開放性實驗與虛擬仿真實驗融合在臨床生物化學(xué)檢驗技術(shù)教學(xué)中的探索

白 鵬紀(jì)思萌楊尚瑜郭 斌＊

（1.川北醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)檢驗系，四川 南充 637000；2.川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院檢驗科，四川 南充 637000）

0 引言

色譜法是利用混合物中各組分在互不相溶兩相之間的分配差異，通過流動相在混合物中的流動，經(jīng)過反復(fù)多次的分配平衡，實現(xiàn)混合物中各組分的分離與檢測[1，2]。色譜分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于生物化學(xué)、食品分析、醫(yī)藥研究、環(huán)境分析等各種領(lǐng)域，在臨床檢驗中，應(yīng)用在新生兒遺傳疾病、激素水平測定、治療藥物檢測、生物胺的檢測及其他生化指標(biāo)的測定，它已是目前生化檢驗領(lǐng)域不可或缺的重要技術(shù)和新型發(fā)展方向[3，4]。

血糖是體內(nèi)重要的能量物質(zhì)來源，本研究以糖代謝紊亂常見病——糖尿病為對象引入開放性實驗設(shè)計，結(jié)合色譜虛擬仿真實驗技術(shù)在開放性實驗中進行實踐，通過教師引導(dǎo)，使學(xué)生自主學(xué)習(xí)及設(shè)計相關(guān)的測定方式。擬探討線上虛擬仿真技術(shù)和線下開放性實驗相結(jié)合的教學(xué)模式在臨床生物化學(xué)檢驗技術(shù)實驗教學(xué)中應(yīng)用的可行性，以達到深化教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)知識結(jié)構(gòu)全面及綜合素質(zhì)高的檢驗人才。

1 開放性實驗設(shè)計

1.1 實驗對象

以川北醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)檢驗系2019級醫(yī)學(xué)檢驗技術(shù)專業(yè)90名本科學(xué)生為研究對象，10人一組，分成9組，學(xué)生利用課余時間在教師的指導(dǎo)下協(xié)助完成開放性實驗。

1.2 實驗?zāi)康?/h3>

學(xué)生根據(jù)醫(yī)學(xué)知識和臨床資料，對患者擬定實驗方案；明確糖尿病診斷標(biāo)準(zhǔn)，熟悉糖尿病癥；培養(yǎng)學(xué)生對糖尿病的綜合診斷能力；加強學(xué)生對糖尿病實驗診斷的實踐技能訓(xùn)練；培養(yǎng)學(xué)生檢索文獻、探索問題、實驗方案設(shè)計、實驗數(shù)據(jù)分析、撰寫論文等方面的能力。

1.3 實驗設(shè)計及內(nèi)容

了解糖尿病的分型及成因，了解糖尿病診斷中所要監(jiān)測的生化數(shù)據(jù)，了解色譜法的測定原理及分類，掌握虛擬仿真實驗軟件的使用，掌握葡萄糖測定的原理、方法及儀器的使用；了解樣品的前處理等。實驗（1）學(xué)習(xí)色譜儀的原理及操作方法，虛擬仿真軟件的操作；（2）自主完成規(guī)定生化物質(zhì)——糖的實驗設(shè)計；（3）虛擬仿真實驗方案的撰寫及在實驗平臺上的操作；（4）實驗過程中的問題記錄及探索；（5）完成實驗報告書寫及總結(jié)。

1.4 實驗安排

總學(xué)時：24學(xué)時；學(xué)時分配：教師指導(dǎo)查閱文獻及方案設(shè)計4學(xué)時；虛擬仿真軟件操作訓(xùn)練3學(xué)時；樣品前處理實驗3學(xué)時；建立分析方法及樣品實際分析8學(xué)時；實驗數(shù)據(jù)處理及相關(guān)診斷討論4學(xué)時；實驗論文匯報及總結(jié)2學(xué)時。

2 課程實踐

2.1 文獻查閱及方案設(shè)計

使學(xué)生了解開放性實驗的目的，清楚實驗針對的研究課題，通過閱讀相關(guān)資料，使學(xué)生從中尋找感興趣的點，如糖尿病診斷中可以用色譜法監(jiān)測的項目有哪些，引申在糖尿病治療過程中利用色譜法如何監(jiān)測藥物治療的效果，以及色譜法在糖尿病預(yù)防血管并發(fā)癥中的應(yīng)用等。

目的明確，進入方案的設(shè)計。指導(dǎo)學(xué)生利用中國知網(wǎng)、萬方、ScienceDirect等數(shù)據(jù)庫進行關(guān)鍵詞檢索，學(xué)生結(jié)合課堂學(xué)到的知識應(yīng)用于實踐，檢索文獻后進行文獻匯報，教師根據(jù)學(xué)生的匯報及實驗的可行性確定實驗內(nèi)容，學(xué)生以小組為單位進行實驗方案的初步設(shè)計，理清所需的實驗材料、實驗儀器、實驗方法、實驗條件等，指導(dǎo)教師進行修改，形成可實施的實驗方案。

2.2 虛擬仿真實驗平臺操作訓(xùn)練

指導(dǎo)教師講解高效液相色譜儀的原理及操作步驟，學(xué)生利用虛擬仿真平臺操作軟件，進行相關(guān)練習(xí)，最后達到：（1）學(xué)生熟悉高效液相色譜儀的原理和儀器構(gòu)造，清楚儀器的組成和相關(guān)模塊的應(yīng)用；（2）在虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的訓(xùn)練模式下，模擬操作流動相過濾、流動相超聲脫氣、樣品過濾、上樣、儀器開機、排氣泡、分析方法的編輯、儀器運行、色譜峰的分析等；（3）在虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的考試模式下，學(xué)生進行儀器的實踐模擬操作。使學(xué)生在觀看虛擬仿真軟件儀器模擬操作視頻的同時對真實操作過程有所認(rèn)知，從而掌握色譜儀的使用[5]。

2.3 樣品預(yù)處理及注意事項

色譜儀屬于高精度分析儀器，因此對樣品的預(yù)處理及儀器的保養(yǎng)要求嚴(yán)格。（1）樣品應(yīng)進行預(yù)處理，通常用0.45 μm或更細(xì)的膜進行過濾，以除去微粒雜質(zhì)，確保樣品中不含顆粒體物質(zhì)。手動進樣時，進樣量應(yīng)少且速度均勻。（2）流動相必須用色譜級的，實際使用前也應(yīng)用0.45 μm或更細(xì)的膜進行過濾。使用過程中應(yīng)避免氣泡產(chǎn)生，使用超聲波脫氣后恢復(fù)到室溫使用，水流動相需經(jīng)常更換，防止變質(zhì)。（3）色譜柱使用前仔細(xì)閱讀說明書，注意適用范圍等，應(yīng)使用符合要求的流動性，在不使用色譜柱時應(yīng)用甲醇溶液沖洗，取下后密閉兩端保存，使用過程應(yīng)輕拿輕放。

2.4 實驗方法及條件建立

教師指導(dǎo)學(xué)生建立分析方法與分析步驟；學(xué)生通過線下樣品預(yù)處理和虛擬仿真實驗平臺各種參數(shù)的設(shè)置進行操作練習(xí)。通過整個開放實驗的設(shè)計與操作，提高學(xué)生的科學(xué)思維能力和實踐操作能力。

色譜條件有以下幾點：色譜柱：通常采用C18柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；流動相：流動相甲醇（色譜級）—超純水（使用前滅菌，過0.45 μm的有機膜）的比例為78∶22；柱溫：25℃；流速：1 mL/min恒流洗脫；檢測波長：254 nm；進樣量：5 μL。全波長掃描，保留時間定性，外標(biāo)法定量[6]。

2.5 實驗數(shù)據(jù)處理及相關(guān)診斷討論

出色譜圖，確定測定組分的保留時間，根據(jù)設(shè)定檢測物質(zhì)的濃度與峰面積繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線計算待測樣本的濃度。

2.6 實驗論文匯報及總結(jié)

開放性實驗實踐環(huán)節(jié)結(jié)束后，以小組為單位進行論文撰寫。教師指導(dǎo)學(xué)生進行論文的寫作，學(xué)生分工合作，按照一定的論文模板進行撰寫，整個小組的學(xué)生每個人都會分到不同的任務(wù)，如撰寫摘要前言、論文校對整合、匯報課件制作等。指導(dǎo)教師最后給出評價，并對開放性實驗總結(jié)及發(fā)放調(diào)查問卷。

3 結(jié)語

本次開放性實驗針對自愿報名參加的90名19級大三學(xué)生開設(shè)，課后發(fā)放調(diào)查問卷，了解本次開放實驗課程的具體情況，共發(fā)放90份調(diào)查問卷，回收有效問卷90份，本次調(diào)查具有一定的參考價值，為后續(xù)開放性實驗及虛擬仿真實驗融合的開設(shè)，探索前進方向。具體優(yōu)勢性調(diào)查問卷支持率如表1所示。

表1 優(yōu)勢性調(diào)查問卷的支持率

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)所有學(xué)生對調(diào)動學(xué)習(xí)積極性和主動性一項100%表示支持，可以說明開放性實驗與虛擬仿真實驗的融合較傳統(tǒng)的教學(xué)模式具有一定的優(yōu)勢，更符合如今的教學(xué)改革方向，即以學(xué)生為主體，教師起到引導(dǎo)性作用，改變之前教師滿堂灌的“填鴨式”教學(xué)方式，充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。虛擬仿真實驗教學(xué)方式對學(xué)生的實際動手及操作能力有所幫助，學(xué)生在得到虛擬仿真操作訓(xùn)練之后，在實際的操作中更容易上手，實驗規(guī)范性更強，操作程序更加流暢。在整個開放性實驗與虛擬仿真融合的教學(xué)過程中，學(xué)生可以體會優(yōu)化實驗條件及方案帶來的實驗效果，學(xué)生可大膽嘗試與探索實踐，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新與創(chuàng)造力。教師在課程中起到授學(xué)生以漁的作用，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，提升學(xué)生處理信息、分析解決問題、勇于思考、敢于創(chuàng)新的綜合素質(zhì)，提高學(xué)生科研素養(yǎng)、邏輯思維與寫作能力，為研究型人才培養(yǎng)及今后的科研道路打下基礎(chǔ)。綜上所述，線上虛擬仿真技術(shù)和線下開放性實驗有機結(jié)合，可以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生對實驗教學(xué)的滿意度；促進學(xué)生對理論內(nèi)容的深刻理解，有效啟發(fā)學(xué)生，提高教學(xué)質(zhì)量，為創(chuàng)新教學(xué)方式指明方向，達到教改的目的[7]。