基于临床模拟实验室的生物化学实验教学的实践探索

王海燕 孙晓明 白 婧

（山东协和学院，山东 济南 250109）

生物化学是一门对生物大分子的结构及其功能进行研究并阐释生命现象本质的学科，广泛应用于基础医学、临床医学和生命科学等多个领域[1-2]。实验教学是生物化学课程的重要组成部分，有助于学生对理论知识的理解，提高学生的动手能力、创新意识和综合科研能力[3]。

随着计算机、互联网的发展，虚拟实验室越来越多地应用于高校的实验教学中，已经成为信息化教学中举足轻重的一部分[4-5]。实验教学中虚拟仿真技术的应用，对学生的学习动力和兴趣的激发有重要意义，利于学生发挥自身的创新能力。虚拟仿真实验室具有良好的交互性，也可以拓宽学生的视野[6]。

一、传统生物化学实验教学的局限性

（一）实验教学形式单一、内容单调

以“教师分析原理→操作示范→学生实验操作”模式开展的教学，即采用了“教师讲—学生做”的实验教学模式，这种单一的实验教学形式导致学生对实验操作的兴趣严重不足。

（二）实验教学互动不够，效果不理想

传统生物化学实验教学程序的既定形式使师生之间缺乏互动，导致在有限时间内学生对实验操作存在疑问往往不能得到及时解答。互动不足使多数学生仅仅按照实验步骤走一遍流程，缺乏思考和对知识的渗透理解。

实验过程中学生经常会有操作失误或不当之处，教师不可能全程关注到每位学生的实验操作过程，针对实验操作中的问题常会纠正不及时；再有实验中，教师和学生之间沟通和互动不够，各小组的实验结果校对不及时，导致学生忽视所存在的问题，实验教学效果不理想。

（三）课时有限，实验教学内容受限

笔者通过多年的教学实践发现，生物化学验证性实验设置比例较大，而综合性及设计性实验比例过小，这确与生物化学实验的特点有关。且某些实验的周期较长，但实验课时有限，导致实验效率较低，有些实验所用实验仪器价格昂贵，不宜让学生动手操作。这必然导致生化实验教学内容受到限制，对学生的实验操作技能的培养目标无法实现。

二、临床模拟实验室在生物化学实验教学中的应用实践

（一）临床模拟实验室平台构建

目前，依据山东协和学院现有的虚拟仿真实验室，再结合医学检验专业特点，课题组在充分讨论的基础上，选取了“难操作、耗时长、所需仪器贵重”且对于培养学生的实验操作技能重要的项目。首先，对选取的实验项目分析探讨，课题组成员围绕项目设计了学生实验前的导学案、课前学习任务、线上检测、知识拓展及小组讨论等；其次，充分借助于学校现有的仪器设备及临检实验室，建设成“线上与线下”同步的临检模拟实验室。实验仪器设备的配置、实验室空间布局与医院临床检验科基本一致，设立临检室、生化室、细菌室等，同时在管理和质量控制上也将模拟临床全套流程。

（二）生物化学实验教学设计

在医学检验临床模拟实验室平台构建的基础上，充分利用其中的“生物化学检验”实验模块开展实验教学，这样实现了医学生物化学的实验教学与检验专业的课程-生化检验教学直接对接，实验教学的资源被充分利用，也为后续学习生物化学检验做好铺垫。

1．常规生物化学实验教学

基于临床模拟实验室的生物化学实验教学基本流程如下：

实验课前：教师发布导学案和任务单→学生明确任务→尝试进行虚拟操作和考核→分组讨论→教师跟踪反馈。

实验课中：教师点拨→学生操作→教师随机指导反馈。

实验课后：“线上+线下”综合评价→师生讨论、总结→反馈→拓展思路。

2．技术性较强的生物化学实验教学

对于生物化学实验部分的“质粒DNA提取与鉴定、基因克隆表达、聚合酶链式反应（PCR）”等实验存在周期长、实验技术性强和条件不足等问题，须专门工作人员操作，学生不宜进行实验。而虚拟仿真技术克服了这些不足，在临床模拟实验室学生均可以顺利开展这些实验操作，拓展了生物化学的实验课堂，开阔了学生的视野。

虚拟仿真实验采用虚拟现实技术，对试剂配制、实验流程和参数设置等进行可视化演示，模拟整个操作过程，并得出相应的实验模拟结果[7]。参与实验的学生均有机会亲自尝试虚拟实验仪器的操作，且可以进行全过程反复多次的实验模拟操作，借助虚拟仿真实验平台学生可实现全程多次练习PCR技术操作的目的，从而逐渐达到熟练掌握PCR技术操作的方法。

3．生物化学实验教学效果评价

采取以“线上”和“线下”结合的方式评价学生的实验成绩，具体评价内容有课前任务完成评价、实验设计及操作评价、实验成果评价、“线上”互动情况、小组任务等。通过比对过程性成绩和期末成绩（表1所示），实验班成绩均高于对照班，并且差异有统计学意义（P＜0．05）。结果进一步说明基于临床模拟实验室的实验教学，学生在课前即可熟悉实验操作过程和规范，且教师能及时把控学生实验操作情况，实验教学效果较好。

表1 过程性成绩和期末成绩比较

三、临床模拟实验室在生物化学实验教学中的优势

临床模拟实验的环境能给人带来逼真的视觉、听觉感受，通过计算机的简单操控即可实现逼真的实验操作。移动鼠标或敲击键盘操作就可以从不同的角度观察到实验仪器设备的特点，这样的虚拟实验操作对于学生有更强的吸引力，学生借助虚拟实验操作增强了其对真实实验操作的理解。在今天，虚拟仿真技术能将最新的科研资料和技术融入其中，虚拟实验过程中教师的提示和讲解能帮助学生丰富科研知识，增强学生在实验过程中的思考和对专业知识的运用意识，提高实验能力。

（一）优化实验教学模式

临床模拟实验教学平台的构建，使学生实验时间和空间不再受限，学生利用网络平台可根据自身的情况选择相应的生物化学实验进行反复操作训练，增加学生真实实验的感受，提高实验能力。借助虚拟仿真实验，可把生物化学的科研成果转化为实验教学资源，例如质粒DNA提取与鉴定、目的基因克隆表达、聚合酶链式反应（PCR）等实验，拓宽了生物化学实验教学的范围。生物化学实验教学应用临床模拟实验，使实验教学的模式在一定程度更加优化，拓展了生物化学的实验教学的空间和时间。

（二）增强互动

通过模拟实验室教学体系的重新构建，使功能灵活，满足学生实验中的随机答疑要求。选择答疑平台功能模块，学生即可实现与教师或者平台工作人员进行互动，或通过“关键词”搜索获得相关解答，增强了互动。在虚拟仿真实验中，学生可以从多个不同的角度观察实验设备的特点，使实验的效果更加生动形象。

临床模拟实验中学生可根据对实验的设想，确定实验项目→设计实验程序→进行实验探索。虚拟仿真实验教学给学生创造了一个崭新的实验“基地”，在这里学生实验的积极主动性被充分调动起来，借助虚拟仿真实验平台使学生实验的基本技能得到提高，同时又间接地帮助学生提高了创新能力。

（三）提高教学资源的利用率

临床模拟实验室的虚拟仿真实验系统通常面对全体师生开放，并提供较全面的临床及基础医学的学习资源，有助于学生开阔视野，随时随地的方便学生对学习资源的获取。虚拟仿真在生物化学实验教学中的应用，将不受时间和空间的限制，随时利用网络即可登录平台开展实验。保障了重要实验教学的顺利进行，克服了学生分组实验中存在的某些弊端。学生可在临床模拟实验室单独进行实验操作，并能获得参与实际实验操作的感受，使教学资源得以充分利用。

（四）完善实验考核体系

传统生物化学实验往往依据学生实验报告和考勤对学生进行考核，不利于教师对学生实验操作等状况的把握。临床模拟实验教学模式不但能增强师生互动，且还能够保存学生实验的操作实录，教师借助于计算机保存的学生操作实录，全方位把握学生的实验状况，给学生公平合理的考核评价，完善了实验考核体系，更有利于教师有针对性地加强实验和理论的指导。

四、结语

根据医学检验专业及虚拟仿真实验的特点，构建以“导学”为目标，以学生“虚拟+真实”实验为主导的医学检验实验教学模式，并在生物化学实验借助虚拟仿真技术，生动、逼真地模拟实验操作过程，增强实验的趣味性，激发学生动手操作的欲望，使教师随时把握学生的实验动态，更有针对性地给他们加强辅导。

教学实践表明，在医学检验专业开展的虚拟仿真实验教学，丰富了生物化学实验教学的内容，拓展了实验教学的模式，同时有助于引领学生运用生物化学知识解决实际的问题，有效提高了实验教学的质量。虚拟仿真实验教学能更好地提高学生的实操技能，并一定程度上弥补真实实验所需条件的不足，为学生的后续学习和工作打下坚实的基础。