独立学院生物医学虚拟仿真中心建设与应用探讨

刘 琼，张韦深，吴欣慧，汪雪兰

(中山大学新华学院,广东 广州510520)

学校生物医学虚拟仿真实验教学中心(虚拟中心)建设是根据《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》要求，建设“数字图书馆和虚拟实验室”，以及贯彻落实《中共广东省委广东省人民政府关于加强理工科大学和理工科学类建设服务创新发展的意见》文件精神，为破解新建地方医学院校实验教学资源不足而对应用型人才培养形成制约作用，于2015年建成并投入使用。经过三年使用，证明虚拟中心对调动学生实验兴趣，培养自主学习习惯，实验成功率等方面起着越来越显著作用。现将建设和使用经验加以整理成文，供同类学校参考。

一、虚拟中心建设内容

根据国家对虚拟中心建设要求，学校采用和A公司以校企合作方式进行建设。根据学校专业、教师和学生要求，虚拟中心建设包含10大模块：机能学、形态学、科研实验视频等。每个实验项目包括：实验简介、虚拟实验和虚拟考试等。虚拟中心建设基于互联网开发，方便师生在线学习，不受时间、地点、限制，学生可以根据自己的兴趣和需要自主学习、自主实验、自主创新[1-2]。

二、虚拟中心应用

虚拟中心的使用主要包括两方面：课堂教学和虚拟仿真实验大赛。

(一) 教学应用。

根据华中科技大学、东南大学经验介绍，将虚拟实验项目纳入实验课程体系中，增设虚拟实验模块，并将虚实结合教学模式作为实验教学一部分应用于必修和选课中，经过三年实践探索，收到一定效果。

选取药学、康复系进行“虚实融合”教学改革试点，为实验组。将护理、生物医学工程设为对照组。教学改革内容如下：基础实验选2个动物实验。综合性实验：选传出神经系统药物对兔血压影响作用分析、量效曲线实验、家兔急性失血性休克及救治、家兔高钾血症及抢救。

基础实验以强化学生基本技能为主，重点布置学习“实验动物操作”训练，以弥补因上课时间短，教师示教和辅导不够，不能满足学生在课堂规范、熟练的掌握问题。四个综合性实验，要求学生在课前先完成虚拟仿真练习，达到预习实验目的、原理，清楚实验流程和内容。通过观看录像和虚拟操作练习，熟悉实验过程、操作要点，以此提高课堂实验成功率和效率[3-4]。实验课结束后，进行技能操作和实验理论考试，实验组与对照组相比成绩有显著性提高(见表1、表2)。表明实验组达到增强实验教学效果的目的，虚拟实验对增强实体实验效果有一定促进作用。

表1 机能药理学考试成绩比较分)

注：*表示与对照组相比，P<0.05

表2 病理生理学考试成绩比较分)

注：*表示与对照组相比，P<0.05

(二) 生物医学虚拟仿真实验大赛。

采用校企联合方式，从2016年起共举办两届“泰盟杯”生物医学虚拟仿真大赛。大赛主要对象是二年级医学生。大赛主要目的，一是为检查虚拟实验教学和学生学习效果情况。二是宣传虚拟中心功能，让师生投入更多时间学习虚拟实验，提高虚拟中心知晓率、使用率，真正达到为教学和人才培养服务。三是虚拟实验学习，弥补现有学生学时少、实验室条件限制以及高危、有毒有害等安全性要求高，目前学校实验室暂时不能开展，但实验教学大纲又要求学生掌握的一类实验。

大赛形式是基于校园网任一终端，用帐号和密码登陆网址，在规定时间内完成大赛内容并提交。大赛内容是：影响尿生成的因素及利尿药的作用、家兔呼吸运动的调节、家兔血压的调节、离体蛙心灌流皆属综合性实验，学生应该掌握，但因实验学时等限制，前两个实验暂无法开设。

统计大赛成绩显示(见表3)，参赛人数稳步增加，大赛内容由单纯虚拟实验，拓展为实验理论考试加虚拟实验形式，促进学生不仅关注虚拟实验操作，还要加强理论知识学习。大赛满分人数占比大幅增加，并有统计学差异，参赛成绩稳步提高，提示以赛促学效果正逐渐显现[5]。

表3 虚拟仿真大赛成绩分析

注：*表示与第一届相比，P<0.05

三、 示范性特色虚拟实验项目建设

根据教育部建设国家示范性虚拟仿真实验项目要求，在总结学校开设的综合设计性实验课内容，经讨论，撰写四个特色虚拟实验，采用和公司联合方式开发虚拟软件。

在虚拟中心建设初期，主要以购置公司成熟软件产品为主。在使用中发现实验操作明显错漏，造成实验过程、结果和实际出入较大等问题，学生反映学习完虚拟实验仍然不知道怎样做实验，当虚拟实验和老师做的不同时，学生更加不能理解，无所适从。针对使用中出现问题，学校基础医学示范中心主任召集全体教师将本校已有的特色实验项目，撰写成虚拟实验，并组织教师参加“泰盟杯”“梦之路杯”虚拟实验设计大赛。最后，将获奖作品和校内专家认定的特色实验项目，采用和公司联合开发成有自主知识产权、校级特色虚拟项目。合作制作的软件有以下特点：(1)软件可支持手机、平板电脑等多种设备，播放用常用浏览器打开，无需再下载安装其它插件和程序。(2)实验操作过程和实体实验过程、操作要点以及现在通用的实验指导书要求基本一致，实验环境、仪器设备要求不高并且采用最常用技术手段，其它学校也能实现。(3)实验内容设计上和过去单线程播放式有所不同，采用多种途径选择式，让学生尽可能尝试各种不同途径完成实验，给让学生更多试错机会，自己纠正，从中领会实验最佳路径和方法。(4)实验环境布置采用先进的全景拍摄和立体扫描技术，增强临场感、真实感。(5)部分特色虚拟实验项目主要用于新型实验生理科学公选课和虚拟仿真大赛。通过成绩分析和学生调查问卷显示，虚拟实验在内容设计、实验技术方法创新性方面都得到教师和学生认可。(6)通过校企合作开发虚拟实验项目，使教师虚拟实验设计开发能力、数字化教学能力、信息化素养等都得到明显提升。

特色虚拟实验项目建成后，还提供给中山大学南方学院等学校使用，同样受到师生好评，并希望长期合作，共建共享特色虚拟实验项目。

四、小 结

以应用驱动的独立学院虚拟中心建设，在教学中采用虚实结合模式，突破实验资源瓶颈限制对应用型人才培养的制约；定期举办虚拟仿真大赛，促进虚拟资源使用、开拓学生视野、激发创新思维，收到一定效果。相信随着示范性特色虚拟实验项目建设深入，将会开发出一系列适合应用型高校的项目，达到“以虚补实”的教学效果。