虚拟实验在《流行病学》实验教学中的应用

刘文宣++杨磊++李涛++杨洁++李曼++刘英丽++刘建波

摘要：目的：探讨虚拟实验教学模式对《流行病学》实验教学效果的影响。方法：将预防医学本科生随机分为实验组和对照组，分别采取虚拟实验和传统实验教学模式开展流行病学实验课，通过调查问卷分析比较不同教学方式的教学效果。结果：虚拟实验教学的教学效果优于传统教学模式。结论：虚拟实验教学优势明显，教师应根据实验内容，科学合理地运用虚拟实验和传统实验，以提高实验教学效果。

关键词：虚拟实验实验；传统实验实验；流行病学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）16-0266-03

《流行病学》是预防医学的主干课程之一，是一门实践性很强的学科，实验教学是其重要的组成部分。但国内现有的《流行病学》实验教学体系存在许多问题，如实验教学内容主要为验证性实验，实验教学方式基本还是以传统实验教学为主等，这使得学生在知识面的拓展和实践运用等方面不能受益，故高校现有的实验室资源远远无法满足预防医学专业学生的需求，无法达到国家提出的“培养实用性预防医学人才”的要求[1]。虚拟实验是将网络技术、软件技术、虚拟现实技术以及传统实验相结合的虚拟实验软件，它突破传统实验的时空限制，学生可以随时随地通过网络进入实验环境，选择所需的实验项目。在虚拟实验中，抽象的概念、原理、过程被形象、生动而又真实地表现出来，学生不仅能够感受的“真实的”实习环境，有浓厚的兴趣参与其中；而且学生还可自主设计实验，培养自己的设计能力、分析能力以及创新意识[2]。现场调查是流行病学工作实践的起始和基础，对于预防医学专业的学生，掌握现场调查的方法，阐明疾病在不同人群、不同时间及不同地区的分布特征，获得疾病的流行特征及发生发展规律具有举足轻重的意义[3]。突发公共卫生事件的流行病学调查是疾控工作的重要内容，因该事件的发生具有紧急性和不确定性，故实验课上组织学生亲临突发事件现场进行实习的可行性较低。故我室设计并研发出虚拟实验项目，运用各种虚拟实验手段，让学生在实验课上进行突发公共卫生事件的现场模拟训练，以提高学生对突发事件的应急处理能力。本研究以察布查尔病的流行病学调查为核心，使学生像在真实现场一样对研究对象的选择、样本含量及抽样方法的确定、资料的收集、整理和分析、得出研究结论等方面进行虚拟处理，并比较虚拟实验和传统实验教学模式的教学效果，旨在为进一步搞好《流行病学》实验教学探索新途径。

一、研究对象与方法

1.研究对象。以本校2013级预防医学本科学生作为研究对象，共186人，男生85人，女生101人，21-23岁，将其随机分为两个组：一组是实验组（93人），一组是对照组（93人），两组学生在性别、年龄分布上均无显著性差异（P>0.05）。

2.教学方法。教学内容为《流行病学》实验课——突发公共卫生事件，实习过程为开展察布查尔病的流行病学调查，对照组采用傳统的实验教学模式；实验组将我教研室自行设计的虚拟实验项目应用于实验教学中，学生以计算机作为基本的技术平台， 使用与课程内容相适应的实验软件，在虚拟的环境下进行相关内容的实验，获得如身临其境效果的实验体验。我们将该虚拟实验分为四个部分：实验简介、实验调查、实验分析与实验后记结果。

I.实验简介：作为对该实验的简单介绍，使学生对实验或事件有一个基本的了解。

II.实验调查：作为该实验的主要构成部分，用FLASH动画与互动方式做为该实验的展示特点，以多媒体动画、虚拟操作的方式展示课题内容，调动学习兴趣，提高教学质量。

III.实验分析：作为实验的第二主要构成部分，该部分以调查部分作为依据，对调查资料进行分析与判断，并且根据老师的教学需求定制相关实验，通过电脑实施交互教学，实验操作简便，易学易懂，实验内容要新颖，加深学生印象。使开放实验变的便捷、有趣、高效，开辟新的教学方法。

IV.实验后记结果：该部分作为学生对该实验或事件的总结部分，学生通过虚拟实验的操作对课题进行总结记录，培养创造力，加深记忆。

3.教学效果评价。采用问卷对两组学生的教学效果进行无记名调查，内容包括：学生对实验的兴趣、学生实验预习效果、学生动手机会、实验数据处理分析、实验报告书写、实验课后复习效果、学生对实验理论及基本操作技能的掌握程度、培养学生实验创新和设计能力及学生满意度。

4.统计学方法。所有数据分析均使用SPSS 20.0软件进行统计学处理，采用x2检验比较两组间率的差异，P<0.05为差异有显著性。

二、结果

通过问卷调查比较两种实验教学方法的教学效果，本次研究参与调查的学生共计186人，问卷回收率100%。调查结果分析显示，与传统实验教学相比，虚拟实验有利于增加学生对实验的兴趣（P<0.05）；可提高学生实验课前预习效果（P<0.05）。这种新的实验教学方法增加了学生在实验课中的动手机会（P<0.05）；有助于学生自主进行实验数据的处理分析（P<0.05）；并完整书写实验报告（P<0.05）；而且便于学生实验课后复习（P<0.05），进一步巩固理论知识，丰富实践经验。《流行病学》教学大纲已规定本课程应注重学生基本实践技能及设计创新能力的培养，虚拟实验较传统实验教学更有利于培养学生对实验理论及操作基本技能的掌握（P<0.05）；并有利于培养学生实验创新和设计能力（P<0.05）。另外，学生对模拟实验教学的满意度高于传统实验教学（P<0.05）。详见表1。

三、讨论

现代流行病学实验教学的目的在于培养学生的实践操作技能和创新思维及设计能力，这是理论联系实际的重要途径，是学生从课堂理论转换为实际工作能力的有效方法。与传统实验模式相比，虚拟实验具有以下优势：

1.激发学生学习兴趣。《流行病学》实验教学的内容和方法常常由于不能深入现场而受限，传统的实验教学模式仅仅是对实验指导上已有的资料进行分析，难以调动全体学生学习的主动积极性；而虚拟实验是一种迎合现代学生学习计算机化、网络化的教学模式，能给学生“真实的”现场调查环境，学生能够获得身临其境的真实体验[4]，而且我室研发的虚拟实验是以FLASH动画与互动方式做为该实验的展示特点，以多媒体动画、虚拟操作的方式展示课题内容，充分调动学生积极性，学生在兴趣的驱动下主动参与其中。另外，学生利用虚拟实验室，加深对所学理论知识的理解，可获得学习的成就感，所以学习的积极性自然就会提高，对新知识的接受能力更强。

2.提高学生实验预习效果和实验课后复习效果。流行病学实验研究程序复杂，需要课前充分预习，来了解实验步骤，掌握实施细节。传统的实验教学模式仅仅借助实验指导，纸上谈兵般地介绍实验过程，学生预习效果很差，实验课上还需要教师反复讲述并指导，课后复习也仅仅局限于根据实验指导书写出千篇一律的实验报告；而利用虚拟实验室，学生不受时空限制，可在家或宿舍通过课前实验预习和模拟训练，体验到在研究的不同阶段使用不同的方法可以达到不同的研究结果[5]。而且在反复摸索过程中，学生会认真研究实验原理及各环节的操作步骤，最终，学生可针对不同情况制定出最佳的实施方案。课后，学生在书写实验报告的过程中，可以比较不同方法的优缺点，并对不同的实验结果进行对比分析，从而进一步巩固理论知识，丰富实践经验。另外，在我室设计的虚拟实验最后一个模块——实验后记结果部分中，学生可以通过虚拟实验的操作对课题进行总结记录，加深记忆。

3.增加学生动手机会，助于学生自主处理分析实验数据，并完整书写实验报告。传统的实验教学受条件限制，很多实验只能以小组的形式来完成，每个学生不一定都能得到动手的机会，学生通常只将此次实验得到的单一的实验数据进行处理分析，并据实书写实验报告；而虚拟实验只需要有网络和计算机，就可以使得所有学生全程独立完成每个实验，然后使用虚拟实验的实验分析模块，以实验内容作为依据，对实验结果进行分析与判断，并且根据老师的教学需求定制相关实验，并通过电脑实施交互教学，最后将以上过程进行总结并完整书写实验报告，学生从中可以得到更多的收获。

4.强化学生对实验理论及操作基本技能的掌握程度。实验理论及操作基本技能是学生顺利完成实验的保证[6]。然而，在实验课上，总有一部分学生的实验理论及操作基本技能不过关，严重影响了实验效率和实验结果，这是目前传统实验教学法难以解决的问题；而利用虚拟实验室，在实验课前，學生即可使用虚拟实验反复实践，并熟悉掌握一些基本理论及操作技能，这样实验课上就能应对自如。

5.强化培养学生实验创新和设计能力。虚拟实验教学中，教师注重鼓励学生利用虚拟实验验证自己的想法和灵感，它打破了传统实验的束缚，学生可以自主设计实验程序及实验步骤，从而加深学生对实验知识的深刻理解。故与传统实验教学相比，虚拟实验有助于培养学生的实验创新和设计能力，充分培养了学生的综合能力。

综上所述，与传统实验教学模式相比，虚拟实验教学优势明显，学生的满意度也极高，将其利用到《流行病学》实验教学中是未来发展的必然趋势[7]。但虚拟实验教学不能完全代替传统的真实实验教学，因为虚拟实验都是通过操作鼠标来实现的，而传统实验在提高学生动手操作能力上具有不可替代的优势。因此，在《流行病学》实验教学改革中，教师应随时关注现实中出现的公共卫生问题，及时更新实验教学内容，并根据实验内容，科学合理地运用虚拟实验和传统实验，将二者有机结合起来，优势互补，相辅相成，这样才能更好地提高实验教学效果，让学生学以致用，进而满足当前社会对应用性预防人才的需求。

参考文献：

[1]刘新，李茂全，陈卫中，等.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[J].卫生职业教育，2013，31（19）：94-95.

[2]彭慧.基于虚拟实验室的高校实验教学改革[J].赤峰学院学报，2016，32（3）：264-265.

[3]郭立燕，张妍，张雪文，等.新形势下提高流行病学教学质量的探索[J].济宁医学院学报，2014，37（2）：127-128.

[4]崔英善，黄晓鹏，朱俊东，等.虚拟实验室在医学院校教学中的应用研究[J].科技创新导报，2012，（31）：177-179.

[5]韩琴，冷言冰，贾皓，等.3R原则与虚拟实验室在预防医学实验教学中的应用[J].实验技术与管理，2013，30（8）：152-154.

[6]刘泽良，发挥虚拟实验室建设对实验教学的促进作用[J].实验技术与管理，2011，28（7）：193-195.

[7]张伟，张雁容.对医学院校构建虚拟实验室的思考[J].卫生职业教育，2010，28（19）：99-101.