虚拟仿真实验在病原生物学实验教学中的探索与实践

摘要：目的：探讨虚拟仿真实验在病原生物学实验教学中的应用需求及教学效果。方法：以临床医学专业2021级两个本科生班为对象，对照班采用传统实验教学方式进行教学，实验班采用传统实验教学和虚拟仿真实验教学相结合的方式进行教学，通过对两班学生进行问卷调查和实验考核，了解学生对虚拟仿真实验教学的需求及教学效果。结果：实验班实验操作考试成绩高于对照班（Plt;0.05），对虚拟仿真实验教学方式比较认可。结论：虚拟仿真实验能够为病原生物学实验教学提供丰富的教学资源，可在保留传统实验教学方式基础上开展虚拟仿真实验教学，以提高教学质量。

关键词：虚拟仿真;病原生物学;实验教学;教学效果

随着教育信息技术化的快速推进，虚拟仿真实验项目因具有高效率、低成本、全功能和易实现等优势，在众多高校教学工作中得到越来越广泛的关注和应用，并取得显著的教学效果［1］。

病原生物学课程具有很强的实践性，实验教学在学生科学思维和实践动手能力的培养过程中发挥着重要的作用［2］。但是，由于受到生物安全、教学场地以及仪器设备等条件限制，一些涉及高致病性病原生物和需要特殊仪器设备的实验项目无法在教学过程中开展［3］。虚拟仿真实验能够有效解决生物安全和实验资源受限等问题，学生可通过线上实验平台进行反复虚拟操作，不仅能够强化实验技能，还能够培养学生的综合实践创新能力。本研究在传统实验教学方式的基础上开展虚拟仿真实验，探索虚拟仿真实验在病原生物学实验教学中的可行性，为虚拟仿真实验项目在相关课程实验教学中的应用提供参考依据。

1课程介绍

“病原生物学”是为本校临床医学专业本科生开设的学科基础课，由“医学微生物学”和“人体寄生虫学”2门课程组成，主要讲授与医学有关的病原生物的生物学性状、致病性、免疫性、生物学检查方法以及特异性预防和治疗等内容。实验课共26学时，每周1次课，每次4学时。实验项目包括实验室与生物安全、病原生物的形态观察、细菌分布与分离培养、细菌染色标本检查、外界因素对细菌影响、病原性细菌综合实验以及病毒分离培养与检测7个模块。

2研究对象与方法

2.1对象

以本校医学部临床医学专业2021级本科生为研究对象。实验班45人，对照班41人。两班学生的授课教师、教材和教学学时均相同。

2.2教学方法

2.2.1对照班

采用传统实验教学方式。教师首先根据教学目标对实验原理、实验内容等进行讲解，其次对重点操作步骤进行示教，同时提供实验操作视频供学生观摩，再分组进行实验。实验过程中，教师巡回指导。实验结束后教师进行总结和点评。

2.2.2实验班

从本校基础医学虚拟仿真实验教学中心、智慧树课程平台、国家虚拟仿真实验教学课程共享平台上精选和实验内容匹配度较高的虚拟仿真实验项目，要求学生课前预习并至少进行1次虚拟操作。课上，教师结合虚拟仿真实验项目对课上内容进行讲解和示范，学生再分组进行操作，之后教师进行总结和点评。

2.3效果评价

2.3.1实验操作考试成绩分析

实验操作测评考查学生对实验操作要点的掌握情况，分别选取显微镜使用、病原体形态观察、革兰染色、病原菌分离培养、细菌生化反应鉴定、药敏实验6类操作项目，根据考核方案对学生实验操作的正确性和规范性进行打分。

2.3.2调查问卷分析

在第1次实验课开始前，针对传统实验教学方法的特点及对虚拟仿真实验教学方式需求，对两班学生进行问卷调查。在实验课结束后针对虚拟仿真实验教学效果，对实验班学生进行问卷调查。通过我校“学习通”线上课程平台在线发放和收集问卷。

2.4统计学分析

采用Excel处理数据，对实验成绩用SPSS17.0软件进行统计分析，组间成绩采用t检验，Plt;0.05具有统计学差异。

3结果

3.1实验成绩结果

实验班操作考试的实验组成绩为（90.3±2.3）分，对照班成绩为（81.1±5.2）分，两组学生成绩具有统计学差异（Plt;0.05）。实验考试成绩分析结果见表1。

3.2调查问卷结果

（1） 学生对以往传统实验教学方式的认知及对虚拟仿真教学方式需求分析

第1次病原生物学实验课上课之前，将调查问卷发放给对照班和实验班学生，共发放问卷86份，回收有效问卷86份，其中男生42人，占48.8%，女生44人，占51.2%。从表2的结果可以看出，传统教学方法得到了调查对象的充分认可，尤其是有90.7%的学生通过教师的示教，能完全理解操作要点，但受教学场地、教学时长等限制，仍有23.3%的同学认为缺乏足够的实践操作机会。虚拟仿真实验通过创设虚拟实验室场景，可弥补传统教学的不足，调查结果显示有90.7%的同学有开设虚拟仿真实验的需求。学生对传统实验教学方法评价及对虚拟仿真实验教学需求的调查结果见表2。

（2） 实验班学生对虚拟仿真实验教学效果的认知调查结果

实验班学生对虚拟仿真实验教学认可度高，有93.3%的学生认为有必要开设虚拟仿真实验，有91.1%的学生认为虚拟仿真实验提高了学习积极性，有82.2%的学生认为加深了对实验原理的理解;有95.6%的学生认为虚拟仿真实验有助于实验操作要点的掌握。但有22.2%的学生认为在传统实验教学过程中增加虚拟仿真实验教学环节加重了学习负担，主要原因有2个方面：（1）部分学生首次使用虚拟仿真实验平台，对仿真系统的使用不够熟练;（2）当前选择的虚拟仿真项目需要进一步精选优化。调查结果见表3。

4讨论

病原生物学实验课是对理论课的有效延续和补充，如何在实验教学过程中激发学生学习兴趣，提高学生实践动手能力，进而培养学生综合利用知识去分析和解决问题的能力尤为重要［45］。但是，由于病原生物学实验教学的特殊性，如受到生物安全和仪器设备条件的限制，一些涉及高致病性和传染性的病原体的实验项目无法在教学实验室开展，这就导致传统的病原生物学实验教学缺乏内容的“广度”和“深度”，从而影响了教学效果的提升。而虚拟仿真实验能够创设仿真的实验场景，学生可通过网络反复进行虚拟操作，大大强化实验技能，从而能够提高学生综合实践创新能力［6］。

对传统实验教学效果的调查结果表明，虽然有大部分同学认为可以在传统实验教学方式下明确教学目标和领会操作要点，但仍旧有23%的同学认为缺乏足够的实验操作机会，原因是教学受到实验材料和课堂学时的限制，不能保证学生进行多次练习掌握操作技能。同时，有16.3%的学生表示不能完全将所学实验操作和技能进行整合理解和应用，这与传统实验教学中实验项目相对独立，实验课时安排零散或间隔过长，并且缺乏综合性实验项目的开展有关。而这些结果表明，在传统实验教学基础上，有必要开展虚拟仿真实验教学。调查结果也显示，两个班级有90%以上的学生表示需要开设虚拟仿真实验。本研究将虚拟仿真实验和传统实验教学方式相结合，提高了教学效果，使用虚拟仿真教学平台的实验组操作成绩高于使用传统教学方式的对照组。

在病原生物学实验教学中，虚拟仿真教学方式可作为传统教学方式的有益补充，这种“虚实互补”的教学方式不仅能拓展实验教学内容，强化学生的安全意识，加深学生对理论知识的理解，而且还有利于培养学生的临床思维能力和实践创新能力。

参考文献：

［1］胡嘉淼，叶倩文，赖丹宁，等.虚拟仿真实验教学系统联合问卷星在“食品毒理学”动物实验教学中的应用［J］.农产品加工，2022（54）3：76-80.

［2］陈云霞，王金胜，张翠英，等.医学微生物学实验技术教学体系的建设与实践［J］.微生物学杂志，2019，39（6）：124-128.

［3］倪朝辉，于军，唐婕，等.当今实验室生物安全背景下的本科医学微生物学实验教学改革初探［J］.临床医药文献电子杂志，2019，6（56）：185-186.

［4］邱怀娜，杨权，黄俊.医学微生物学实验教学改革与实践的探讨［J］.基础医学教育，2017，19（3）：190-191.

［5］王燕，王欣，张敏，等.医学微生物学微课+翻转课堂教学改革探索［J］.基础医学教育，2018，20（4）：307-309

［6］蒋露芳，熊海燕，朱献忠，等。医学微生物学实验课虚拟仿真教学应用需求分析［J］.预防医学，2021，33（6）：422-433.

项目基金：湖北文理学院教学研究项目（JY2022054）

作者简介：唐一通，男，副教授，博士，研究方向：病原菌分子分型与耐药。

通信作者：肖娜，女，高级实验师，硕士，研究方向：病原菌耐药。