基于MOOC的医学虚拟仿真实验室建设探讨

黄 坪，李红松，潘克俭，张 晓

（1.成都医学院 教务处，四川 成都 610500；2.成都医学院 国有资产与设备管理处，四川 成都 610500；3.成都医学院 基础医学院，四川 成都 610500）

大型开放式网络课程 （massive open on－line course，MOOC）的概念于2008年由Dave Cormier与Bryan Alexander教授首提出。2011年底，斯坦福大学尝试将“机器学习”等3门课程免费发布到网上，世界各地有10余万学生注册学习了这些课程。2012年6月，麻省理工学院和哈佛大学联合投资创建了edX，德克萨斯大学和加利福尼亚大学伯克利分校后来加入其 中。 自 此，MOOC发展的风暴热遍全球［1－4］。MOOC易于使用、费用低廉（绝大多数MOOC是免费的）、覆盖的人群广、支持自主学习、学习资源丰富，因而迅速发展，并对高等教育产生了重大影响［5］。

我国高校继推出精品课程、视频公开课、精品资源共享课后，也密切关注MOOC的发展。2013年，上海交通大学成为加入MOOC的第一所中国内地高校，和耶鲁、斯坦福等世界一流大学共建、共享全球最大在线课程网络。此后，清华大学、北京大学、复旦大学等高校也申请加入。目前，MOOC已经成为我国国家精品开放课程建设项目的重要组成部分，是国家建设虚拟仿真重点实验室的重要促进力量。但是，加入MOOC的医学理论课程和实验课程非常少，只有美国用医学模拟技术来判定疾病的场景等少数应用。

1 医学实践教学存在的问题和解决思路

医学教育是一种技能教育，实验和实习贯穿了整个医学教学过程。医学生只有通过足够的验证性实验和一定数量的综合性实验，才能获得必要的综合技能并初步具备实际工作能力［6］。长期以来，医学的基础实验、临床教学和实习受多种因素制约，实践教学的开展存在许多问题。

第一，受伦理学的限制。医学伦理学要求善待患者，实验动物伦理学要求善待动物［7］。因此，学习心肺复苏急救、各种危险的临床穿刺治疗等技能操作不允许学生直接在病人身体上进行，动物实验也要遵循减少 （reduction）、替 代 （replacement）和优化 （refinement）的3R原则［8］。

第二，受实验条件的限制。一些高致病性病原微生物实验、具有放射性的实验和剧毒类物质实验对实验开设条件要求高，即便开设，也面临较大安全风险。

第三，受实验成本和资源的限制。有些医学实验设备昂贵、实验动物缺少、医学生物类实验试剂和耗材价格过高。尤其是人体解剖实验所需要的尸体，不仅难得，而且重复使用率低，即便实验开出，但每组实验人员过多，并且实验操作不可逆、不可重复。

第四，受时空限制。如药物稳定性考察、药物毒副作用实验等，实验时间跨度长达几个月甚至数年，是常规实验教学无法企及的。

由于上述条件的限制，学生动手实践不充分，往往存在临床思维欠缺、创新意识不够、专业能力不足的问题［9］，成为制约医学人才培养的因素之一。

在信息技术、网络技术发展及教育国际化的大背景下，笔者提出以MOOC为平台，以校企合作为基础，以疾病研究为导向，以人体生理系统为中心，对医学实验课程进行全面的综合改革，建立新的与MOOC相适应的医学虚拟仿真实验，以满足医学教育开放性在线课程的需求，满足医学应用型人才的培养要求。

2 医学虚拟仿真实验室建设原则

医学虚拟仿真实验室建设的理念是充分利用虚拟实验开放、互动、共享的优势，促进医学实验教学改革、提升教学质量，更好实现应用型医学人才培养目标。

2.1 以实为本、以虚补实、虚实结合

医学的实践性、医学教育的技能性特征，决定了医学实践教学必须建立在“实训”的基础上，包括实验原理、实验内容、实验步骤等理论知识的“实”训和实验项目实际操作的“实”训，两者缺一不可。虽然虚拟仿真实验教学源于现实的、真实的实验，具有实践的本性，但其本身并非真实的实验，学生也无法体会实际操作中可能出现的各种误差［10］。因此，虚拟仿真实验只能对学生的实践操作进行“形式训练”，而不能对学生动手操作能力进行“实质训练”。

在医学实验教学中，让学生先进行虚拟实验操作后再进入实际操作，不但能提高实验效果，还可节约资源。利用虚拟仿真也可进行一些大型综合性实验，如细胞培养实验、PBL病例讨论、临床思维训练等；受条件限制不能开展的实物实验，都可以用虚拟仿真实验替代。虚拟仿真实验与实际实验的结合，相互补充、能实不虚，可以提高实验教学效果，是提高实验教学质量的有效手段，是对实物实验教学的有力补充。

2.2 安全、开放、共享

基于MOOC的医学虚拟仿真实验室是信息技术与教学内容深度融合的产物，具有安全、开放、共享的特点。为实现校内外、本地区及更广范围内的实验教学资源共享，满足多地区、多学校和多学科专业的虚拟仿真实验教学需求［11］，使平台效益最大化，保持平台旺盛的生命力和扩展能力，我校医学虚拟仿真实验室按照医学院校的大学科模块分类，对于每一个大的学科再进行细分，形成层次结构，构建了一个便于分布式开发和层次结构清晰的医学虚拟仿真实验教学平台。该平台既利于课程的实验教学，也兼顾课程整合，形成基于器官、系统、疾病的系统化体系。为了更好地服务全校师生和社会，中心采用分布式网络平台架构，便于其他学校、医院等共享访问；为了提高访问速度，可在其他单位建立镜像服务器。

3 建设内容

目前，我校医学虚拟仿真实验室的建设以教学资源建设为重点，包括虚拟实验网络教学系统和临床仿真实验室两大部分。

3.1 医学虚拟实验网络教学系统

虚拟实验网络教学系统主要包括基础医学、临床医学、药学、PBL实验教学、测试项目5个模块。

（1）基础医学模块。包括人体解剖学的数字人解剖系统、医学形态学的数字切片库系统、医学机能学的生理学、药理学、病理生理学的虚拟实验教学系统、医学形态学的医学寄生虫、细菌形态学综合实验和细胞微生物学的细胞培养综合实验等40多个综合性实验，包括200多个实验项目。

（2）临床医学模块。主要是临床思维仿真训练系统，可开展气道及呼吸、心脏停搏、心律失常、胸痛、代谢和循环造成的急诊、中毒及服药过量等6个模块的临床思维训练综合实验。通过实验课程的学习，培养学生对病案的分析、诊断和自我获取知识的能力，加强临床思维方法，达到教学大纲对学生实验技能的要求。

（3）药学模块。包括药物化学、药物分析、药物制剂方面的实验项目，主要有常压蒸馏、酸碱滴定、pH计测定醋酸的电离常数、重结晶、色谱分析、分光光度法测定Fe的含量、有机物熔点沸点测定、药物制剂仿真实训教学系统、药物压片技术仿真实训教学系统等。

（4）PBL模块。结合PBL的教学理念和模式，对临床标准病人进行体检、实验室辅助检测、诊断、案例分析与讨论（含文献检索、阅读、发病机制演示等），目前有心衰类疾病与中风、细胞增殖分化凋亡异常与疾病（白血病）等4个PBL案例。

（5）测试项目模块。主要是对正在开发的实验项目进行网上试运行，以测试该模块的运行稳定性并收集教师、学生的使用反馈意见。

3.2 临床仿真实验室

临床仿真系统主要由仿真设备和模型构成，包括心肺听诊训练系统、腹部触诊训练系统、心肺复苏急救高端模拟人、腰椎穿刺、胸腔穿刺、腹腔穿刺、气管切开、各种输液穿刺模型，以及仿真OSCE考试、手术直播、录播示教系统等。临床仿真以技能实训为主，并附以视频演示，可开展30余项实验项目，可在网上预约实验。将那些无法在病人身上练习或医疗危险性较大的实验集中在实验室中，可以通过模拟训练的方式让学生操作练习。

4 医学虚拟仿真实验室建设特色与创新

4.1 灵活应用先进网络技术，构建标准化教学平台

成都医学院把品质放在首位，坚持高起点，严标准，科学建设教学资源。在建设伊始，实验室人员对国内外较好的网络教学资源进行了学习，并在学习基础上，结合医学实验教学的特点和学校的实际，形成了以下资源建设的特点。

（1）教学平台具有技术先进性，可以在Windows、Linux或Mac OS等操作系统上运行，也可以在PC机、平板电脑或手机上运行，灵活自如的跨平台使用功能，促成学生无处不在的学习。

（2）资源具有逼真性。无论是外购还是研发的虚拟实验，必须与真实实验步骤和过程高度逼真，尽量采用3D表达，且必须通过实验专家的实验和鉴定后才能放到平台上使用。

（3）教学资源具有完整性。虚拟实验包括实验原理介绍、实验操作录像、仿真交互操作、结果模拟显示等基本内容。

（4）虚拟仿真实验具有一定的灵活性。学生根据平台提供的器材自主设计实验，可以观察到不同条件下的实验结果，提高研究能力。

（5）资源具有针对性和普适性。主要针对实际实验难以开展或消耗较大的项目及大型综合性实验进行开发和建设，实验资源向医学及相关专业均要开设的基础性实验倾斜，不但供本校绝大多数学生使用，还向全国医药高等院校以及中职、高职医学专科学校辐射利用，使其发挥广泛的教育作用。

4.2 整合教学资源，构建集约化和系统化平台

成都医学院整合了解剖学、组织学、病理学、机能学等学科的实验项目，以人体器官、组织结构、病理过程及临床诊疗为主线，以病原微生物、细胞、分子检验技术为辅线，形成基于器官、系统、病例为核心的系统化虚拟实验教学体系。虚拟实验平台支持学生自由搭建合理的实验或案例，有利于学生对实验基本功的掌握，也有利于培养他们的创新意识。内建的题库系统，可提供在线自测，是一个良好的自我学习、测试平台。

4.3 整合学校资源，深入开展校企合作

成都医学院整合了基础医学实验教学中心、临床医学实验教学中心、药学技能实验教学中心等3个省级实验教学中心的资源，拥有一支职称、学历、年龄、学科结构合理的师资队伍。同时，学校深入开展校企合作，采取“校－企合作、校－校合作、校－院（教学医院）合作”的方式，以成都泰盟科技有限公司为纽带，以10余所高等医学院校合作为基础，加快平台教学资源的建设，实现了平台资源的共建、共管、共享。

5 建设成效

成都医学院充分利用医学虚拟仿真实验教学资源开展实验教学，针对不同专业，选择性增加了实验项目，其中新增21项由于受条件限制而无法开设真实实验的虚拟仿真实验项目，新增大型综合、设计性项目24项，新增PBL实验项目4项。利用虚拟仿真设备，在解剖学、形态学实验教学中同时展开了真实实验和虚拟仿真实验。随着中心教学资源日益丰富，平台为学生提供了直观实验预习环境，实现教学环境立体化［12］，对实验教学质量提升的贡献度不断加大，成为高素质应用型医学人才培养的重要平台。

2011—2012年，成都医学院毕业生参加临床医师执业资格考试的通过率分别达到63.06%、74.02%，高于全国平均水平，近三年毕业生就业率始终保持在90%以上。2012年，本校学生获“全国高等医学院校大学生临床技能竞赛”西南西北赛区一等奖和全国总决赛一等奖；2013再获西南西北赛区一等奖和全国总决赛二等奖；2011—2013年获全国大学生“挑战杯”科技作品三等奖2项；2010年和2012年参加全国大学生基础医学创新实验大赛各获1项三等奖。2014年，我校医学虚拟仿真实验教学中心成为教育部首批国家级虚拟仿真实验教学中心。

6 结束语

正如德国哈素·普拉特纳学院院长克里斯多夫·梅内尔（Christoph Meinel）教授所言：“MOOC是对传统大学的颠覆性延伸而不是威胁，它将创造一个传统的大学过去无法企及的、完全新的、更大的市场。”基于MOOC的医学虚拟仿真实验室建设的意义在于利用互联网技术与云端开放式教育平台，实现高等教育优质资源共享，对于推动高等医学教育改革，创新医学教育教学模式，促进高校与企业的交流与合作，扩大大学的社会影响力，提高优秀教师社会知名度，提高医学应用型人才培养的质量都具有十分重要的意义。

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［1］王颖，张金磊，张宝辉.大规模网络开放课程（MOOC）典型项目特征分析及启示［J］.远程教育杂志，2013（4）：67－75.

［2］张振虹，刘文，韩智.从OCW课堂到MOOC学堂：学习本源的回归［J］.现代远程教育研究，2013（3）：20－27.

［3］李华，龚艺，纪娟.面向 MOOC的学习管理系统框架设计［J］.现代远程教育研究，2013（3）：28－33.

［4］黎静.在线教育来潮：教师的困境与出路［J］.高教探索，2013（5）：151－155.

［5］王文礼.MOOC的发展及其对高等教育的影响［J］.江苏高教，2013（2）：53－57.

［6］刘鹏涛，游英慧，王金才，等.医学实验教学中虚拟仪器技术的应用［J］.中国医学教育技术，2010，24（1）：52－54.

［7］高文祥，高钰琪，陈建，等.医学实验课中实验动物伦理学要求的实施与思考［J］.中国医学教育探索杂志，2013，12（12）：1250－1252.

［8］余琦，杨佩刚，张春芳，等.3R原则在医学实验动物学教学中的应用［J］.西北医学教育，2007，15（6）：1128－1130.

［9］李正禄.医学实验教学改革之我见［J］.时珍国医国药，2007，18（10）：2592.

［10］王涌，李国丽，应艳杰，等.建设网络虚拟实验室，深化实验教学改革［J］.实验技术与管理，2010，27（9）：85－87，107.

［11］教育部高等教育司.关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知［EB／OL］.（2013－08－13）［2014－03－25］.http：／／www.moe.gov.cn／publicfiles／business／htmlfiles／moe／A08 ＿gggs／201308／156121.html.

［12］梁楠，张晓.创新实践教学以促进示范中心建设［J］.重庆医学，2013，42（14）：1667－1668.