研究虚拟实验室开放模式在医学机能实验教学中的应用

杨杉　张雪雁　马晓峰

【摘  要】随着“精准医学计划”的提出，精准治疗进入一个崭新的新时代，这也是当今社会对临床医学实验教学发展的需求。当然，这无疑对传统实验教学提出了一个新挑战。以往的面对面实验教学仅仅局限于在理论上掌握某一实验设计方法，但是实验的复杂性，课堂上传统的实验教学往往不能呈现理想的实验结果。虚拟实验室借助于互联网平台，成本低下，实验可重复性，广受各医学院校实验教学的青睐，这对培养新时代医学实验人才提供了必要的理论基础。本文以泰盟VBL-100医学机能学虚拟实验系统教学为例，阐述虚拟实验室在整个实验系统中的教学优势以及在医学技能实验教学中的建设实施，旨在构建一体化的互联网实验教学平台，为我国医学实验教学的创新化发展及信息化进程打下坚实基础。

【关键词】虚拟实验室;医学机能实验学;泰盟VBL-100;实验教学

【中图分类号】G434;R-4      【文献标识码】A      【文章编号】1004-7484（2020）09-0224-02

临床医学是医学门类“一级学科”，主要研究疾病的病因、诊断、治疗和预后，提高临床治疗水平，促进人体健康的科学，通过预防和治疗以最大程度上减弱疾病、减轻病人痛苦、恢复病人健康、保护劳动力。临床医学是直接面对疾病、病人，对病人直接实施治疗的科学^[1-2]。当下，互联网技术飞速发展，在教育教学领域的应用也越来越多，尤其在医学院校，在很多实验设备或者实验条件无法满足时，教师更加依赖于互联网技术。“互联网+”教学渠道的建立，大大提高了医学院实验教学质量及教学效率。泰盟VBL-100医学机能学虚拟实验系统，已然成为医学院校实验教学一个成功典型案例。

一、虚拟实验室的优势

虚拟实验室系统采用计算机虚拟仿真与网络技术，涵盖了40多个机能学实验的模拟仿真，由于模拟仿真实验无需实验动物，无需实验准备即可帮助学生理解实验的操作步骤以及实验效果，可以作为机能学实验教学的一个有益补充。对教師而言起到辅助教学的作用，对学生而言，则起到知识的预习、熟悉及强化的作用。该系统由仪器介绍，实验原理，手术操作，模拟仿真、实验波形以及实验测试等部分组成，结构完整，内容丰富，可同时供40位同学进行机能学知识的学习。

与传统实验室不同，泰盟VBL-100医学机能学虚拟实验系统不受空间时间的限制，不需要额外的成本支出，不需要紧密的实验仪器，不需要严格的实验条件，只要有计算机、互联网的地方就可以模拟实验。教师可以这种虚拟实验方法传授实验技术，学生也可以借助虚拟实验室进行自学。更值得一提的是，虚拟实验系统可以远程操控，比传统实验室具有更高的安全性、便捷性和可持续性，实验素材信手拈来，可以随时开始或者取消实验，而先前已经产生的实验数据或者前期实验基础会自动保存。

二、虚拟实验室开放模式在医学机能实验教学中的应用

泰盟VBL-100医学机能学虚拟实验系统旨在解决医学相关实验，简化实验操作步骤。比如在进行生理实验时，泰盟VBL-100医学机能学虚拟实验系统能够涵盖包括刺激强度与肌肉收缩的反应关系、刺激频率与肌肉收缩之间的关系、神投影仪讲台、经干动作电位的引导实验、神经兴奋传输速度的测定、神经干不应期的测定、减压神经放电、膈神经放电、大脑皮层诱发点位、离体蛙心灌流、期前收缩与代偿间歇、心肌细胞动作电位、家兔血压调节、家兔呼吸运动调节、尿生成的影响因素、消化道平滑肌生理特性等若干种生理实验^[3]。这些实验往往因为实验条件的严苛或者微环境的把控，导致实验失败，学生往往不能接收到立项的实验状态，从而对医学实验失去学习兴趣。在进行药理相关实验中，虚拟实验系统可以操控药物对动物学习记忆的影响、酸枣对小鼠的镇定作用、安定的抗惊厥作用、杜冷丁的镇痛作用、地塞米松对实验大鼠脚趾肿胀的抗炎作用、苯海拉明药效实验、神经体液因素及药物对心血管活动的影响、药物急性毒性实验、药物半衰期的测定、给药剂量对药物血浓度的影响、给药途径对药物血浓度的影响、药物在体内的分布、肝肾功能状态对药物血浓度的影响、多次给药对药物血浓度的影响等^[4]。恰当合理的应用最适药物浓度，探究药理实验存在奥秘。通过虚拟实验的学习，可以鼓励学生将定量计算与微观层次的生理、药理过程以及宏观层次的结果联系起来，促进更深层次的概念理解。因此建设虚拟实验室应始终贯彻落实四个主流原则，包括设置情景融合的实验操作空间、营造交互良好的实验教学环境以及形成系统完善的评价反馈机制。

（一）设置情景融合的实验操作空间

大量的医学相关实验往往是抽象存在，尤其是基础实验，很多医学生不能够明白整个实验步骤或者有的学生只知道步骤，不明白自己的实验目的，对预期结果不能很好预测，对实验进行的微环境和温度、湿度把控不到位，造成实验屡屡失败。学生对实验存在的实验数据、物质分析不能够合理解释。而且，截止目前为止，尚无一本系统完善的医学实验汇编，学生学习实验的渠道大多来自网上查找或者国内外文献。事实上，真切存在的、情景融合的实验教学便于帮助医学生将实验中学到的知识与日常生活建立联系，实验课程学习的积极性也可以提高学生对理论课学习的积极性，增加师生关系，促进课堂互动。大量文献提出，独具生面的情景化教学可以帮助学生更容易主动学习、更方便记忆和再学习，能够让学生从长远获益^[5]。

（二）营造交互良好的实验教学环境

在虚拟实验系统中，交互良好的实验教学环境也是学生学好实验必不可少的实验条件，一个良好的交互环境能够培养学生实验动手能力，更加有助于提升对未来临床工作的积极性。新时代教育理念提倡学生自主提出问题、自发设计实验思路，最后从实验结果中总结实验结论，最重要的该实验结论对临床工作的帮助，对于指导临床治疗有什么建设性的意义。目前的现实情况迫切需要学生可以足够适应虚拟实验环境，熟悉掌握基础实验相关系统操作、临床实验相关数据收集以及最终结果的统计学分析。这就对学生的实验性交互环境提出了更加严格的要求。良好有序的虚拟实验系统能够将教学需求合理的嵌入其中。当然，这不是简单意义上的对课堂知识的取而代之，而是给学生营造良好的实验学习环境，让他们能够将自己在课堂所学与实验操作有机的结合起来。虚拟实验系统可以根据学生实验设计和实验思路自主分析实验结果，并能够根据实验条件分析结果的偏差。通过远程操控向学生及老师反馈实验数据，在很大程度上降低了枯燥的课堂管理问题。

（三）形成系統完善的评价反馈机制

在实验操作环节中，实验的可重复性也是实验研究结果的必要要求，对于经常实验失败，实验设计各个环节的反思评价就显得尤为重要。利用虚拟实验技术，可以有效激励医学生努力从刚刚的实验过程中寻找导致可能失败的一切可能，及时从自己的记忆库中搜寻弥补信息。虚拟实验系统所反馈的实验细节也能够很大程度上帮助学生摆脱以往陈旧的实验思路，推陈出新，提出适宜该实验的专属实验流程。在此过程中，教师的引导也非常重要，但是实验环节的不可预测性，教师往往也束手无策，但是虚拟实验平台的构建，可以在很大程度上帮助老师形成实验误导框架，教师的及时总结归纳可以让学生少走弯路，增加实验的成功率。当一节实验课结束后，教师系统的点评以及虚拟实验系统及时的反馈装置能够帮助学生增加对医学实验的求知欲与满足感。

结语

故临床医学不是仅局限于理论学习，而更多的是将理论学习与实验技术、临床技术相结合。临床医学需要大量的临床实践，需要拥有较高理论专业知识和操作专业技能。而在学校学习阶段形成的实验思维，在一定程度上激发学生的逻辑思考能力，为以后的临床工作添砖加瓦。

虚拟实验室具有很多优点，在实验整个构思过程中都起着不可替代的作用，而且，目前有些高校已经采用虚拟实验教学系统，已经形成的工作基础和适宜性技术为其他高校虚拟实验平台的构建奠定基础。虚拟实验室能够在学习过程的结构和完善的课程中系统地胜任实验教学。

参考文献

[1]迪丽娜孜·艾尔肯，夏米西努尔·伊力克，玛依热·吐尔洪.基于精品资源共享课程平台及形评考核模式等，提高“5+3”一体化临床医学班级“医学细胞生物学”教学质量体会[J].中国多媒体与网络教学学报（上旬刊），2020（05）：170-171+147.

[2]袁响林，潘俐，瞿秋，刘彬，马蕾，戴青原，张丽华.角色扮演教学法在临床医学专业留学生老年医学教学中的应用[J].中华医学教育杂志，2020（04）：283-287.

[3]连娜琦，鲁芯羽，赵凤鸣，李育.浅谈实验教辅人员在医药院校生理学实验教学中的作用[J].教育教学论坛，2020（05）：389-390.

[4]王燕，宋振，冀海燕.基于成果导向教育模式的药理实验教学应用研究[J].卫生职业教育，2020，38（06）：61-62.

[5]苏强，戴日新，杨锡恒，赵位昆.情景式PBL教学在心内科临床实习带教中的应用效果观察[J].当代医学，2020，26（10）：177-178.