醫(yī)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺在留學(xué)生教學(xué)中的應(yīng)用研究

李驄 吳斌 宋波 朱亮

摘要以虛擬仿真技術(shù)為基礎(chǔ)的教學(xué)方式已經(jīng)成為世界醫(yī)學(xué)教學(xué)發(fā)展的一種趨勢。新冠疫情期間，很多醫(yī)學(xué)留學(xué)生都滯留在國外不能返校，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法正常進(jìn)行，因此，我們在留學(xué)生中開展了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索。以大連醫(yī)科大學(xué)國際教育學(xué)院2017級、2018級及2019級三個年級的外國留學(xué)生漢語授課班臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)共49名學(xué)生為研究對象，采用基于虛擬仿真平臺的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行消化生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)過程中對留學(xué)生進(jìn)行相關(guān)問題的測試。通過對實(shí)驗(yàn)參與度及測試結(jié)果等進(jìn)行分析，為未來大規(guī)模虛擬實(shí)驗(yàn)的開展提供借鑒。

關(guān)鍵詞 醫(yī)學(xué)；虛擬實(shí)驗(yàn)；留學(xué)生教學(xué)

中圖分類號：G648.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2022.02.005

醫(yī)學(xué)教育是最具有職業(yè)色彩的專業(yè)教育之一，基于這種特殊性，使得我們在醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)過程中面臨一個核心問題，那就是如何能夠讓醫(yī)學(xué)生將理論知識與實(shí)驗(yàn)（踐）技能有機(jī)融合起來，最終達(dá)到認(rèn)清疾病本質(zhì)，采取有效的治療措施，達(dá)到治愈疾病的目的。[1]因此，實(shí)驗(yàn)（踐）教學(xué)在醫(yī)學(xué)教育中所占據(jù)的重要地位一直都是毋庸置疑的。

新冠肺炎疫情的暴發(fā)，導(dǎo)致很多醫(yī)學(xué)留學(xué)生都滯留在國外不能返校，[2]對于醫(yī)學(xué)生培養(yǎng)極其重要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法進(jìn)行，在這樣的逆境中，如何保證留學(xué)生教育的培養(yǎng)質(zhì)量，促進(jìn)高校留學(xué)生教育工作健康持續(xù)發(fā)展，就顯得尤為重要。建立適應(yīng)醫(yī)學(xué)留學(xué)生的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺則是解決這些困境的有效手段之一。為此，我們在留學(xué)生中開展了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究。

1留學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程現(xiàn)狀分析

目前醫(yī)學(xué)留學(xué)生教育已成為我國高等醫(yī)學(xué)教育的重要組成部分，教育質(zhì)量的好壞直接影響著人類的健康和生命。而醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)是醫(yī)學(xué)教育中非常重要的一個環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐環(huán)節(jié)貫穿了醫(yī)學(xué)教育的全過程，通過多種醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)可以增強(qiáng)醫(yī)學(xué)生對相關(guān)知識的感性認(rèn)識，達(dá)到理論與實(shí)際相結(jié)合的目的，有利于學(xué)生鞏固所學(xué)的理論知識，培養(yǎng)其理解和運(yùn)用知識并提升其實(shí)踐與操作的能力。然而，醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程根據(jù)教學(xué)的需要，大部分的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是需要使用實(shí)驗(yàn)動物來完成的，但受到教師人數(shù)、課時安排、儀器數(shù)量、耗材費(fèi)用、動物經(jīng)費(fèi)、生物安全性等因素的制約不能完全滿足學(xué)生的實(shí)驗(yàn)需求。

我校是中國教育部公布的全國首批可以實(shí)施來華留學(xué)生英語授課醫(yī)學(xué)本科教育的30所高等院校之一，招收的留學(xué)生來自歐、美、亞、澳、非等80余個國家，其中大多數(shù)是臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)。本研究擬在現(xiàn)有的校園網(wǎng)和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心基礎(chǔ)上，構(gòu)建適應(yīng)留學(xué)生教育的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會多學(xué)科、多技能以及自然科學(xué)與社會科學(xué)的整合運(yùn)用的思維方式與能力，這必將對醫(yī)學(xué)留學(xué)生教學(xué)質(zhì)量的提高產(chǎn)生積極重要的作用。[3]

2醫(yī)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的課程設(shè)計(jì)

通過計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)一套虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件，實(shí)現(xiàn)“虛實(shí)互補(bǔ)、教研相長、開放共享”有效的高等教育信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系，就相當(dāng)于建立了一個擁有先進(jìn)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室。[4]我們以消化生理學(xué)實(shí)驗(yàn)為例，設(shè)計(jì)了具體的虛擬實(shí)驗(yàn)暨假飼實(shí)驗(yàn)。通過該實(shí)驗(yàn)使學(xué)生們了解假飼實(shí)驗(yàn)的生理學(xué)基礎(chǔ)、慢性實(shí)驗(yàn)的方法，實(shí)驗(yàn)原理及操作步驟；掌握胃酸分泌的調(diào)節(jié)機(jī)制并幫助學(xué)生們建立實(shí)驗(yàn)室安全意識和樹立倫理規(guī)范意識。[5]

本實(shí)驗(yàn)首先給實(shí)驗(yàn)動物狗實(shí)行食管切斷術(shù)并安裝食管瘺，待恢復(fù)后，進(jìn)行慢性實(shí)驗(yàn)。狗進(jìn)食時，通過用胃瘺收集胃液，便可觀察非條件反射引起的胃液分泌。或只讓狗看到食物、嗅到氣味、聽到喂食前的鈴聲，觀察條件反射引起的胃液分泌。阿托品因阻斷M膽堿受體，會對迷走神經(jīng)產(chǎn)生影響，可以在使用阿托品后再觀察胃液的分泌情況。

3假飼虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)流程

3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

以大連醫(yī)科大學(xué)國際教育學(xué)院2017級、2018級及2019級三個年級的外國留學(xué)生漢語授課班臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)共49名學(xué)生為研究對象，采用基于虛擬仿真平臺的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。針對虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行理論教學(xué)，共分為兩次課，第一次授課是針對虛擬實(shí)驗(yàn)的意義及應(yīng)用領(lǐng)域等進(jìn)行專題介紹，第二次授課則是結(jié)合本次實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，對實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)中的測試環(huán)節(jié)進(jìn)行具體講解，同時對實(shí)驗(yàn)室安全規(guī)范、實(shí)驗(yàn)動物倫理及動物福利的基本要素展開系統(tǒng)介紹。

3.2實(shí)驗(yàn)步驟

學(xué)生用自己的賬號密碼登錄后進(jìn)入到“以動物假飼模型為基礎(chǔ)的胃液分泌調(diào)節(jié)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”界面，之后在選擇好身份、專業(yè)、學(xué)歷和年齡后，學(xué)生便進(jìn)入實(shí)驗(yàn)主界面并可以了解實(shí)驗(yàn)的目的、實(shí)驗(yàn)原理。學(xué)生點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)?zāi)M圖標(biāo)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)操作部分。首先，根據(jù)提示虛擬老師會給大家介紹假飼實(shí)驗(yàn)的背景，提示學(xué)生要注意嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室安全規(guī)范。學(xué)生必須正確穿戴好防護(hù)裝備后才能進(jìn)行下一步的實(shí)驗(yàn)。之后要求給動物稱重、麻醉，測肛溫及監(jiān)測心電情況。接下來就是正式的動物手術(shù)部分，要求學(xué)生拖動正確工具逐步完成食管瘺管和胃部瘺管的手術(shù)操作，如果選錯了將不能進(jìn)行下一步。手術(shù)完成后，要求學(xué)生選擇正確的方式將比格犬運(yùn)送到無菌飼養(yǎng)室，將干凈的飲用水和飼料放到比格犬身旁，再次強(qiáng)調(diào)善待動物和倫理學(xué)。隨后，按照低脂食品、高脂食品，選擇阿托品和切斷迷走神經(jīng)的實(shí)驗(yàn)順序，分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)完畢后，學(xué)生需填寫不同的處理方式對比格犬胃液分泌量、鹽酸含量、胃蛋白酶含量和乙酰膽堿的影響，如果填寫錯誤，表格下方會顯示正確答案，話外音會解釋原因，同時學(xué)生必須將答案改正后才能進(jìn)行下一步操作。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，按照人道主義原則實(shí)施安樂死。然后選擇確認(rèn)動物已經(jīng)死亡的標(biāo)志。最后會出現(xiàn)一個本次測試的分?jǐn)?shù)。

3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

見表1。

4討論

近年來，隨著高等教育信息化的飛速發(fā)展，利用互聯(lián)網(wǎng)思維來開展教學(xué)逐漸形成一種趨勢。[6]虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺則是信息化教學(xué)的產(chǎn)物。目前雖然國內(nèi)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)也得到了廣泛發(fā)展，但虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目前主要應(yīng)用于疾病的診斷和預(yù)后判斷。與醫(yī)學(xué)相關(guān)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在國內(nèi)并不多，[7]而針對留學(xué)生教學(xué)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)更是極其稀少。

本研究通過對我校三個不同年級的外國留學(xué)生進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的留學(xué)生對虛擬實(shí)驗(yàn)的相關(guān)知識都有著較濃厚的興趣，參與兩次理論學(xué)習(xí)的比例在三個年級分別為66.7%、54.5%、70%以及55.6%、54.5%、60%。與之相比，實(shí)驗(yàn)操作參與度在2017及2019級學(xué)生中則略低于其各自的理論學(xué)習(xí)參與度，但在2018級學(xué)生中卻出現(xiàn)了不同的趨勢，其實(shí)驗(yàn)操作度要高于理論學(xué)習(xí)參與度。在測試環(huán)節(jié)我們發(fā)現(xiàn)，2018級學(xué)生的測試成績普遍較高，滿分成績幾乎達(dá)到了學(xué)生總數(shù)的三分之一，全部學(xué)生成績都在80分以上，要明顯高于其他兩個年級的學(xué)生。其原因主要考慮有以下兩個方面，首先是這一年級的學(xué)生實(shí)驗(yàn)參與度較高，體現(xiàn)出他們對該實(shí)驗(yàn)有較強(qiáng)的興趣和參與愿望。其次，本次虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要是針對生理學(xué)知識內(nèi)容，而該年級的學(xué)生距離結(jié)束生理學(xué)的學(xué)習(xí)時間恰好為一年，此時他們已經(jīng)基本完成了全部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)知識的學(xué)習(xí)，對生理學(xué)知識有了更全面深刻的理解與掌握，因此測試成績普遍較好；而其他兩個年級的學(xué)生或由于剛剛結(jié)束生理學(xué)的學(xué)習(xí)，或由于已經(jīng)進(jìn)入到臨床階段的學(xué)習(xí)，對生理學(xué)的內(nèi)容可能掌握得不夠深刻或有部分知識已經(jīng)有所遺忘，因此，其測試成績要略微遜色一些。

本項(xiàng)研究還有很多不足之處，如參與該實(shí)驗(yàn)的總?cè)藬?shù)偏少，未能對較大規(guī)模的學(xué)生做更深入的研究。另外，我們僅以生理學(xué)實(shí)驗(yàn)為例研究了學(xué)生在基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺教學(xué)模式下的學(xué)習(xí)效果，對于其他學(xué)科的實(shí)驗(yàn)特別是綜合性實(shí)驗(yàn)尚需進(jìn)一步研究。未來，我們會在研究規(guī)模和研究科目上做更進(jìn)一步拓展，以便獲得更加全面、系統(tǒng)的研究結(jié)果。

*通訊作者：朱亮

基金項(xiàng)目：2020年度來華留學(xué)質(zhì)量保障研究專項(xiàng)課題（項(xiàng)目編號：QARHEIS2020114）；2020年度大連醫(yī)科大學(xué)教學(xué)改革課題（項(xiàng)目編號：DYLX20003）；2020年全國醫(yī)藥學(xué)研究生在線課程建設(shè)與教學(xué)研究重點(diǎn)課題（項(xiàng)目編號：AYXC20200201-03）；遼寧省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2021年度立項(xiàng)課題（項(xiàng)目編號：JG20DB129，JG20DB128）；大連醫(yī)科大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：DYLX20001，DYLX2019048）。

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