虚拟仿真实验在临床生物化学检验实验教学中的应用与探索

张晓磊，侯丽娟，张效云，徐志伟，韩 瑞，董明纲

(河北北方学院生物化学教研室，河北 张家口 075000)

-虚拟仿真实验是指通过多媒体、仿真和虚拟实境等技术，对传统实验各操作环节进行模拟和仿真，虚拟仿真实验将现实、多媒体、人机互换、网络通信等技术组合成高度仿真的虚拟实验环境，让学生在虚拟的环境中进行实验，完成实验教学要求的实验内容[1-3]。

临床生物化学检验是高等医学检验专业的主干学科之一，是在研究人体健康和疾病的生物化学过程变化基础上，利用物理学、化学、生物化学、免疫学、遗传学等学科的技术理论来检测血液、尿液、脑脊液等标本中的化学物质的量和质的变化，为临床医生进行疾病诊断、病情监测、疗效观察及预后判断等提供信息[4]。这门课程的理论性和实践性较强，学生学习难度高，理解困难。当前互联网高速发展，教师在实验教学过程中，可将虚拟仿真实验融入实验教学，将传统实验教学与线上教学结合，将虚拟实验环境融入现实的实验教学，不仅可以使学生产生身临其境的感觉，还能使学生的知识面更加丰富，便于学生更好地学习。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2018级检验本科1～6班的240名学生，按照班级分为2组，1～3班作为虚拟仿真实验教学组，4～6班作为传统实验教学对照组。

1.2 方法

通过考核学生的实验操作对其进行客观评价，以“全自动生化分析仪的操作”为题，将采用虚拟仿真实验教学的学生作为实验组，将传统实验教学的学生作为对照组。实验组同学按照实验要求进入全自动生化分析仪的虚拟仿真操作系统，该操作系统分为“练习模式”和“考核模式”，学生首先在“练习模式”中完成实验内容和实验操作的学习，这一模式包括检验工作人员的准备工作、患者进行静脉采血、样品离心、样品开盖、操作前检查、生化分析仪开机、开机后仪器的维护、检查试剂、检查清洗液、校准定标、质控、标本分析、打印报告单、仪器常规维护、关机维护，共15个界面，“练习模式”结束后学生可进入“考核模式”进行考核，得到实验成绩。对照组学生按教学要求自主操作，教师按照学生操作的规范性、准确性进行评分，评价学生完整的实验操作，得到实验成绩。在虚拟仿真实验完成后发放满意度调查问卷，通过问卷调查了解实验组学生和对照组学生对虚拟仿真实验开展的主观感受，评价其效果。问卷设置了8个单项选择问题，每题有3个选项，分别是“满意”、“一般”、“不满意”。调查结果以各个答案/全部答案总数的百分率来表示。本次调查问卷共发放240份。

1.3 统计学方法

采用SPSS 18.0分析数据，组间比较行t检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 问卷调查结果

虚拟仿真实验完成后对240名学生进行问卷调查，收回有效问卷240份，实验组和对照组各120份，有效率为100%。问卷调查结果显示，与对照组比较，学生更满意实验组教学模式，虚拟仿真实验有助于提高学生自主学习的兴趣(81.61%)、加深对实验原理的理解(68.63%)、提升实验操作能力(71.32%)、提高自主学习能力(88.86%)、提高实验安全性(99.74%)、促进同学间交流学习(89.32%)、提升实践和创新水平(94.34%)、对日后去医院实习有帮助(97.87%)(表1)。

表1 教学模式评价问卷调查结果(%)

2.2 实验操作成绩分析

实验组和对照组实验操作成绩分别为(88.5±6.36)分、(80.2±3.28)分，2组比较差异有统计学意义(P<0.05)。

3 讨 论

3.1 传统实验教学的局限性

3.1.1 传统实验教学模式存在弊端

传统教学法多采用“教师讲解-学生操作-教师辅助指导-撰写实验报告”的教学模式，这种模式缺乏互动性和直观性，并且受到实验时间、实验条件、经费、课时的限制，学生仅能学到一些简单实验原理，不能充分调动学生的积极性，很难发掘学生的创新能力，限制了教学效果的提高[5]。临床生物化学检验是一门发展比较快的学科，实验技术的发展日新月异，一些实验很难通过传统实验教学方法进行展示，比如在传统实验课上，教师会介绍实验的基本操作步骤、操作方法及注意事项等，但学生通常很难快速掌握实验操作的要点，导致多数学生反映临床生物化学的一些实验理解困难，学习比较被动，实际扩展运用不强。这不仅会直接关系到实验过程及结果，还造成了试剂的浪费，甚至对一些实验设备造成毁坏。所以传统教学模式在实验教学中存在表现形式单一、过程控制力不够、学生积极性不高等问题。

3.1.2 大型仪器数量无法满足使用需求

目前临床生物化学实验开设的项目多为2～3人共用一套实验设备，而一些大型仪器如全自动生化分析仪，实验室运行的只有2台，仪器数量有限，无法满足全部学生的使用需求，在实验中一些学生只能观看，不能每个人动手进行实验操作，导致学生只能简单了解实验原理，难以准确掌握所有的实验操作，不能全面理解整个实验过程[6]。除此之外，大型仪器的使用会涉及水、电和一些有毒、易燃、易爆的危险气体，在使用时稍有疏漏，就会引发实验室安全、设备安全、人员安全等事故，造成非常严重的后果[7]。

3.2 虚拟仿真实验在临床生物化学检验教学中的优势

3.2.1 虚拟仿真实验指借助多媒体仿真和虚拟实境等技术在计算机和网络上搭建的可辅助传统实验操作环节的软硬件操作环境，虚拟仿真实验通过三维、声效、特技等多媒体技术，使抽象的实验过程以生动、逼真的动画形式展现出来，使学生产生身临其境的感觉，提高了学生学习的主动性，并提升其实践和创新水平[8-10]。

3.2.2 虚拟仿真实验可以让学生模拟学习实验课上开展不了的实验内容，协助学生对实验原理的理解，改善学生的实验操作水平，发掘学生的创新能力，改变传统实验教学受试剂、仪器限制的情况[11]。虚拟仿真实验过程中所用到的试剂均为虚拟试剂，使用者通过操作计算机就可以实现试剂的使用，试剂完全零投入，节约了教学经费，并且操作过程无污染，不仅绿色化还无毒无害，因为学生不直接接触试剂，避免了一些有毒有害试剂对身体的危害，提高了实验安全性[12]。在实验操作过程中系统还能提示出现的错误，帮助学生及时纠正操作错误，避免了实际操作中对仪器的损坏，有利于正确完成实验。

3.2.3 虚拟仿真实验与传统实验的结合，改变了传统教学对时间、空间和实验次数的限制，学生可以随时登录完成虚拟仿真实验，不仅节省了时间还提高了学习效果。虚拟仿真实验利用虚拟的实验环境，将一些传统实验中不易开展的实验可视化，极大地调动了学生对临床生化检验学习的积极性。

综上，引入虚拟仿真实验后，每位同学都可以在虚拟系统里配制试剂、设置参数、虚拟操作实验流程，最终得到实验的模拟数据，系统还设置了答错纠正提示，指导学生按照正确的步骤操作实验，使学生获得良好的体验，最大限度地提升学习兴趣，提高学生的实践与创新能力，掌握大型设备的主要操作流程，还能利用虚拟仿真系统提前预习实验内容，掌握实验原理和操作步骤，为日后进入医院工作奠定基础。