预防医学实验教学存在的问题及其网络虚拟实验室构建思路

刘 新，李茂全，陈卫中，贾 皓，冷言冰

（成都医学院，四川 成都 610083）

国内现有预防医学实验教学体系中存在诸多问题，阻碍了预防医学实验教学水平和质量的提高，无法适应“培养用得上的实用性预防医学人才”的要求。为此，许多医学院校进行深入研究和改革，从改革中吸取经验，改进不足，完善预防医学实验课程体系。其中华中科技大学同济医学院通过预防医学实验教学改革，以能力(学习、实践和创新)培养为目标，在教学方法上大胆创新，把各学科开设的实验课程重新整合，打破学科界限，做到优势互补，相互渗透，提高了学生发现问题、分析问题和解决问题的能力[1]，一定程度上解决了传统预防医学实验教学中各课程间内容交叉、重复的问题。但是该方法仍存在一些不足之处。

1 存在的主要问题

1.1 不能更好地开展带有危险性和危害性的实验教学项目

预防医学实验课程中经常要使用火焰原子吸收仪、气相色谱仪、液相色谱仪等精密仪器检测环境中的有害物，有一定的危险性（如高纯乙炔、氢气）或毒性（如乙腈、甲醇），并且这些实验仪器价格昂贵，耗材及维护成本较高，导致学生只能粗略了解，难以熟练、独立、完整地完成相关实验项目。而上述仪器恰恰又是在预防医学环境危害物检测方面普遍使用的，是预防医学专业学生必须掌握的常用检测仪器。再如，流行病学实验项目中很多实验以致病生物为实验对象，如酶联免疫法筛查人群血清中乙肝病毒表面抗原实验，如果学生防护意识淡薄，实验技术不熟练，就会对学生构成潜在威胁，进而影响实验开出率。如果学生在接触这些实验项目前就能熟悉整个实验流程和相应仪器的使用方法，便可大大降低实验操作不当带来的危险性。

1.2 不能做到现场采样（调查）和实验室检测有机结合

现有预防医学实验课程设置大多重实验室检测技能训练，轻现场环境基本资料获取能力培养。以“大气中二氧化硫含量的测定”实验为例，从预防医学角度看，应从以下两方面入手才能把这个实验做好。一方面要掌握实验检测对象(大气中二氧化硫)的现场环境基本资料，如当地的地形与地貌、气象条件、植被、居民聚居位置、厂矿等；另一方面要具有精湛的实验室检测技术，以保证实验检测对象数据的准确性、精确性。只有把两个方面有机结合才能针对环境中的二氧化硫提出有效的防护措施保护居民健康，体现预防医学实验教学的价值和意义[2]。然而，一些客观原因导致很多基本预防医学实验项目，对样本采集现场环境基本资料获取能力的训练不够重视。

1.3 不能动态更新预防医学实验内容，做到与时俱进

随着我国经济的高速发展，人们生活方式的改变，危害居民健康的致病因素也在悄然改变。医学院校应随时注重联系实际，关注学科发展，根据现实中出现的公共卫生问题，及时更新、充实、改革教学内容，将新知识、新理论、新观念和新技术充实到实验教学内容中。如针对2008年出现的三鹿奶粉事件，可适当调整实验教学内容，增加三聚氰胺检测和毒理学评价项目。流行病学实验教学中，引入近年来出现的一些新发传染病如SARS、禽流感、手足口病以及猪链球菌感染等卫生问题可丰富实验教学内容[3]。最近发生的柳州龙江重金属元素镉污染和螺旋藻片铅元素含量过高问题等，都可以作为预防医学实验教学中借鉴的案例和现场模拟训练的内容。

2 网络虚拟实验室的构建

2.1 构建基础

互联网技术的高速发展为解决预防医学实验教学中存在的问题提供了有效的途径和新的思路。国内外许多高等院校及科研机构纷纷提出了虚拟实验室概念，即利用图形、语音、视频、动画等多种技术，为用户提供一个基于网络的技术交流、共同研究的平台以通过网络身临其境地观察实验现象。虚拟实验室具有低成本、高效率、功能全等优点，越来越多的人意识到虚拟实验室在教育领域的重要性，尤其是在实验教学方面的显著作用[4，5]。如今互联网发展迅速，且高校均有成熟发达的局域网构架，故以成熟的学校局域网络构架为基础，采用QTVR或Flash技术，利用虚实结合、低成本高收益的特点，适时开展预防医学虚拟实验教学，可解决实验教学存在的问题，进一步培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。

2.2 构建方法

（1）基于学校局域网络构架建设预防医学网络虚拟实验室，主要设计思路如图1所示：

图1 预防医学网络虚拟实验室设计思路

（2）选定预防医学实验教学具有代表性的实验项目，采用QTVR或Flash技术，初步实现预防医学虚拟实验教学。例如，环境卫生学实验：火焰原子吸收法检测土壤中的镉元素含量；职业卫生与职业医学实验：职业空气环境中甲醛含量的测定；营养与食品卫生学实验：高效液相色谱法检测奶粉中防腐剂含量；卫生学及卫生检验学实验：气相色谱法测定空气中多环芳烃含量。

（3）根据选定的预防医学实验项目特点进行实验模块设计，采用合适的动画技术，构建出相应的虚拟实验设计框架。现以环境卫生学实验（火焰原子吸收法检测土壤中的镉元素含量）为例介绍虚拟实验模块设计思路。采用QTVR或Flash技术，构建虚拟实验教学内容的主要模块骨架，其他选定的实验项目以该实验为模板进行修改，即针对自身的实验特点做相应修改。虚拟实验项目设计分三大模块，即现场采样技术（地形、地貌、河流走向、风向、工厂、居民区位置、土壤采集的方法及注意事项和流行病调查方法），实验检测技术（样品处理、称取、消化方式、标准方程的建立、仪器气密性检查及仪器使用安全准则、火焰吸收仪器测量条件优化调试、检测过程注意事项）和实验技术交流（数据的收集和处理、实验报告的修改、开放实验和创新性实验相关内容的培训与考核，实验更新动态发布），如图2。

（4）其他实验项目以构建好的虚拟实验流程为骨架，根据预防医学实验课程的需要衍生虚拟实验内容。把建好的预防医学虚拟实验课程链接在学校网站上（以实验技术交流C模块为途径），学生通过学号、姓名进入预防医学虚拟实验练习平台。虚拟实验项目训练为实地实验的高质量开展打下坚实基础。

3 网络虚拟实验的优势

相对于现在的预防医学实验教学方式，网络虚拟实验有以下几个优点：（1）利用预防医学虚拟实验项目虚实结合理念，低成本高收益的特点，开展预防医学虚拟实验教学，尝试解决实验教学中存在的问题，能够进一步培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。（2）建好的虚拟实验项目，可以为更多的虚拟实验项目建设提供基础和经验，复制出类似的虚拟实验项目。（3）为预防医学专业学生和其他专业学生申请的“大学生开放实验项目”和“大学生创新实验项目”提供选拔及培训学生的技术交流平台，做到资源共享。（4）彻底打破空间和时间限制，学生可以根据自己的时间和需要进行虚拟实验的自我训练。

图2 “火焰原子吸收法检测土壤中的镉元素含量”虚拟实验模块设计

随着互联网的高速发展，预防医学实验教学的手段日趋多样化。网络化、数字化和共享化是虚拟实验最大的特点，也是传统实验无法比拟的[6]。但是，也不能夸大虚拟实验的优点，由于预防医学实验涉及学科众多，不同学科的实验形式具有各自的特点，在实验教学中要注意选择有针对性的教学手段，意识到虚拟实验只是教学的辅助手段，切不可完全取代实地实验。由于实地实验过程中会出现虚拟实验无法预知的异常问题，因此，合理安排虚拟实验与实地实验教学比例是任课教师考虑的重点，只有做到虚实有机结合才能培养学生发现问题、处理问题的能力，实现学以致用，收到满意的教学效果。

[1]陈国元，杨克敌，刘烈刚，等.预防医学实验教学注重学生个性发展教学法的探索与实践[J]，医学与社会，2008，21（7）：54-60.

[2]刘新，宋庆雄，徐洁.预防医学实验教学改革构想[J]，卫生职业教育，2008，26（7）：115-116.

[3]罗文海.预防医学实验教学改革[J].医学研究与教育，2011，28（1）：102-105.

[4]吕克志.基于校园网的虚拟实验室的研究与设计[J].网络安全技术与应用，2008（3）：89-90.

[5]房俊龙，范永存，王立，等.远程虚拟实验室教学模式的研究[J].东北农业大学学报：社会科学版，2008，6（1）：56-57.

[6]夏金辉，韩红，李潇寒，等.生理学虚拟实验室设计建设的几点体会[J].西北医学教育，2008，16（1）：109-110.■