng)用

倪思琦 許天旗 李紫琪 尹夢晴 陳昌鋒 張駿艷 尹艷艷

[摘? ? ? ? ? ?要]? 采用問卷調(diào)查虛擬仿真實驗平臺在本校學(xué)生中的接受度和滿意度。大多數(shù)學(xué)生能夠使用虛擬仿真實驗完成預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)任務(wù)，體驗效果良好;約59%的學(xué)生認為，虛擬仿真實驗因其依賴軟件的特性極大減少經(jīng)費消耗;61%的學(xué)生覺得對自己的學(xué)習(xí)有提升。學(xué)生更傾向于短視頻模擬實驗，近七成希望實驗時長控制在20分鐘內(nèi)。通過學(xué)生反饋的問題，提出整改建議，以期使虛擬仿真實驗平臺能更好地服務(wù)于醫(yī)學(xué)機能學(xué)實驗教學(xué)。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 虛擬仿真實驗;機能學(xué);實驗教學(xué)

[中圖分類號]? G434? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）11-0102-02

一、研究背景

安徽醫(yī)科大學(xué)機能學(xué)實驗教學(xué)中心自2007年開始在機能學(xué)實驗教學(xué)中使用虛擬仿真實驗代替了一些傳統(tǒng)的驗證性實驗。目前虛擬仿真實驗教學(xué)平臺模式正處于轉(zhuǎn)變階段，擬通過采取“校企共建”模式，建立綜合性教學(xué)平臺，推動我校實驗教學(xué)網(wǎng)絡(luò)化、信息化的進程[1]。

在虛擬仿真實驗平臺網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)以后，在校學(xué)生均可在校園網(wǎng)覆蓋下使用學(xué)號登錄虛擬平臺。虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)是在計算機虛擬仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過計算機模擬從而再現(xiàn)實驗的完整過程[2]。虛擬實驗建設(shè)應(yīng)符合“能實不虛，虛實結(jié)合”的原則[3，4]，主要用于老師的課堂教學(xué)，以及學(xué)生的課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)、實驗考試等[5]。

二、研究方法

（一）施教方法

課程使用我校基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院教師編寫的《醫(yī)學(xué)機能實驗學(xué)實驗》教材，在相同大綱指導(dǎo)下，實施一致的實驗項目、考核方法，并由相同水平的授課教師任教。每學(xué)期開課前，教師會在教學(xué)系統(tǒng)中開設(shè)課程，課程內(nèi)容包括不同的實驗項目。教師可以利用虛擬仿真實驗平臺中的教學(xué)視頻、重難點回顧等工具加強自己的教學(xué)效果，學(xué)生則通過預(yù)習(xí)虛擬仿真實驗平臺中的視頻教學(xué)，先進行虛擬實驗操作，課堂上再自行動手實驗，可以提高實驗熟練度。同時學(xué)生端添加的課程對應(yīng)學(xué)生的學(xué)號，以確保學(xué)生登錄學(xué)生賬號即可觀看學(xué)習(xí)實驗項目[6]。

（二）調(diào)查方法

1.調(diào)查背景

機能學(xué)實驗是醫(yī)學(xué)課程的重要組成部分。虛擬仿真項目的持續(xù)開發(fā)與虛擬仿真實驗教學(xué)模式的探索是虛擬仿真實驗教學(xué)發(fā)展的橋梁，構(gòu)建了高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象[7，8]，參與者可通過虛擬仿真軟件，掌握實驗操作流程和技巧，理解理論知識，培養(yǎng)初步科研思維和能力。虛擬仿真實驗作為專業(yè)實驗教學(xué)的一種新型的實驗方式和手段在實施過程中也存在各種問題[9]，虛擬平臺現(xiàn)有資源較為豐富，學(xué)生利用課余時間充分學(xué)習(xí)領(lǐng)悟平臺資源內(nèi)容[10]，可以拓寬學(xué)生視野。為了解我校學(xué)生對虛擬仿真實驗平臺的接受程度和滿意度[11]，同時也作為實驗系統(tǒng)的用戶反饋意見與建議，升級與優(yōu)化虛擬仿真模擬系統(tǒng)，更好地服務(wù)于教學(xué)，故本調(diào)查小組開展此次調(diào)查。

2.調(diào)查途徑

為了保證調(diào)查對象和調(diào)查內(nèi)容的準確性，調(diào)查小組根據(jù)虛擬仿真教學(xué)平臺的內(nèi)容安排情況，結(jié)合學(xué)生使用情況，制作問卷，設(shè)計出科學(xué)、合理的問卷調(diào)查[12]。具體實施方法如下：設(shè)計和制作完成問卷后，即開始調(diào)查。調(diào)查小組劃分為兩人一組，統(tǒng)一在中午午休時間（12：00—14：00）或晚上放學(xué)時間（17：00—19：00）這兩個時間段，在班級、圖書館、宿舍隨機抽樣進行問卷調(diào)查。在調(diào)查過程中調(diào)查員需要有耐心，并等待被調(diào)查者結(jié)束答題，對于有疑問的題目進行耐心的解答，問卷在被調(diào)查者完成后，由調(diào)查員當(dāng)場收回。

（三）評價方法

選取安徽醫(yī)科大學(xué)已經(jīng)接觸過機能學(xué)虛擬仿真教學(xué)平臺的2016級—2018級醫(yī)學(xué)影像學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、麻醉學(xué)等專業(yè)學(xué)生為研究對象，根據(jù)其數(shù)量，隨機發(fā)放350份調(diào)查問卷并進行回收統(tǒng)計。所調(diào)查的學(xué)生均為當(dāng)年高考第一批次錄取，樣本在年齡、基礎(chǔ)知識、基本技能等因素上無顯著性差異。

（四）統(tǒng)計方法

所得資料計算頻數(shù)分布情況，采用描述性統(tǒng)計分析，通過表1顯示。

三、結(jié)果

本次調(diào)查共發(fā)放調(diào)查問卷350份，具體內(nèi)容涉及虛擬仿真實驗對學(xué)習(xí)的影響、期待虛擬仿真的變化形式等23道試題。問卷回收共計310份，因答題不規(guī)范等因素去除部分不合格問卷。剩余有效問卷300份，問卷有效回收率約為85.71%。具體如表1所示：超過50%的學(xué)生認為，相比傳統(tǒng)實驗，虛擬實驗具有直觀的優(yōu)點。場地、時間、生物安全等因素制約下的實驗亦可在虛擬仿真平臺完成，學(xué)生可以在逼真的情景中熟練操作技能和流程，擴寬知識面。約59%的學(xué)生認為，一套軟件可多次使用。因此虛擬仿真實驗以其依賴軟件的特性極大減少經(jīng)費消耗[13]。61%的學(xué)生認為虛擬實驗教學(xué)對學(xué)習(xí)有一定的輔助功能。調(diào)查結(jié)果顯示，大部分學(xué)生使用虛擬仿真實驗是為了完成實驗任務(wù)和復(fù)習(xí)，且大多體驗良好，61%的學(xué)生覺得對自己的學(xué)習(xí)有提升作用。學(xué)生更傾向于短視頻模擬實驗，近七成希望實驗時長控制在20分鐘以內(nèi)。87%的學(xué)生覺得虛擬實驗平臺有用。

四、建設(shè)性意見

我們首先要明確虛擬仿真實驗?zāi)壳叭蕴幵诔跗陔A段，是傳統(tǒng)機能學(xué)實驗教學(xué)的補充。真正提高學(xué)生的動手能力還需要基本的實驗操作，離不開傳統(tǒng)的實驗?zāi)Ｊ剑云洳荒芡耆〈鷮嶋H操作。虛擬仿真實驗只有與傳統(tǒng)實驗操作相輔相成[14]，才能有助于機能學(xué)實驗學(xué)科的發(fā)展。根據(jù)調(diào)查結(jié)果提出以下建議。

（一）調(diào)整內(nèi)容布局形式

多數(shù)學(xué)生希望平臺可以提供實驗流程框架，列出重點部分流程框架（占61%）。通過流程圖的形式讓學(xué)生對實驗有初步了解，提高自主學(xué)習(xí)效率，從而獲得更好的學(xué)習(xí)效果。并將實驗相關(guān)知識貫徹到整個實驗過程中，在實驗過程中設(shè)置相關(guān)問答題目（占46%），引導(dǎo)學(xué)生思考，檢驗學(xué)生的知識水平，查補缺漏。同時在實驗中提示注意事項（占81%），幫助學(xué)生掌握實驗中的難點，保障實驗順利完成，注意事項的形式可采用實驗過程中側(cè)欄列出、具體操作時即時彈出等形式。

（二）調(diào)整實驗時長和步驟

問卷顯示，大部分學(xué)生期待的虛擬仿真實驗時長為5～20分鐘（67%），實驗項目建設(shè)過程中，應(yīng)把控實驗時間以達到較好的效果，同時大部分學(xué)生希望實驗步驟繁簡得當(dāng)（52%），操作繁瑣且不作為重點考查內(nèi)容的部分可通過視頻的形式呈現(xiàn)，對于非重點內(nèi)容去繁就簡，避免重復(fù)，避免因時間過長使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性下降。

（三）調(diào)整虛擬仿真實驗形式

虛擬仿真實驗形式較多，主要包括3D動畫、VR虛擬、3D視頻等，調(diào)查顯示，3D動畫（33%）和VR虛擬（47%）的實驗形式受到多數(shù)學(xué)生的青睞。3D動畫和VR虛擬可提高實驗仿真程度、立體程度，同時平臺應(yīng)提高畫面清晰度，提供完整的實驗視頻，幫助學(xué)生“虛實結(jié)合”，掌握實驗要領(lǐng)。

（四）調(diào)整互動環(huán)節(jié)

虛擬仿真實驗應(yīng)該充分利用自身的優(yōu)勢，增加學(xué)生自主設(shè)計的環(huán)節(jié)，將實驗層次化，增加學(xué)生互動界面，從而提高學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)效果。

五、總結(jié)

機能學(xué)實驗是基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)中一門重要的實驗課程，實驗操作是理論學(xué)習(xí)中必不可少的一部分。傳統(tǒng)的機能實驗教學(xué)與虛擬實驗教學(xué)各有所長，發(fā)揮其各自的優(yōu)點，才是發(fā)展和改革的需要[15]。隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真實驗憑借其高效性、自主開放性、內(nèi)容拓展性[16]的優(yōu)勢，將越來越廣泛地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)當(dāng)中，成為重要的教學(xué)方式。展望未來虛擬教學(xué)平臺的發(fā)展，學(xué)生可以通過3D沉浸式環(huán)境，在高度仿真的虛擬環(huán)境中，自主設(shè)計綜合性實驗。采用虛擬實驗?zāi)軓浹a傳統(tǒng)真實實驗存在的不足，符合實驗教學(xué)改革的發(fā)展趨勢和人才培養(yǎng)的實際需要[17]。

參考文獻：

[1]趙紅梅，包保全，薛培鳳，等.虛擬仿真實驗教學(xué)項目的建設(shè)與管理[J].內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)學(xué)報，2018，40（S2）：1-3.

[2]李科，曲雷銘，汪品文，等.醫(yī)學(xué)虛擬實驗的發(fā)展及應(yīng)用[J].科技資訊，2019，17（9）：181-182.

[3]李驄，張彩華，王麗，等.依托醫(yī)學(xué)虛擬實驗平臺實現(xiàn)整合課程的創(chuàng)新與提升[J].衛(wèi)生職業(yè)教育，2019，37（18）：97-99.

[4]崔明宇.虛擬實驗技術(shù)在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].中國管理信息化，2020，23（6）：228-229.

[5]周婷婷，董文霞，吳國勝，等.本科藥理學(xué)虛擬實驗教學(xué)定位及建設(shè)探索[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育，2018，20（10）：914-916.

[6]徐宋瑤，扈瑞平，薛昕，等.生物化學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)項目的嘗試與應(yīng)用[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育，2019，21（9）：743-744.

[7]屈泳，王三華，阮小軍.計算機組成原理虛擬實驗教學(xué)平臺的研究[J].實驗技術(shù)與管理，2019，36（5）：119-122.

[8]楊麗娟，張連江，吳殿秀，等.醫(yī)學(xué)虛擬仿真軟件在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用：以《家兔失血性休克及微循環(huán)觀察》實驗項目為例[J].中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2019，33（1）：79-82.

[9]趙智權(quán)，周萬津，李春鳴，等.醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)與展望[J].教育教學(xué)論壇，2020（43）：383-385.

[10]王艷鳳，趙國星，劉暢，等.虛擬仿真技術(shù)助力下的“醫(yī)學(xué)微生物學(xué)”實驗課程教學(xué)方案的設(shè)計和實踐[J].微生物學(xué)通報， 2004（12）.

[11]陳小鷹，汪婕，林玲.醫(yī)學(xué)機能學(xué)虛擬實驗平臺在實驗技能培訓(xùn)中的作用：以“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”項目為例[J].福建醫(yī)科大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2017，18（1）：52-55.

[12]張峻，裴彩利，酈杭婷，等.基于教師視角探討中醫(yī)護理虛擬實驗平臺的設(shè)計與應(yīng)用[J].中國高等醫(yī)學(xué)教育，2019（10）：21-22.

[13]王宏寶，劉慧萍，喻嶸，等.醫(yī)學(xué)機能學(xué)實驗教學(xué)中虛擬實驗應(yīng)用[J].中國中醫(yī)藥現(xiàn)代遠程教育，2014，12（7）：84-85.

[14]曹洪玉，馮寶民，唐川，等.虛擬仿真平臺建設(shè)利用策略[J].廣州化工，2020，48（18）：117-119.

[15]黃坪，鄧峰美，馮軍，等.利用虛擬仿真實驗促進本科教學(xué)[J].重慶醫(yī)學(xué)，2016，45（19）：2720-2722.

[16]于志君，鄧海英，江珍玉.虛擬仿真實驗教學(xué)結(jié)合傳統(tǒng)實驗教學(xué)在醫(yī)學(xué)微生物教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].世界最新醫(yī)學(xué)信息文摘，2018，18（A0）：309-310.

[17]熊英，張金娟，王嵐，等.以綜合性實驗?zāi)Ｊ介_設(shè)醫(yī)學(xué)機能實驗課程的探索[J].衛(wèi)生職業(yè)教育，2016，34（15）：83-84.

編輯 馬燕萍