高校生理学虚拟实验教学的实践与探索

（许昌学院医学院，河南 许昌 461000）

生理学是基础医学的一门重要课程，同时也是一门实验性很强的学科，所以在生理学教学工作中，实验教学占据主导地位，学生只有经过实验培训和考核，才能真正提高实践与创新能力。但是在实际的实验教学工作中还存在着很多阻碍，比如实验课时有限，实验过程复杂等，都容易造成实验失败，从而学生的学习自信心也会受到打击。所以高校应该积极探索科学有效的实验教学方法来提高实验教学质量，并提升学生的生理学综合素养。基于计算机、信息技术、科学技术等先进技术不断发展的时代背景下，促进虚拟实验教学模式的诞生，虚拟实验教学模式和传统实验教学方法相比，具有交互能力强、仿真程度高等优势，可以让学生清晰看到实验过程及结果，对学生来说是良好的辅助学习工具。据此，高校应该积极建立生理学虚拟实验室，并引进相关技术和设备，为培养高质量医学人才做好充分准备。

一、虚拟实验内涵及其优缺点

（一）内涵。基于对现实世界进行虚拟思想的影响下，促进虚拟实验教学方式的诞生。所谓生理学虚拟实验，指的就是借助计算机技术或者是仿真软件来模拟生理学实验课，首先是在实验环境上和真实实验课程教学环境具有很高的相似度，这样便于学生提前熟悉实验环境，之后再让学生在计算机上感受虚拟实验过程，既能巩固理论知识，又可以锻炼学生的实践能力。而且信息技术还在飞速发展，实验器材、实验材料等方面的模拟程度还会更加逼真，再加上图片、视频等元素的辅助，可以加深学生对生理学实验过程的理解与记忆，从而能够很大程度上提高学生的实验素养。

（二）优点。虚拟实验模式和传统实验教学模式相比具有很大优势，首先通过虚拟实验，可以在计算机以及仿真软件的帮助下，把现实的实验教学任务进行模仿还原，从而高校生理学教学中实验课程的压力就能够有所缓解，避免实验课时减少，而且基于虚拟实验视域下，除了可以模拟真实事物之外，还能够模拟出宏观和微观世界中的事物，以生动逼真的形象展示在学生面前。其次，生理学实验有着很高的成本，而且失败次数不可预知，所以需要高校在此投入很大的资金来购进实验材料，但是建立虚拟实验室以后，就可以有效缓解材料消耗大的问题，从而可以节约部分资金和资源，尤其是对于高难度实验来说，通过在计算机中进行虚拟实验，也不会影响对实验现象的观察记录，同时还能提高学生的实验技能。

（三）缺点。虚拟实验开展需要有互联网工具作为辅助，这就意味着学生并不能真正参与到真实的实验中去，在虚拟实验教学模式下，学生只是对生理学实验过程有了初步了解，虽然有信息技术和多媒体技术的辅助，但是只增强了学生的实验理论技能，并没有真正提高他们的实验实践技能水平。此外，学生在进行虚拟实验时，不利于他们认识到自身的不足，同时虚拟实验也无法加深学生对实验课程的学习印象。还有，虽然虚拟实验可以节约生理学材料成本，但是却不利于培养学生的实践动手能力，以及发现问题和解决问题的能力，这样学生在真实的实验过程中，也难以达到理想效果，所以说虚拟实验并不能完全替代真实实验，这也是虚拟实验教学需要应对的难题。

二、高校生理学实验教学现状

高校作为重要的人才培养基地，应该主动承担起医学人才的培养责任，同时对学生进行医学理论知识和实践技能的教育。针对生理学医学领域来说，良好的生理学实验素养对学生来说是必备能力，但是在实际的生理学实验教学中，还存在很多困境阻碍教学质量提升，通过总结分析发现主要问题集中在以下几个方面。

（一）实验机会缺乏

随着高校扩招工作不断进行，所以医学生数量持续增加，从而不可避免的会造成实验资源紧张，再加上很多学校的实验室建设比较落后，无法充分满足众多学生的生理学实验需求，比如过去的实验小组由四到五个学生组成，但是现在都有八九个学生，而且每节生理学实验课时间有限，不能做到让每个学生都完整的进行一遍实验，所以学生的实验机会就大大减少，长期以往，学生所学的生理学理论知识得不到实践，那样不利于学生实验技能水平提升。

（二）实验成本过高

受到实验性质的影响，生理学实验主要对象就是活物，众所周知动物的价格比较高，而且还需要用到各种各样的仪器设备，所以对学生而言实验难度很大，对学生的实验基础能力有着一定要求。不少学生在此之前对实验仪器没有任何了解，因而实验的时候就不知道该如何正确使用实验仪器，这样出现实验失误的几率也会增大，不仅会导致实验中断，严重的还会直接损坏仪器，特别是对是辅助设备像换能器、屏蔽盒等来说更容易损坏，以及一些专业的手术器械等。因此在学生人数较多，实验教学任务重的情况下，学校需要在实验教学方面投入过高的资金成本。

（三）学生自主学习意识缺乏

生理学教学工作的展开需要根据教学大纲要求，其中有不少常规实验内容都对实验材料有着特殊性要求，不管是哪种物品缺失，都会导致实验结果失败。而且有的生理学实验操作复杂，要求很精细，这对学生来说有很大的学习困境，学生很难在有限的学时内学会熟练操作，同时心理上也会给学生造成负担，对实验失去自信心，这样实验失败几率就会大幅提升，以此形成恶性循环。例如在“家兔动脉血压实验”当中，需要完成颈总动脉插管这一步骤，该项操作十分精细，大部分学生都无法在初次实验中获得成功。再者，学生在预习实的原理、过程和现象的过程中容易感觉到抽象，因而没有对实验预习活动加强重视，也就是自主学习意识缺乏，这样也会加剧实验失败。

三、高校生理学虚拟实验教学的实践与探索

下面是在某医学院校临床专业随机选取两个班级学生，并将他们分为两组，一组是实验组，一组是对比组，然后在年龄、性别等方面比较无统计学差异（P ﹥ 0.05）。对实验组的学生采取虚拟实验教学模式，另一组则使用传统实验教学模式，然后对两组的笔试成绩和实验报告成绩进行统计。

经实验调查统计结果如下：

实验结果显示虚拟实验教学模式相较于传统实验教学模式能够在提高学生理论成绩和实验技能方面发挥积极效用，所以虚拟实验教学模式具有很大的推广价值。

由于实验在生理学领域中占据重要地位，所以高校应该积极应对当前生理学实验教学工作中存在的不足，并对虚拟教学模式的优势加强研究，主动探索它在生理学实验教学中的应用路径，从而能够促进学生生理学实验素养水平提高。

（一）强化资源共享

因为虚拟实验就是以计算机为媒介，对真实实验进行模拟与仿真，所以不用教师准备实验动物、药品、器械等，同时也能有效缓解因学生人数过多而无法同步进行实验的不足。在虚拟实验室中，只需连接校园网络，便可以直接开展生理学虚拟实验教学活动，所以为巩固学生学习，学校可以进行资源共享，也就是给予在校学生访问校园网络的权利，然后学生就能进入到学校的虚拟实验室系统中，这样学生就可以随时随地运用联网设备来进行生理学虚拟实验操作。不仅打破了必须有专业实验场所和实验教师指导的限制，同时也没有空间和时间的阻碍，学生无论在教室还是在宿舍都能够访问虚拟实验室网站，根据自己的实际学习情况来选择相应的实验操作，这样可以有效提高学生对生理学实验的熟练程度，不用担心因为实验机会不足而无法掌握每个实验步骤，进而能够增强学生的学习自信心，对生理学实验技能水平提高有着积极意义。

（二）增强虚拟实验真实性、互动性

在传统实验教学模式下，主要有教师讲述或者 PPT 演示这两种方式，依靠先进的信息技术和多媒体技术，为虚拟实验教学模式的产生创造有利条件，它主要是通过应用照片、视频、动画等元素，来创建一个十分逼真的实验情境，并且能够清晰的呈现出实验效果。所以虚拟实验教学模式的引用，能够大大降低实验投入成本，只需经过操作虚拟实验系统，就可以将难度大、要求高的实验经过直观展现在学生面前。比如对家兔麻醉这一实验来说，教师可以运用视频展示的方法来让学生熟悉实验步骤，主要有静脉血管的选择、麻药及其剂量、麻醉好后的判断标准等，每个操作步骤都可以在计算机上点击鼠标完成，这样也能增强虚拟实验教学的趣味性，让学生长时间保持注意力，在轻松的学习氛围中便能学习到生理学实验专业知识。再者，要想全面提高虚拟实验真实性，那么实验结果应该在合理时间范围内呈现出来，方便学生看到实验结果，例如在进行尿液调节实验时，假如学生在计算机上点击“静脉注射生理盐水 20毫升”“静脉注射 20%葡萄糖 5 毫升”等操作按键时，那么虚拟实验系统应该立即显示出尿液滴数变化，如果有的学生操作失误没有进行麻醉这一步骤，而是直接操作膀胱插管，那么虚拟实验系统应该做出拒绝执行此命令的反应，这样可以增强学生进行规范实验的意识。综上，提高虚拟实验的真实性、互动性之后，能够让学生在仿真的实验环境下学习到专业的生理学实验知识，对学生创新能力的培养和实验思维的树立有很大帮助，同时真实实验成本过高的难题也能化解。

（三）提高实验考核合理性

过去对学生进行实验考核时，主要分为两个部分内容，分别是现场实践操作结果合实验卷面考核，这两部分有着不同的分数占比，一般来说实践操作占 70%，卷面考核占 30%，但是在实际操作过程中，经常有实验场所、实验教师等方面的限制，所以最终取得的考核结果并不一定准确，这样既无法反映学生实验操作的真实能力，也不能对教师的教学成效有一个准确评价，总之存在多个弊端。所以在实施虚拟实验教学模式之后，高校应该注重提高虚拟实验系统中实验考核模块的合理性、科学性，将学生实验操作步骤进行细致划分，并让每个流程占据一定分数，然后在进行期末理论考试前先开展实验考核工作，对每个学生的考试内容进行随机命题，从而虚拟实验系统会按照考试标准进行改卷并给学生反馈考试结果，这样既提高了实验考核工作效率，又确保考核结果的公正、客观，对学生而言也有助于他们明确知道自己在实验操作中的不足，并在今后的学习中可以进行巩固，对自主学习意识的培养也有积极意义。

四、结语

综上所述，通过实施虚拟实验教学模式，可以让学生在仿真的实验环境下进行实验练习，既能够帮助学生消化实验理论知识，又能提高他们的实验能力水平，所以虚拟实验教学工作的展开具有重要意义。针对当前高校生理学教学活动中存在的实验机会缺乏、实验成本过高、学生自主学习意识缺乏等问题，高校可以通过实施强化资源共享、增强虚拟实验真实性、提高实验考核合理性等策略进行改善，进而可以让虚拟实验教学工作的价值充分体现出来。