“三位一体”教学体系在机能实验学中的构建研究

高洪波 常燕琴 齐瑞芳 张东 王立军 于海东

摘 要：机能实验学是基础医学的重要构成部分，是锻炼学生动手操作能力和动脑思考能力的重要课程。但传统的动物实验和虚拟实验相结合的教学模式，既不能充分发挥学生的自主性和培养创新意识，也不符合早临床、早科研的医学教育要求。所以，我校采用动物机能实验、人体机能实验和虚拟仿真实验“三位一体”的全新实验教学体系，构建此体系既可解决动物福利问题，又能激发学生学习兴趣、增加主动体验感，建立基础与临床的早期联系。

关键词：三位一体；机能实验学；教学改革

Research on the Construction of the “Three-in-One” Teaching Systemin Functional Experimentation

Gao Hongbo1 Chang Yanqin1 Qi Ruifang1 Zhang Dong1 Wang Lijun1 Yu Haidong2

（1.School of Basic Medical Sciences and Forensic Medicine，Baotou Medical College，Baotou，Inner Mongolia 014040;

（2.The Second Affiliated Hospital of Baotou Medical College，Baotou，Inner Mongolia 014031）

Abstract：Functional experimentation is an essential component of basic medical education，serving as a crucial course to hone students hands-on operational skills and cognitive thinking abilities.However，the traditional teaching model combining animal experiments and virtual simulations neither fully leverages students autonomy and fosters innovative thinking nor meets the medical education requirements for early clinical exposure and research.Hence，our college has adopted a novel experimental teaching system integrating animal functional experiments，human functional experiments，and virtual simulation experiments.The construction of this “three-in-one” system not only addresses animal welfare concerns but also ignites students interest in learning，enhances their hands-on experience，and establishes an early connection between basic and clinical studies.

Key words：Three-in-one;Functional experimentation;Educational reform

实验教学是高等教育教学的重要组成部分，在培养具有创新精神和实践能力的高素质人才中发挥着重要作用，它不仅是与理论教学相互协调的桥梁课程，更是培养学生创造性能力的重要过程。［1］机能实验学是一门研究生物正常机能、疾病发生发展机制和药物与机体相互作用规律的实验性学科，也是基础与临床的桥梁课程，它更强调学科之间的交叉融合，重视新技术的应用，在对学生进行系统、规范的实验技能训练的同时，更加注重与临床的紧密联系。

包头医学院机能实验室成立于20世纪90年代末，自成立以来不断进行实验教学改革，提高实验教学质量，加强学生发现问题、分析问题和独立解决问题能力的培养。随着实验教学仪器的不断更新，机能实验教学方法有了很大的改变，从单一的验证性实验逐渐向综合性和设计性以及创新性实验发展。但传统的动物实验与虚拟实验相结合的模式不能充分发挥学生的自动性、增加参与体验感和培养学生的创新意识。不符合现代医学教育的理念，基础医学的实验教学模式要既能结合临床、贴近科研，又能充分发挥学生在实验教学中的自主性。［2］为了能够在减少动物实验的大背景下还要提高教学质量，必然需要创新教学实验方法和手段，无创型人体机能实验将成为机能学实验的新趋势。基于以上原因，我校将动物机能学实验、人体机能学实验和虚拟仿真实验整合成“三位一体”的机能实验学新体系。

一、动物机能学实验建设

（一）建立动物机能学实验室

购置泰盟公司的BL-420N机能实验信号采集系统，建立六间动物机能实验室，每间实验室配置八套BL-420N机能实验信号采集系统。每间实验室均能开展机能实验学的常见实验项目，可以满足目前教学需要。BL-420N信号采集与处理系统相比于上一代信号采集与处理系统，引入了新的软件平台，可以在这个平台上扩展出信息化、网络化等大量新的功能；同时也扩展了硬件平台的功能，硬件系统可以方便识别连入前端的传感器类型，而且可以根据前端连接设备的不同扩展采样通道数。

（二）动物机能学实验

动物机能学实验是机能实验学的大本营，其主体地位不能动摇。动物实验可以制作不同的动物模型，探讨疾病发生发展的规律以及药物治疗效果的观察和机制探讨。经典动物实验可以锻炼学生动手操作能力，提高学生处理突发实验状况的能力、培养学生的团队精神及合作能力。

二、人体机能实验学建设

人体机能实验的引入可以促进医学教育中临床与基础教育的早期结合，既能让学生通过相互的自身实验真正了解基础实验的意义和亲身体验临床诊断的感受，又能解决动物福利问题和符合动物3R原则。所以改变传统的机能实验内容，增加多器官系统的人体实验，已成为国内各院校机能实验教学改革的发展趋势。

（一）建立人体机能学实验室

人体机能实验室建设的总体目标为：以计算机生物信号记录为基础，以软件和硬件相结合的方式，构建人体实验教学的环境。包头医学院购置泰盟公司的HPS-102人体生理实验系统，共八套实验设备，建立两间人体机能实验室，每间实验室四套。建立较完善的人体机能实验室必须包含如下的硬件设施和与之配套的实验教学软件。在此实验室内，可按照人体器官系统完成如下实验：心血管系统；呼吸系统；神经肌肉系统；泌尿系统；血液系统等实验。

（二）人体机能学实验

人体机能学使学生变成实验对象，直接观察人体机能的生理指标变化，避免动物实验的种属差异，大大提高了学生的探索欲望和兴趣。充分发挥了学生积极性和主动性，通过对记录数据的分析和实验报告的书写，强化人体指标变化与医学机理的基础知识，为后续临床课程的学习奠定良好基础。既能培养学生直接针对临床人体生理实验的基本实验技能，又能探究其检测的具体机制，提高学生运用基础知识分析和解决实际问题能力。［3］人体机能学是医学机能实验学的重要部分，是动物实验教学的有益补充，二者结合应用于实验教学，既能提高学生的动手操作能力，又能促进基础与临床早期结合。［4］

三、机能虚拟仿真实验学建设

虚拟仿真实验室建设，既补充了动物机能学不能观察到的一些病理生理变化现象，也拓展了部分在动物和人体不能实现操作的实验项目。包括VMC-100 医学机能虚拟实验室和VSP-100虚拟标准化病人两部分。

（一）VMC-100 医学机能虚拟实验室简介

虚拟仿真实验教学中心拥有多种管理功能，如课件上传与学习、信息发布与统计、上传题库、组卷考试、在线答疑、论坛交流、资源分类管理。［5］VMC-100 医学机能虚拟实验室拥有168个虚拟仿真实验项目，包含心血管系统、呼吸系统、神经与骨骼肌系统、消化系统、泌尿系统实验等实验项目。每个实验项目包含实验简介、实验原理介绍、实验操作录像、动画模拟仿真动物的实验操作步骤、数字模拟波形变化的实验结果以及仿真动画模拟考试等丰富内容。

（二）VSP-100虚拟标准化病人简介

VSP-100虚拟标准化病人通过模拟真实病人的生理机制、病理改变、药理作用、手术方式等多方面影响因素，展现一种人体疾病的发生、发展、治疗的全过程，并通过生理模拟驱动的模拟运算，给予相对应的治疗结果。VSP-100虚拟标准化病人抛弃了以往医学虚拟软件无参数线性使用模式，采用开放性、系统参数可调的参数模式，更加准确和贴近临床案例，达到更好的教学效果，实现对学生进行综合训练的目的。

四、“三位一体”新体系的建设

将动物机能学实验、人体机能学实验和虚拟仿真实验整合成“三位一体”的机能实验学新体系，既可以减少动物实验解决动物福利问题，又可以激发学生的学习兴趣和积极性 、增加主动体验感，从而培养学生基本实验技能和创新能力，实现基础与临床的早结合。

（一）整合背景

通过神经和体液调节，人或哺乳动物的血压是相对的稳定性。血压的稳定性是动态的，是在不断连续的变化而不是静止不变的。血压测量的方法包括直接测压法和间接测压法。直接测压法是一种有创操作，如动物机能学的动脉插管测量血压。间接测量法即袖带加压法，是一种无创操作，如人体机能学血压测量及影响因素。我们将以前的影响人体血压测量准确性的因素分析和神经体液因素对家兔心血管活动的调节两个实验进行整合，整合成不同动脉血压的测量方法及影响因素，此实验项目既包含人体机能学血压测量实验、动物机能学心血管活动调节实验又包含失血性休克虚拟仿真实验，即“三位一体”新体系。

（二）课程实施

不同动脉血压的测量方法及影响因素实验是一项综合性实验，共8个学时，其中包含4个学时动物机能学实验，1个学时虚拟仿真实验和3个学时人体机能学实验。

1.课前准备

通过利用实验教材和VMC-100 医学机能虚拟实验室的实验视频预习动脉血压的测量及影响因素相关实验内容和理论知识，熟悉整个实验过程，为实验课的顺利实施打下良好的基础。

2.课中实践

人体机能学、动物机能学和虚拟仿真实验三部分结合。

先进行人体机能学实验部分，利用HPS-102人体生理实验系统进行血压测量及影响因素分析实验，通过此项实验，让学生掌握人体血压测量的规范方法、正常值及影响血压测量准确性的因素。培养学生一定的基础医学知识和技能，为今后的医学事业奠定必备的基础。人体机能实验为学生提供了一个进行自主学习、充分发挥创造力的实验环境，既节省了实验教学经费，又提高了学生学习兴趣和实验教学效率，有利于医学院校学生临床应用能力以及创新能力的培养。［6］

再进行动物机能学部分，利用BL-420N机能实验信号采集系统进行家兔心血管活动调节实验，通过此项实验，让学生熟练应用各种手术器械及掌握家兔颈部手术操作，尤其是家兔颈总动脉插管直接测量血压的方法，观察神经、体液因素对心血管活动的调节并分析其机制。培养学生敢于动手、细心踏实、善于观察和归纳，实事求是，理论联系实际，团结协作的精神和能力。人体与动物机能实验的有机结合，既能减少实验动物的使用数量，又能让学生掌握人体功能变化的特点，为后续的临床学习奠定坚实基础。［7］

最后利用 VSP-100 虚拟标准化病人教学系统，教师在讲解时引入失血性休克病例，让学生观察失血性休克的症状、发生发展规律及治疗原则。通过讲解让学生对虚拟病例进行具体分析，并制定出可行的治疗方案。

3.课后总结

课后复习总结，完成实验报告。并利用虚拟实验平台对其所做实验内容进一步深化和扩展，从而提高实验课的教学质量和效果。

（三）实施效果

通过整合，三者有机结合，学生可以清楚地认识到血压测量方法有直接测量（有创）和间接测量（无创）两种方法，实现了人体实验与动物实验的结合，实际操作与虚拟仿真的结合，基础与临床的结合，互相取长补短，既锻炼了动手操作能力，又贴近临床实际，为临床工作打下坚实的基础，实现了早临床多临床的教学目标。构建该体系可以让学生对人体机能活动的机理有更深入的理解，掌握其调节的规律，从而提高学生应用基础医学知识分析和解决具体临床问题的能力。

五、结束语

本课程按照早临床、早科研的医学教育要求构建课程新体系，以多种资源建设为支撑，逐步建成动物机能学实验、人体机能学实验和虚拟仿真实验相结合的“三位一体”的机能实验学新体系。“三位一体”新体系不仅能为机能实验课程更好适应新时代的发展提供一个很好的平台，更能为提高机能实验学教育教学质量提供保障。从课程实施中明显看出，学生的探索兴趣表现强烈，积极性、主动性得到明显提升，我们会继续开发设计新实验项目，充实完善机能学实验体系。

参考文献：

［1］张婕，徐武.设计性实验教学与实例分析［J］.实验技术与管理，2007，24（11）：128-130.

［2］陈艾东，王觉进，高兴亚.“三位一体”机能实验教学新体系建设初探［J］.生理学报，2020，72（06）：724-729.

［3］郝刚，童学红，崔茜，等.人体机能实验室的构建与探索［J］.实验技术与管理，2008，25（11）：166-168.

［4］张春晓，朴莲花.机能实验课程中人体尿生成调节实验的实践［J］.基础医学教育，2020，22（1）：56-58.

［5］董晓青.VMC-100医学虚拟仿真实验中心在机能实验教学中的应用探讨［J］.四川生理科学杂志，2018，40（2）：159-160.

［6］童学红，梁雪，韩艳芳，等.人体机能实验教学探讨［J］.卫生职业教育，2018，36（13）：109-110.

［7］李利生，童学红，董晓敏，等.人体与动物实验相结合的机能实验课程新型模式构建［J］.基础医学教育，2021，23 （2）：109-111.

（责任编辑 陈润梅）