虚拟仿真实验平台在机能学实验中的应用

倪思琦 许天旗 李紫琪 尹梦晴 陈昌锋 张骏艳 尹艳艳

[摘           要]  采用问卷调查虚拟仿真实验平台在本校学生中的接受度和满意度。大多数学生能够使用虚拟仿真实验完成预习和复习任务，体验效果良好;约59%的学生认为，虚拟仿真实验因其依赖软件的特性极大减少经费消耗;61%的学生觉得对自己的学习有提升。学生更倾向于短视频模拟实验，近七成希望实验时长控制在20分钟内。通过学生反馈的问题，提出整改建议，以期使虚拟仿真实验平台能更好地服务于医学机能学实验教学。

[關    键   词]  虚拟仿真实验;机能学;实验教学

[中图分类号]  G434                 [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603（2021）11-0102-02

一、研究背景

安徽医科大学机能学实验教学中心自2007年开始在机能学实验教学中使用虚拟仿真实验代替了一些传统的验证性实验。目前虚拟仿真实验教学平台模式正处于转变阶段，拟通过采取“校企共建”模式，建立综合性教学平台，推动我校实验教学网络化、信息化的进程[1]。

在虚拟仿真实验平台网络化建设以后，在校学生均可在校园网覆盖下使用学号登录虚拟平台。虚拟仿真实验教学系统是在计算机虚拟仿真技术的基础上，通过计算机模拟从而再现实验的完整过程[2]。虚拟实验建设应符合“能实不虚，虚实结合”的原则[3，4]，主要用于老师的课堂教学，以及学生的课前预习、课后复习、实验考试等[5]。

二、研究方法

（一）施教方法

课程使用我校基础医学院教师编写的《医学机能实验学实验》教材，在相同大纲指导下，实施一致的实验项目、考核方法，并由相同水平的授课教师任教。每学期开课前，教师会在教学系统中开设课程，课程内容包括不同的实验项目。教师可以利用虚拟仿真实验平台中的教学视频、重难点回顾等工具加强自己的教学效果，学生则通过预习虚拟仿真实验平台中的视频教学，先进行虚拟实验操作，课堂上再自行动手实验，可以提高实验熟练度。同时学生端添加的课程对应学生的学号，以确保学生登录学生账号即可观看学习实验项目[6]。

（二）调查方法

1.调查背景

机能学实验是医学课程的重要组成部分。虚拟仿真项目的持续开发与虚拟仿真实验教学模式的探索是虚拟仿真实验教学发展的桥梁，构建了高度仿真的虚拟实验环境和实验对象[7，8]，参与者可通过虚拟仿真软件，掌握实验操作流程和技巧，理解理论知识，培养初步科研思维和能力。虚拟仿真实验作为专业实验教学的一种新型的实验方式和手段在实施过程中也存在各种问题[9]，虚拟平台现有资源较为丰富，学生利用课余时间充分学习领悟平台资源内容[10]，可以拓宽学生视野。为了解我校学生对虚拟仿真实验平台的接受程度和满意度[11]，同时也作为实验系统的用户反馈意见与建议，升级与优化虚拟仿真模拟系统，更好地服务于教学，故本调查小组开展此次调查。

2.调查途径

为了保证调查对象和调查内容的准确性，调查小组根据虚拟仿真教学平台的内容安排情况，结合学生使用情况，制作问卷，设计出科学、合理的问卷调查[12]。具体实施方法如下：设计和制作完成问卷后，即开始调查。调查小组划分为两人一组，统一在中午午休时间（12：00—14：00）或晚上放学时间（17：00—19：00）这两个时间段，在班级、图书馆、宿舍随机抽样进行问卷调查。在调查过程中调查员需要有耐心，并等待被调查者结束答题，对于有疑问的题目进行耐心的解答，问卷在被调查者完成后，由调查员当场收回。

（三）评价方法

选取安徽医科大学已经接触过机能学虚拟仿真教学平台的2016级—2018级医学影像学、临床医学、麻醉学等专业学生为研究对象，根据其数量，随机发放350份调查问卷并进行回收统计。所调查的学生均为当年高考第一批次录取，样本在年龄、基础知识、基本技能等因素上无显著性差异。

（四）统计方法

所得资料计算频数分布情况，采用描述性统计分析，通过表1显示。

三、结果

本次调查共发放调查问卷350份，具体内容涉及虚拟仿真实验对学习的影响、期待虚拟仿真的变化形式等23道试题。问卷回收共计310份，因答题不规范等因素去除部分不合格问卷。剩余有效问卷300份，问卷有效回收率约为85.71%。具体如表1所示：超过50%的学生认为，相比传统实验，虚拟实验具有直观的优点。场地、时间、生物安全等因素制约下的实验亦可在虚拟仿真平台完成，学生可以在逼真的情景中熟练操作技能和流程，扩宽知识面。约59%的学生认为，一套软件可多次使用。因此虚拟仿真实验以其依赖软件的特性极大减少经费消耗[13]。61%的学生认为虚拟实验教学对学习有一定的辅助功能。调查结果显示，大部分学生使用虚拟仿真实验是为了完成实验任务和复习，且大多体验良好，61%的学生觉得对自己的学习有提升作用。学生更倾向于短视频模拟实验，近七成希望实验时长控制在20分钟以内。87%的学生觉得虚拟实验平台有用。

四、建设性意见

我们首先要明确虚拟仿真实验目前仍处在初期阶段，是传统机能学实验教学的补充。真正提高学生的动手能力还需要基本的实验操作，离不开传统的实验模式，所以其不能完全取代实际操作。虚拟仿真实验只有与传统实验操作相辅相成[14]，才能有助于机能学实验学科的发展。根据调查结果提出以下建议。

（一）调整内容布局形式

多数学生希望平台可以提供实验流程框架，列出重点部分流程框架（占61%）。通过流程图的形式让学生对实验有初步了解，提高自主学习效率，从而获得更好的学习效果。并将实验相关知识贯彻到整个实验过程中，在实验过程中设置相关问答题目（占46%），引导学生思考，检验学生的知识水平，查补缺漏。同时在实验中提示注意事项（占81%），帮助学生掌握实验中的难点，保障实验顺利完成，注意事项的形式可采用实验过程中侧栏列出、具体操作时即时弹出等形式。

（二）调整实验时长和步骤

问卷显示，大部分学生期待的虚拟仿真实验时长为5～20分钟（67%），实验项目建设过程中，应把控实验时间以达到较好的效果，同时大部分学生希望实验步骤繁简得当（52%），操作繁琐且不作为重点考查内容的部分可通过视频的形式呈现，对于非重点内容去繁就简，避免重复，避免因时间过长使学生的学习兴趣和积极性下降。

（三）调整虚拟仿真实验形式

虚拟仿真实验形式较多，主要包括3D动画、VR虚拟、3D视频等，调查显示，3D动画（33%）和VR虚拟（47%）的实验形式受到多数学生的青睐。3D动画和VR虚拟可提高实验仿真程度、立体程度，同时平台应提高画面清晰度，提供完整的实验视频，帮助学生“虚实结合”，掌握实验要领。

（四）调整互动环节

虚拟仿真实验应该充分利用自身的优势，增加学生自主设计的环节，将实验层次化，增加学生互动界面，从而提高学生的参与度和学习效果。

五、总结

机能学实验是基础医学中一门重要的实验课程，实验操作是理论学习中必不可少的一部分。传统的机能实验教学与虚拟实验教学各有所长，发挥其各自的优点，才是发展和改革的需要[15]。随着计算机和网络技术的发展，虚拟仿真实验凭借其高效性、自主开放性、内容拓展性[16]的优势，将越来越广泛地应用于医学实验教学当中，成为重要的教学方式。展望未来虚拟教学平台的发展，学生可以通过3D沉浸式环境，在高度仿真的虚拟环境中，自主设计综合性实验。采用虚拟实验能弥补传统真实实验存在的不足，符合实验教学改革的发展趋势和人才培养的实际需要[17]。

参考文献：

[1]赵红梅，包保全，薛培凤，等.虚拟仿真实验教学项目的建设与管理[J].内蒙古医科大学学报，2018，40（S2）：1-3.

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[3]李骢，张彩华，王丽，等.依托医学虚拟实验平台实现整合课程的创新与提升[J].卫生职业教育，2019，37（18）：97-99.

[4]崔明宇.虚拟实验技术在基础医学实验教学中的应用研究[J].中国管理信息化，2020，23（6）：228-229.

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[6]徐宋瑶，扈瑞平，薛昕，等.生物化学虚拟仿真实验教学项目的尝试与应用[J].基础医学教育，2019，21（9）：743-744.

[7]屈泳，王三华，阮小军.计算机组成原理虚拟实验教学平台的研究[J].实验技术与管理，2019，36（5）：119-122.

[8]杨丽娟，张连江，吴殿秀，等.医学虚拟仿真软件在基础医学实验教学中的应用：以《家兔失血性休克及微循环观察》实验项目为例[J].中国医学教育技术，2019，33（1）：79-82.

[9]赵智权，周万津，李春鸣，等.医学虚拟仿真实验教学中心的建设与展望[J].教育教学论坛，2020（43）：383-385.

[10]王艳凤，赵国星，刘畅，等.虚拟仿真技术助力下的“医学微生物学”实验课程教学方案的设计和实践[J].微生物学通报， 2004（12）.

[11]陈小鹰，汪婕，林玲.医学机能学虚拟实验平台在实验技能培训中的作用：以“大学生创新创业训练计划”项目为例[J].福建医科大学学报（社会科学版），2017，18（1）：52-55.

[12]张峻，裴彩利，郦杭婷，等.基于教师视角探讨中医护理虚拟实验平台的设计与应用[J].中国高等医学教育，2019（10）：21-22.

[13]王宏宝，刘慧萍，喻嵘，等.医学机能学实验教学中虚拟实验应用[J].中国中医药现代遠程教育，2014，12（7）：84-85.

[14]曹洪玉，冯宝民，唐川，等.虚拟仿真平台建设利用策略[J].广州化工，2020，48（18）：117-119.

[15]黄坪，邓峰美，冯军，等.利用虚拟仿真实验促进本科教学[J].重庆医学，2016，45（19）：2720-2722.

[16]于志君，邓海英，江珍玉.虚拟仿真实验教学结合传统实验教学在医学微生物教学中的应用研究[J].世界最新医学信息文摘，2018，18（A0）：309-310.

[17]熊英，张金娟，王岚，等.以综合性实验模式开设医学机能实验课程的探索[J].卫生职业教育，2016，34（15）：83-84.

编辑 马燕萍