虚拟仿真项目助力实验教学的实践与探索

黄 晨， 胡优敏， 刘 燕， 倪雯雯， 冯雪梅， 王艳霞

（上海交通大学医学院基础医学实验教学中心，上海 200025）

0 引言

2022年3月初上海突发新冠疫情，根据上海市教育系统新冠肺炎疫情防控领导小组办公室统一部署，3月中旬，上海交通大学医学院正式转入准封闭管理状态后，全面启动本科生、研究生线上教学。医学功能学实验是一门以功能系统为单位，贯穿多学科的整合式医学实践课程［1］，本学期覆盖了2019 级临床八年制、19 级渥太华、20 级预防以及20 级护理、营养和检验等18 个班级，时间紧迫，任务繁重。为保证教学正常顺利进行，本校功能学实验课立即转为线上教学。根据线上教学的要求，结合功能学实验课程的教学目标进行紧急备课，针对原先制定的课程安排科学融合合适的虚拟仿真项目，助力完成线上实验教学。

1 线上实验教学的实施

1.1 课前准备

（1）优选线上资源。医学魔课曾在2020年与我校合作完成线上实验教学工作，具备及时解决医学实验教学课程中出现的各类问题的丰富经验［2-4］。平台中包含机能学实验81 项，其中有10 项为我功能学平台与梦之路公司自主合作开发完成，与本学期对应班级课程安排高度吻合［5-6］。实验空间（http：∥www.ilab-x.com／）是国家虚拟仿真实验教学项目共享平台，具有非常丰富的实验教学资源［7-9］。两大平台所包含的虚拟仿真项目为我校功能学线上开展实验教学提供了很好的保障。

本教学团队教师根据功能学实验的教学大纲的要求，优先使用本团队自己开发的虚拟仿真项目，同时迅速搜寻线下课程所对应的其他高校开发的相关虚拟仿真实验项目，并提前体验和总结这些项目的使用效果，反复对比，选择最合适的实验项目以供学生学习，如表1 所示。

表1 功能学实验线上课程汇总及安排

（2）虚拟实验项目与线下实验融合。带课教师提前将虚拟实验课程按照“器官系统”编排，分别置于与之相对应的器官系统实验教学中，并结合虚拟实验项目内容编写教案和PPT，整合形成较为完整的线上教学内容，以供学生更为全面地进行学习、消化和吸收。上课前将学习内容和要求、学习视频、课件发布在超星学习通平台以供学生预习。

1.2 课上实施

在实验课上，教师可选择在超星或班级微信群发布当日课程要求，学生在规定学时时间内完成相应虚拟实验项目，如操作虚拟实验过程中遇到问题，可随时在微信群中与老师或其他同学进行实时交流；如遇到相关技术问题，也可直接联系医学魔课技术人员，尽快解决，保障整个实验过程的顺利进行。在课程即将结束前，教师应即时总结本节课本班级学生的重难知识点形成思考题，引导学生在课后结合虚拟实验并查阅复习理论知识，做出回答，并利用超星平台发布作业，思考题回答部分均需体现在实验报告中。

1.3 课后报告

每位学生在实验结束后，需结合教师编写的PPT、功能学实验教材和虚拟实验项目等学习资源整理形成一份完整的实验报告，包括实验名称、目的、原理、步骤、观察项目、实验结果及结果分析、思考题等内容。教师在批改时关注学生在“实验原理和步骤以及观察项目”部分思路是否清晰明朗，着重关注学生在“实验结果及结果分析”部分是否能结合虚拟实验项目内容和查阅参考文献进行合理推测和分析，以及学生在“思考题”部分是否能走出实验误区或理论误区，并针对每一份学生实验报告给出相应的点评和综合评分。

2 实验设计与考核

2.1 实验设计

拓展性设计实验是指由教师指定的实验平台条件下，学生以小组为单位在课下完成从实验设计、实验操作到结果分析与论文撰写的全过程［10］。本学期课程中包含有两次设计实验，分别为休克拓展实验设计和自主实验设计，两次设计实验的设计过程与虚拟实验项目密不可分，如表1 中序号2 和5 中所示。

（1）休克拓展实验设计。该设计原先要求学生的实验操作过程应在一次实验课内（6 个学时）完成，学生可自主设计失血性休克实验方案，包括失血程度、抢救措施和实验观察指标的设立等。设计方案经指导教师修改和同意后，在实验课内完成实验操作和结果分析等过程，并用多媒体汇报与讨论实验结果。因为疫情影响，学生不能在课堂操作实验，故本此课堂实操改为实验空间（http：∥www. ilab-x. com／）中宁夏医科大学设计开发的一流课程“失血性休克及其抢救虚拟仿真实验”，并辅以医学魔课（https：∥moec. yxsypt.com／）中南华大学设计的优质课程“临床案例导向的家兔烧伤后DIC 虚拟仿真实验”，学生可通过对这两个虚拟实验的学习和探索，并参考中英文文献中实验结果形成预实验结果和结果分析，进而自行设计不同类型失血性休克的病理模型，完成失血性休克的造病、治疗和死亡的全过程，观察休克和抗休克时动物的血流动力学变化特点和机体的功能、代谢变化，分析和掌握休克发生与抗休克治疗的主要机制以及对机体的影响。随后每组形成一份完整的实验设计报告和PPT，用5 个学时汇报讨论。

（2）自主实验设计。自主实验设计是以“缺氧、低氧”这个宽命题引出相关科学问题和假说，借助功能学、分子生物学、病原微生物、形态、免疫组化等多领域的技术手段对所建立的假说进行全面考虑并作出的周密安排、详细计划，设计中应体现“正常生理—病理生理变化—药物干预”的临床思维。我校本科一流课程“基于ESP 智能模拟病人的缺氧病理生理学实验”包含基础实验、虚拟仿真实训和探究拓展三方面模块，学生通过多模块递升式学习，不仅能获得清晰的思维路径、扎实的知识记忆和规范的技能操作，还可实现从“实验台到病床（bench to bed）”的逻辑思维转变，对自主实验设计的顺利完成具有非常积极的效果。

2.2 考核评价

本次疫情突发，原定于线下的操作考试无法开展，经医学院教务处和功能学团队会议商讨决定调整考核方式，取消操作考试，更改综合评价占比分数，主要包括以下内容：

（1）虚拟仿真实验项目。根据学生掌握虚拟实验的操作情况，系统后台自动记录学生每一次实验的成绩，占比40%；

（2）休克拓展实验设计和自主实验设计。根据实验设计内容和答辩表现分别占比15%，共占比30%；

（3）实验报告。在虚拟仿真实验内容完成后，学生需在超星平台提交电子版实验报告，主要包括实验目的、原理、步骤、观察项目、结果和其分析以及思考题等，共占比30%。

2.3 项目实施后的评价

本学期线上教学工作已圆满完成。课程结束后，团队老师通过问卷调查进行评估，课程反馈良好。参与问卷学生人数为131 人，80.15%学生认为通过“功能学实验课程”线上网课学习后，在自主学习能力加强方面收获大；79.39%学生认为非常好地加深和巩固了相关理论知识；分析问题与解决问题的能力、小组凝聚力和协作力以及“爱护动物，珍惜生命”的意识等方面也得到了较好地增强，具体反馈如表2 所示。70%以上学生表示，线上教学在无空间时间限制、可以重复学习等方面占据了绝对的优势。

表2 课程评价表

但值得关注的是，高达92%的学生表示线上与线下教学有差别，55%学生更是表示差别很大，重点体现在缺乏动手实操、实验现象无法直接观察、无法与老师面对面交流等，直接或间接影响着其学习兴趣和效率。

3 结语

2020年及2022年新冠疫情促使全国高校开展线上教学，经过近2年的线上教学模式改革，逐步完善。线上教学的优势很明显，不受限于时间空间、可重复多次学习，灵活度高，可培养学生的自主学习能力和独立分析问题解决问题的能力［11-13］。但线上实验教学的局限性也需要关注，在线学习无法真正代替学生与老师之间面对面互动交流，虚拟仿真实验也无法真正代替动手实操［14］。国外疫情形势依然严峻，仍有留学生不能进校上课，继续在线学习。本校于2014年入选国家级虚拟仿真实验教学中心单位，拥有领先全国其他医学院校的虚拟仿真实验教师团队以及经验［15］。在后疫情时代，实验教学示范中心如何在充分发挥虚拟仿真实验教学项目功能的同时，回归实验教学的本质，线上虚拟仿真与线下实操并重［16］以及如何继续推进和优化在线教学模式，提高线上学生的学习质量和效果以及如何发挥在线教学优势并融合到线下课堂教学中，都是未来应思考的重要改革方向。

致谢：感谢2019 级临床八年制专业所有同学的参与！