构建虚拟实验与实体教学混合式实验教学模式的探讨

徐晓玲，田科伟，孙家唯

（浙江树人学院树兰国际医学院 浙江 杭州 310015）

药理学是一门研究药物与机体（病原体）的相互作用关系及作用规律的学科，包括药物代谢动力学和药物效应动力学。药理学既是基础医学与临床医学间的桥梁，也是医学与药学间的桥梁，在药品的质量研究、研发中占有举足轻重的地位。而药理实验操作则是药理学教学中一个不可分割的有机组成部分，学生根据实验目的和需求，掌握各种实验技术，获取实验数据，阐明药物的作用关系及规律。药理实验是基础理论向实践技能训练过渡的重要环节，重在培养实验的设计逻辑、实践操作、分析问题及解决问题等能力。

传统的实验课程常常设置于固定的实验场地，学生于固定的时间进入操作空间，进行既定的实验操作训练，以达到理解实验原理和培养实验技能的目的。该模式虽然可通过“看、听、触”多感官碰撞，使学生理解实验的目的、原理和结果，但其也存在一定的问题：①可实验的资源有限。一些镇静催眠药（如戊巴比妥钠、地西泮）属于违禁药品，无法购买；一些试剂（如二氯甲烷等挥发性试剂、阿霉素等抗肿瘤药物）毒性较大，操作时危险系数增加；一些实验器材或耗材（如高效液相色谱-质谱联用仪）昂贵，易损坏，增加实验成本；一些实验对象来源珍贵。②实验可重复的次数有限。传统实验常常依赖于固有的场地和固有的实验资源，学生无法随时随地获取该资源进行实验。即使可以实验，常常也是单次操作，无法多次循环操作，降低了学生的实验能力，也减弱了其对实验原理的理解深度。③实验资源的大量消耗。在不同层次或不同班级中进行同样的实验，需要准备足够分量的实验试剂、实验对象，消耗了大量资源，不满足3R原则，即减量化（reducing）、再利用（reusing）和再循环（recycling）。因此，传统实验课程的上课模式亟待更新。

而疫情的暴发，进一步加剧了实验课程教学模式改革的迫切性。大量学校改用线上教学，但是与其他仅需传授教学内容的课程不同，药理学实验课是一个需要通过设计，然后不断反复实践才能提高操作技能和理解深度的应用型课程。如何维持停课不停学的状态，考验着实验课程的改革进程和深度。

虚拟仿真技术的诞生，重塑了实验教学的环境和模式，为疫情背景下仍能保持实验授课奠定了基础。它是以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界。它通过综合运用虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库及网络通信等技术，基于可视化和可动态调整的实验操作和实验场景，构建一个开放、自主、交互的虚拟环境，用于开展高效、安全、经济的实验，进而改变实验场地、实验仪器、实验试剂、实验对象的可及性，突破各种现实客观因素带来的限制。

虚拟仿真技术与药理学传统实验课程的结合，可望为药理研究人才培养开辟新的道路。浙江树人大学是一所以“崇德重智，树人为本”为校训，重在培养高级应用型人才的学校。自2021 年学校引进虚拟仿真实验教学软件以来，树兰国际医学院将虚拟实验与实体教学相结合，构建了一套具有我校特色的强化学生实践和创新能力的多维实践教学体系。本文通过介绍虚拟实验与实体教学混合式实验教学模式在药理学实验课程中的构建和评价，以期为线上线下实验教学提供新思路、新方法。

1 注重个性化培养，精选实验项目

不同层次的学生对学习内容的掌握和运用能力不同，且药理学实验课程常涉及小鼠实验，部分学生对处理小鼠具有较强的恐惧心理。因此，注重个性化培养，体现学生未来的岗位需求继而因材施教，在实验课程教学中显得尤为重要。基于此，树兰国际医学院药理课程的教师，针对不同层次学生的现状和需求，设置了不同的实验内容（表1）。具体如下：

表1 不同专业的药理学实验设置

护理专业：在药品选择方面，考虑到护理具有一些特色的护理用药，因此授课时多以护理用药为主（如硝苯地平、卡托普利等）；在实验内容方面，考虑到护理专业分为本科和专科，两者在实际工作中的操作要点类似，但对于药理的学习内容深度不同，因此实验设置略有差异，专科学生更注重操作过程，而本科学生则需在操作完成后，增加对实验现象的讨论，并将讨论结果以PPT的形式进行现场展示。

医学检验专业：医学检验专业在未来的工作岗位上，对于实验的操作技能要求较高。因此在实验操作方面，选择难度更大一点，需要操作更加细致谨慎的实验，如热板法考察镇痛作用，观察给药后一定的时间点下，小鼠置于热板后舔后足或抬后足的时间。此外，增加每组小鼠的数量，以体现小鼠的个体差异和强化学生的操作技能。

临床专业：临床专业在未来的岗位上，对于机械性注射等技能的要求会降低，更多的是与患者的沟通，观察患者的一些外在表现，以通过看气色、听声音、问病情等来为患者诊断病情，并发散思维，寻找病因，精准治疗。该诊断和对症治疗过程，考验医生全方位的综合素质。因此，对于临床专业的实验课设置，主要是以系统教学法为主线，集生理、药理、病理和组胚实验于一体，全方面进行锻炼。

2 稀缺资源的线上教学及线下训练

未来是资源匮乏的时代，尤其是各类实验资源，包括实验场地、实验仪器、实验试剂、实验对象等常常不可及。而经典实验常常具有经典实验的魅力，不能简单地舍去。因此，对于不能通过实体教学实现的经典实验，本学院主要通过虚拟实验来弥补。学生可以在手机、电脑安装虚拟仿真软件，首先在实体教学中跟随教师的节奏熟悉软件，而后通过自己的操作熟练过程。在此过程中，若实验操作失败，学生可根据需要重新开启实验或线下再次开启实验，并多次循环训练，深刻领悟实验原理。若实验过程中有任何疑难问题无法解决，可随时截取屏幕，还原实验现场，为后续自己或求助教师时分析问题和解决问题提供可视化依据。

以本学院医学检验专业的药理学实验课程为例，由于肾上腺素和拟肾上腺素类药物难以购买，但它们属于经典的肾上腺素受体激动剂/阻断剂，掌握它们的药理作用及临床应用非常关键。在虚拟仿真技术的帮助下，学生可以通过给家兔静脉注射肾上腺素/去甲肾上腺素/异丙肾上腺素/酚妥拉明/乙酰胆碱，观察家兔的收缩压、舒张压、脉压和心率的变化；也可先注射规定剂量的酚妥拉明，再按规定剂量分别给家兔注射肾上腺素/去甲肾上腺素/异丙肾上腺素，观察其收缩压、舒张压、脉压和心率的变化，从而加深对肾上腺素受体激动药和阻断药的理解。

3 线下与线上混合式教学

实体教学常需进行一些额外的实验操作步骤科普和实验内容拓展，此时，教师的单次操作演示或简单的PPT展示并不能满足每位同学学习的需求。因此，在实体教学过程中，本课程还会结合实验需求，由教师首先演示操作，随后学生自主打开虚拟仿真软件，多次重复观看视频，以使操作要领熟稔于心。比如，第一次实验开始前，由教师演示抓取小鼠和腹腔注射的方法，学生通过虚拟仿真软件反复观看，熟悉操作步骤的核心，随后在实践中检验技能。

4 学生实验课考核的多样化评价方法

传统的实验课程考核主要以实验报告的评分为主，较为单一，无法体现学生之间的差异。本课程主要从考勤、平时测验、虚拟仿真技术随机测验、虚拟实验操作评分、虚拟实验评分、实体实验操作评分和实体实验报告评分七个维度出发，进行多方面的综合性评价，丰富实验考核机制，体现学生对实验操作技能掌握的差异和对基础原理理解的差异。

5 教师实验课改革的效果评价

实验课程采用学习委员评价课堂效果、课代表收集学生反馈意见、教师自评课堂效果、教研室互相研讨课堂教学及学校学院抽查课堂效果等对教学改革的效果进行多层次评价。

6 讨论

药理作为医学与药学连接的桥梁，对于药品的质量研究、新药的创制具有重要的作用。浙江树人大学注重培养医学应用型人才，不仅强调原理的理解掌握，也看重动手实践的技能。传统的实验教学，由于实验资源的不足甚至匮乏，不能满足人才培养的基本目标，更不能适应疫情下的停课不停学现状。而虚拟仿真技术正好通过构建虚拟实验，打造可移动式实训中心，弥补了传统实验教学的不足，两者可相辅相成，共同促进学生的成长。实验操作者通过线下教学的“看、听、触、闻”多感官体验，激发实验的兴趣，加深对实验的理解；结合虚拟的线上实验，随时随地获取各类实验资源，无时空限制地多次循环进行实验操作和获取数据，为掌握、运用和革新药理知识体系夯实基础，为精准差异化培养药理研究人才创新模式，为药理学实验改革提供方向，最终为我国药品质量评价和新药研发提供新思路、新方法。

经过近2 年的实践，该混合式实验教学模式大大增强了学生的内驱力，调动了学生的学习热情，提高了学生发现问题、分析问题及解决问题的能力，并在不断实践中实现自主创新，使学生的知识内化模式从原有的填鸭式学习向自主学习转变，能力培养形式从知识型向应用型转变，值得推广应用。培养应用型药学人才是一个长期的、艰难的、需要不断探索的过程，需要不断实践，在实践中创造，在实践中总结，在实践中提升。