VR技术结合PBL教学法在医用化学实验教学中的探索

马汉俊 赵士博 黄锁义 韦雨忻 倪庆航

摘 要：目的：放大网络虚拟现实技术的教学价值，创建医用化学虚拟仿真实验课堂，致力于培养学生的科研能力和创造力。方法：将VR技术与PBL教学法进行优势互补并植入医用化学的教学改革中，依据医用化学的教学内容与特点构建虚拟仿真实验课堂，探究其在教学过程的应用成效。结果：VR技术结合PBL教学法可以改变以往传统教学模式的旧面貌，扩大了学生自主操作的空间并提升了学习深度，能够发掘网络虚拟技术与信息化技术的教学价值。结论：VR技术结合PBL教学法可以将网络虚拟技术运用于教学改革中，使实验教学打破了时间、空间和资源的限制，有利于提高学生的临床思维能力和创新创造力。

关键词：VR技術;PBL;医用化学;实验教学;科研能力

Abstract：Objective：to enlarge the teaching value of network virtual reality technology，create virtual simulation experiment class of medical chemistry，and cultivate students' scientific research ability and creativity.Methods：VR technology and PBL teaching method were complementary and implanted into the teaching reform of medical chemistry.According to the teaching content and characteristics of medical chemistry，the virtual simulation experiment classroom was constructed to explore its application effect in the teaching process.Results：VR technology combined with PBL teaching method can change the old face of the traditional teaching mode，expand the space of students' autonomous operation and enhance the depth of learning，and can explore the teaching value of network virtual technology and information technology.Conclusion：VR technology combined with PBL teaching method can apply network virtual technology to teaching reform，which breaks the limitation of time，space and resources in experimental teaching，and is conducive to improving students' clinical thinking ability and innovative creativity.

Key words：VR technology;PBL;Medical Chemistry;Experimental teaching;Scientific research ability

1 当前医用化学实验教学所面临的难题

医用化学实验大多是医学科研实验中的基础内容，是能让医学生成长为医学科研人才的奠基石。然而，在传统教学模式中，老师过多的是以灌输式的教学方法进行教与导[1]，如今许多医用化学的教学仍未从传统教学模式中解放出来，依然面临着种种难题。首先，医用化学实验课程由于医用化学本身的学时少更是被挤压得实验课程的时间少之又少，其次，实验室资源的匮乏也是让实验教学难以展开的重要原因之一，枯燥的理论灌输难以提高学生的学习兴趣，陈旧的实验内容也难以培育学生们的科研能力，要改变当今医用化学实验教学进退两难的局面，将网络虚拟技术、信息化技术以及问题导向式教学法进行优势互补，形成创新型教学模式并植入医用化学实验教学中是医用化学改变旧面貌荣获新生的重中之重。

2 VR技术与PBL教学法相结合的策略

VR技术又可被称之为网络虚拟现实技术[2]，这项技术对人体的感官、感觉进行刺激，能够围绕人的主观意识，对身旁的环境例如声音、物体、光线进行模拟，让人拥有身临其境的感觉。PBL教学法则是以问题为导向，以问促教的新型教学法，注重学生在学习过程中充分思考，在学习研讨问题的过程，学到专业知识、解题思路等重要内容，VR技术与PBL教学法相结合，其策略是以PBL为主，VR为辅，打造一个问题导向的虚拟实验课堂，规避传统教学模式中医用化学实验资源匮乏，实验课程学时短的不足，充分调动学生的学习积极性，开发学生的思维;充分利用网络虚拟现实技术，模拟实验器材、设备、装置等高校缺乏的实验资源。VR技术与PBL教学法相结合将侧重于培养学生思考解决问题的能力以及科研能力。

3 VR技术与PBL教学法在医用化学中的应用

3.1 拓展学习空间，延伸科学前沿

化学，除了理论知识外，最重要的就是实验[3]，在传统的教学模式中，医用化学的实验教学内容大多是参照课本或者是陈旧的实验，VR技术可以植入当今科学发展前沿中最新且具有教学价值的实验，并以虚拟情境、动画等形式展现给学生，拓展学生的学习空间，有更多的机会和途径去接触有关医用化学的最新科研进展，增宽学生们的眼界，此外，更能虚拟出与实验相关的器械、装置，指导学生在虚拟情景中进行实验操作，达到深刻难忘的教学效果，从医学基础阶段就培育学生的科研创新意识和科研思维能力，为将来医学生过渡成为医学科研人才做好铺垫。

3.2 虚拟情景建立专业知识体系

在PBL课程开课前要专门对指导老师进行课前的集体备课[4]。问题为导引发学生的思考，以问促教的教学法对于学生来说，既有着思考的乐趣，也有着解答的挑战。利用VR虚拟现实技术能够打造出一个十分逼真的虚拟实验环境，进而使学生们在虚拟实验环境之中实现情景化目标[5]。VR技术所创建的虚拟情景教学，可以给学生更为直观、生动、形象的学习观感。VR技术创建的虚拟情景可以让学生学到更广、更深的知识，并且还可根据临床案例，模拟出与临床贴切的实验情景，例如根据实验教学内容和临床应用模拟出病房、手术室、检验室等环境，让学生身临其境的学习，建立起一个学以致用的专业知识体系，而不是学而不用，纸上谈兵。

3.3 发散临床思维，培育职业素养

在虚拟的实验环境下，教师可以充分利用教学知识，丰富实验内容，综合多种学科知识，发挥学生的主观能动性，扩大实验课程的广度和深度[6]，教师在设计教学问题的时候，可以将临床案例融入课堂中，以临床问题作为VR技术进行虚拟实验环境建设的基调，促进学生发散临床思维，沉浸到思考临床问题中去，把所学所悟都用于与问题进行强烈碰撞，由临床应用进行逆向推理和逆向思维，探究出临床应用的来源，即医用化学的理论知识点和实验内容，类似于由果及因的逆向学习，让学生在面对临床问题时，可以将学科知识和实验内容与临床实际问题相连接，接着，让学生在VR虚拟实验室中自主进行实验设计与实验验证，加深学生对知识的理解与运用，有助于促进学生对知识的认知度、运用度、感悟度的提高，培育学生的职业素养并促进临床思考能力的发展。

3.4 资源消耗小，虚拟实验容错率高

医用化学实验中涉及众多仪器，如分光光度计、PH计、容量瓶、移液管、锥形瓶、滴定管的使用[7]。VR技术所创建的虚拟实验可以有效减少现实实验中的实验耗材的使用，学习医用化学实验课程的学生人数是非常庞大的，虚拟实验器材代替现实实验器材将能有效节省实验的开支，此外，实验的安全事故发生率也能有效减低。此外，VR虚拟实验还具备很高的容错率，学生在实验过程中操作失误或者出现实验失败的现象，还能有机会再重新进行，不断尝试、总结错误与失误，汲取更多的实验经验，激发学生的多维思考能力，不断地开发学生的潜力。

4 VR技术与PBL教学法在医用化学中需注意的问题

实验课教学准备在学生原始创新能力、综合分析问题能力具有重要作用[8]，网络虚拟现实技术融入实验教学改革中可以发掘其重要的教学价值，但要建设出精细精准的虚拟仿真实验课堂，这对于技术要求非常之大，例如各种数据和参数的输入，即使有毫厘之差也可能使虚拟仿真内容与实际情况存在天壤之别，所以在虚拟仿真实验室的建设过程中，需要花费巨大的脑力、人力、物力，严格要求并建设出与现实相契合的虚拟仿真实验室，让学生真正的能够拥有良好的学习平台和学习体验。此外，需要制定并完善关于虚拟仿真实验室的使用制度与规定，虽然学生是在虚拟仿真实验课堂上进行学习，学生拥有充分的自主自由的操作空间，但同样需要管制和约束，以防意外事故的发生。

5 结语

国家发展和改革委员会在《国家教育事业发展“十三五”规划》中提出了新工科教育的目标要求，即提高学生的实践和动手能力。医用化学作为医学科学研究的奠基学科，对本科生的科研能力及研究水平等方面的锻炼成效可观[9-10]。基于VR的PBL教学法是将网络虚拟现实技术植入医用化学实验教学改革的不凡尝试，表现出现代网络虚拟技术和信息化技术在医学教育中的用武之地，能有效地规避传统教学模式中的种种不足，打破时间、空间和资源的限制，让医用化学实验课堂变得更加具有科研创造性，更加具有科研人才培养力，变得更加丰富多彩。同时，也给其他网络虚拟技术和信息化技术融入到教学改革中提供一个新的研究思路，让医学生在基础阶段就能接受到与最新最前沿的医学信息以及医学科研成果相关的教育，有助于促进医学技术人才和医学科研人才的培养与发展。

参考文献：

[1]马汉俊，赵士博，韦雨忻，等.基于BYOD的PBL教学模式在有机化学实验教学中的研究[J].轻工科技，2020，36（7）：207-208.

[2]吴翔.VR技术的虚拟教学应用研究[J].经济师，2020，（9）：185，187.

[3]刘佳.关于医用化学课程教学改革的探究[J].才智，2020（8）：105.

[4]刘巧凤，陈玮，樊萌，等.美国高等教育对我国医学教育的启示[J].中国医药导报，2020，17（22）：54-57.

[5]高林.VR虚拟现实技术在教育教学领域中的应用[J].电子技术与软件工程，2020（9）：53-54.

[6]朱丽君，方正美，常微微，等.关于虚拟实验技术与预防医学开放实验室建设的探讨与思考[J].右江民族医学院学报，2020，42（3）：382-384.

[7]满雪玉，王安俊，张义娜，等.“互联网+”时代医用化学实验教学模式改革初探[J].卫生职业教育，2019，37（11）：109-111.

[8]王英，崔秀吉，陈锦龙，等.新医科背景下的医学微生物学实验教学改革[J].科技风，2020（23）：31.

[9]苏力宏，王善瑞，原俊杰，等.化学工程专业学位研究生VR教学技术实践研究[J].化工高等教育，2020，37（1）：82-87.

[10]赵士博，吴忠港，郑淮远，等.“双一流”建设背景下翻转课堂在医用化学教学改革中的应用探索与研究[J].山东化工，2019，48（22）：244-246.

作者简介：马汉俊（1998— ），男，壮族，广西河池人，本科，主要研究方向为临床医学;赵士博（1998— ），男，漢族，黑龙江哈尔滨人，主要研究方向为临床医学与高等教育研究。

*通讯作者：黄锁义（1964— ），男，汉族，广西南宁人，本科，二级教授，硕士研究生导师，右江民族医学院科学实验中心主任，研究方向：天然药物化学和高等教育研究。