基于OBE 理念的虛擬仿真教學模式在組織和細胞培養技術課程中的應用

王麗，張彩華，姚齊穎，周俊俊，王睿，李華，呂莉，穆靖洲，李驄*

（大連醫科大學1 藥學院，2 基礎醫學院，大連 116044）

組織和細胞培養技術課程是研究組織和細胞培養的技術方法，是基礎與臨床各學科進行科研創新實踐與生產的必備基礎。課程在組織與細胞基礎理論知識的指導下，重點講授組織與細胞培養的實驗操作及研究方法，更偏向于實踐應用和創新實踐能力的培養。如各類實驗方法的原理、實驗方法的選擇以及應用等。然而傳統的課堂授課與實驗教學方式，受到時間、空間及技術條件的限制，讓組織和細胞培養技術課程無法實現更好的高階性、創新性和挑戰度[1]。

成果導向教育（outcome-based education, OBE）其核心強調“以學生為中心，以產出為導向，通過持續改進提高教育質量”。將學生的學習成果作為預期目標，將“強調學習成果”理念貫穿于每個教學環節。由美國的Spady 率先提出后，目前獲得了廣泛重視和應用[2，3]。在教學過程中讓學生明確該課程在將來工作中的實際應用，緊密與科技前沿，實踐應用相結合，教學過程中不斷修正教學目標，循環往復，通過有目的性、持續、動態更新的學習過程，使學生最終成長為面向國家需要、具有中國特色的高層次拔尖創新人才和應用型高素質復合型醫藥人才。

近年， 隨著教育教學過程中不斷整合技術資源，借助計算機使虛擬現實技術、多媒體與網絡系統進行多維交互，建立虛擬仿真實驗室（The Virtual Simulation Laboratory），對提升教學“可視化”起到了越來越來重要的作用。其在提升醫學生教學效果上也得到極大的運用，在醫學教育領域得到廣泛應用[4]。

基于組織和細胞培養技術課程的特點和虛擬仿真技術的優勢，筆者設計組織和細胞培養技術部分實驗進行虛擬化設計，實現實驗教學虛實結合，從而拓展實驗教學內容的廣度和深度，提升實驗教學的質量和水平。筆者以“壁細胞胃酸分泌調節與奧美拉唑的抑制作用”為例，介紹基于OBE 理念的虛擬仿真教學模式在組織和細胞培養技術課程中的應用。

1 實驗目標的建立與教學內容的篩選

基于 OBE 理念的教學活動，都需要結合實際應用，設定教學目標。預防和治療疾病，提高人民健康生活水平，是醫藥相關專業人才培養的重要目標。了解疾病發生及藥物治療機制對于開展臨床治療、開發新的治療方案與手段都具有重要意義。例如消化系統疾病一直是人群的常見病與高發病，胃酸分泌過多是常見的引起消化系統疾病的誘因之一。因此借助細胞培養技術了解胃酸分泌的調控機制，方便篩選通過抑制胃酸分泌，達到開發治療消化系統藥物的目的。基于此，可以選取大鼠壁細胞原代培養作為主要實驗內容，并給予不同因素作用，觀察其調節作用以及藥物的干預效果。但壁細胞原代培養耗時長，實驗操作繁瑣，成功率低，不適合短時間的本科教學實驗。故通過融合虛擬仿真技術，既能讓學生形象生動的完成此實驗，同時也能避免線下實驗的諸多問題。

2 虛擬仿真教學實驗的設計

隨著《關于加強醫教協同實施卓越醫生教育培養計劃2.0 的意見》的頒布，教育部提出加快實施“六卓越一拔尖”計劃2.0。醫學人才的培養不僅僅滿足于應用型人才的培養，開始著眼于拔尖創新型高素質醫學人才培養，以提高我國醫藥行業發展水平和國際競爭力。因此基于OBE 理念的引導，在虛擬實驗的設計應體現“一體兩翼三性”的特點（圖1）。即以學生為主體，以線下和虛擬實驗為兩翼相互交叉，突出思想性、實踐性、創新性三個特性的建設。在“壁細胞胃酸分泌調節與奧美拉唑的抑制作用”的虛擬實驗中，“兩翼”表現為將學生線下學習的細胞計數方法融入到虛擬的壁細胞提取過程中。“三性”體現在在將實驗室安全、動物福利等內容融入虛擬實驗中，提升學生人文素養及培養良好的實驗安全意識；通過以“患者就醫——藥物的臨床應用”，導入實驗過程，與臨床實踐緊密結合；通過設定問題，設立小組討論環節，培養學生科研邏輯思維能力，同時鼓勵學生參加創新實驗設計，培養創新性。

圖1 虛擬實驗的設計要點Fig.1 Key points of virtual experiment design

3 虛擬仿真教學實驗的實施

本虛擬仿真實驗主要面向臨床醫學、藥學等專業本科教學使用。不同專業同學側重角度不同進行學習，極大增加了教學的內容的“可視性”。更形象直觀的虛擬仿真模式增加學生的學習的興趣，有助提高對知識的理解程度，大大提高學生的創新思維能力。受到學生的廣泛好評。

基于OBE 理念的教學過程，弱化“一考定評”的傳統考核方式，突出對學生綜合分析能力的鍛煉與培養,注重教學過程管理與學生學習過程的評價[5]，強調在實驗實施過程中，體現多元化評價方式，通過后臺實驗過程數據的收集，體現了過程管理及過程評價，客觀評價學習過程。融入團隊討論評分，提高學生團隊協作意識。

通過虛擬仿真實驗的開展，彌補線下實驗條件的限制，有助于實驗內容廣度和深度的拓展，如“復現”醫學發展史上經典實驗，“觸電”高精尖技術等。通過虛擬仿真技術，為學生提供身臨其境的沉浸式學習環境， 多維度的真實體驗可達到更好的教學效果，這也是基于OBE 理念，設計虛擬仿真實驗的基本目的。

“3R”原則從提出到經歷數十年發展，已經在世界醫學界得到了廣泛承認，確立了動物研究的基本倫理原則， 即∶ 替代、減少和優化原則[6,7]。通過虛擬仿真實驗的推廣，替代活體動物實驗，減少實驗動物的使用，也使得醫學院校在進行本科動物實驗過程中能最大限度的貫徹這一原則。

4 虛擬仿真教學實驗的未來

基于OBE理念設計組織和細胞培養技術課程虛擬仿真實驗，教學目標緊密與科技前沿，實踐應用相結合，并在教學過程中不斷修正目標，避免的“學”與“用”的脫節。有助于提高學生學習細胞培養技術的實用性，為今后的臨床工作與研究奠定理論和實踐基礎。然而虛擬實驗項目的創作周期很長，從虛擬實驗構思、腳本撰寫、程序運行，再到內容不斷打磨，填充，以及后續的系統維護和更新，都需要較多的人力和財力的支持。因此，制定長期、系統規劃，建立可持續改進的項目，以適應OBE 理念的不斷調整，避免內容“過時”，也是行之有效持續發展虛擬仿真教學的關鍵。

此外，通過校企聯合、校校聯合的方式，整合資源，形成優質虛擬仿真項目，實現虛擬仿真資源的共建、共管、共享，也有助于提高虛擬仿真教學平臺教學資源的建設。但也要注意，在虛擬仿真實驗項目共建過程中，需注意知識產權的分配問題。合理分配知識產權是共享平臺建設的基礎條件[8]。

基于OBE 理念進行虛擬實驗的教學過程中，還應注重教師隊伍的建設。虛擬實驗不拘泥于課本內容，有助于教師將更多的科技前沿信息推送給學生，這對教師的知識儲備提出了更高的要求。同時，教師還應掌握基礎的計算機及網絡操作知識，才能保證順利完成虛擬實驗授課過程。

總之，在OBE 理念的指導下，通過虛擬仿真實驗能更好的將《組織和細胞培養技術》課程的知識性和實踐性展現出來。相信打造更加全面、創新的《組織和細胞培養技術》虛擬仿真實驗教學平臺將是今后課程建設目標，也必將是未來同類實踐性課程教學方式改革的發展方向。