陈小鹰，汪 婕，林 玲

(福建医科大学基础医学院实验教学中心，福建福州350122)

医学机能学虚拟实验平台在实验技能培训中的作用
——以“大学生创新创业训练计划”项目为例

陈小鹰，汪 婕，林 玲

(福建医科大学基础医学院实验教学中心，福建福州350122)

针对我校基础医学院“大学生创新创业训练计划”项目实施过程中学生缺乏系统的实验指导等问题，将医学机能学虚拟实验平台应用于“大学生创新创业训练计划”项目实验技能培训，从而分析其对提高学生实验技能的成效，提出应采用虚实结合的教学方式、开放虚拟实验平台、扩充学科前沿的实验项目来弥补短期培训的不足。

虚拟仿真；机能学；创新实践;大学生

“大学生创新创业训练计划”是“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的重要组成部分。经过多年的实践，我校基础医学院“大学生创新创业训练计划”项目(简称“大创项目”)的实施收到了显著的成效。然而，随着大创项目的发展壮大，管理者发现不仅要注重大创项目的终期评审，还需对项目实施过程中产生的问题增强重视与指导。由于参与“大学生创新创业训练计划”项目的学生(简称“大创学生”)的科研知识和技能还很欠缺，因此需要教师在项目实施过程中有针对性地指导学生提升技术能力。笔者基于我校医学机能学虚拟实验平台的教学资源，开展针对大创学生的实验技能培训课程，为探索项目过程管理提供经验。

一、医学机能学虚拟实验平台在实验技能培训中的优势

近3年来，基础医学院学生平均每年承担41项大创项目，其中国家级20项、省级17项、校级1项和院级3项，约占全校大创项目的33%。为满足实验教学改革的需求，基础医学院设立了我校第一个科研设备较为完善的学生科研实验平台，由实验教学中心负责管理和指导实验工作。然而，在大创项目管理过程中，管理者发现学生实验技能欠缺，制约了学生科研能力培养。因此，本研究致力于发挥机能学虚拟实验平台在实验技能培训中的优势，帮助学生规范实验操作方法，提高综合实验能力，为今后更好地参与各类科研活动起到指导性作用。

(一)丰富实验教学手段，节约实验教学成本

医学科学研究中，部分实验具有操作难度大、危险性较高、实验成本高等问题。如：大创项目中研究药物对寄生虫或病毒感染动物的作用机制、重金属或致癌物质的致病机理等就存在一定的危险性，操作难度大；同时，由于受到实验设备的限制，本科生极少有机会接触一些精密贵重仪器，且大型的贵重精密仪器在日常实验教学的可操作性差，实际操作时易造成设备或配件的损坏，借助虚拟教学可让学生对实验操作流程有感性的认识，帮助学生在参与相关科研实验时易于上手。

(二)形成教学与科研之间的桥梁

笔者前期调查了大创学生在课题开展过程中的困难，结果显示由于学生尚未接触动物实验课程，缺乏基本的动物实验技能训练，动手能力和科研思维还很欠缺，常造成项目进度迟滞。因而在大创项目开展前，有必要组织学生统一进行常用的实验技能培训。虚拟实验平台中丰富的机能学实验项目和实验仪器介绍等教学资源，极大地解决了目前大创学生机能学实验技能培训的这些困难。另外，医学机能学虚拟实验室可以成为科研新军的训练平台，既提高了虚拟实验平台的利用率，又可为科学研究输送技能型人才。

(三)有助于提高教学辅助人员的综合素质

培养一支掌握现代实验技术的高水平实验技术队伍，是高等学校实验室建设中的一项重要内容[1-2]。本平台由有经验的教学辅助人员主持并参与管理，能够带动其积极参与实验教学改革，有利于加强教学辅助人员团队的素质培养。虚拟实验平台的教学实践涉及范围较广，既有实验教学任务，又有实验室建设和管理工作，还涉及大创项目的管理。教学辅助人员通过参与该教改课题的实践，可以提升自身的实验操作技能、理论修养、教学科研能力和实验室管理水平，成为掌握现代科学技术知识和管理手段的复合型人才。

二、医学机能学虚拟实验平台在实验技能培训中的应用

医学机能学虚拟实验平台建立在VBL-100机能学实验仿真软件基础上，由基础知识、实验动物及仪器介绍、模拟实验室和实验考核等部分组成。其中，模拟实验室和实验仪器介绍是该平台资源最为丰富的两大模块。模拟实验室涵盖了生理学、药理学和病理生理学三个学科共63个实验项目，大大丰富了机能学实验教学项目。另外，实验仪器介绍模块以实验录像的方式介绍了30种机能学仪器。笔者通过虚拟平台的教学资源进行实验技能虚拟教学，以提高大创学生的动物实验技能，顺利进入课题研究。

(一)利用虚拟平台为学生普及动物实验基本知识

统计结果显示，我院获得41项大创项目中有39项(95%)涉及实验动物，其中31项(76%)涉及动物在体/离体手术，26项(63%)涉及动物模型的建立，22项(54%)涉及药物的干预研究，6项(16%)需要进行动物行为监测。因而，在培训内容的设计上，结合大创项目中学生在动物实验设计和动物手术操作方面的弱项，为学生开展动物实验相关知识培训(表1：培训项目3-5)。首先，借助虚拟实验平台中“实验动物介绍”模块，为大创学生讲授常用实验动物的生理特性及适用的科研领域。其次，以“药理学实验室”模块中“药物急性毒性实验”为例，为学生讲解了探索性实验的基本程序及动物实验设计的原理和方法。最后，以“实验仪器介绍”模块介绍了机能学常用仪器的使用方法及动物生理数据的采集与分析方法。掌握动物实验的基本知识，了解医学实验科学的研究方法，有利于培养学生科学严禁的工作态度，提高实验的成功率，从而获得更真实的实验结果。

(二)利用“虚实结合”的教学模式巩固学生对实验技能的掌握

传统实验教学中，教师主要以语言描述来讲解实验的操作流程，学生很难从中获得具象、直观的操作认识。因而，经常会出现教师将整个实验过程的各个环节仔细地讲解完后，学生在操作时仍会遗漏很多重要信息的现象，使得实验效率低下，实验结果不尽理想。笔者利用虚拟实验平台中“机能学实验常用技术”模块的实验视频教学，辅以虚拟实验操作练习，使学生对常用实验动物基本操作技术(表1：培训项目6)有感性的认识后，再让学生进行真实的动物操作，巩固学生对动物实验技能操作要点及操作步骤的掌握。结果表明，“虚实结合”的教学模式能有效提高学生对实验技能的学习效率及掌握程度。

(三)利用虚拟平台引导学生自主学习

大创学生初次接触科学研究，需要将被动学习转换为主动探索，从而培养独立和自主的品格。随着信息技术的快速发展，涌现出大量优质的网络学习资源。面对众多的信息来源，学生需要具备检索、鉴别、选择、运用的自主学习能力。因此，利用医学相关学习网站，并引导学生根据课题的研究方向在虚拟实验平台上自主选择感兴趣的实验项目进行练习(表1：培训项目7)，使学生自觉地参与知识的形成过程，切实提高学生的自主学习能力。学生在正式进行科研实验前通过虚拟实验平台学习科学的实验方法及规范的实验操作技术，可以拓宽大创课题的研究思路，为大创项目的顺利开展创建良好的开端。

表1 培训课程内容

三、医学机能学虚拟实验平台在实验技能培训中的成效

培训结束后，针对参与培训的大创学生进行匿名问卷调查。参与问卷的学生有41人，其中39份为有效问卷。问卷调查了本次培训教学的成效、培训内容的适用性以及学生对虚拟平台的看法和接受程度。此外，以实验技能考核的方式调查学生对动物实验基本操作方法的掌握程度。实践表明，医学机能学虚拟实验平台是培养学生动物实验技能的有效方式，学生通过虚拟教学后能有效地提高对真实实验操作技能的掌握程度。

(一)问卷分析

调查显示，32名(82%)学生表示培训符合之前的期待，能如愿地学到知识；6名(15%)学生表示之前不是很想参加，但是参加后觉得确实有帮助；1名(3%)学生表示培训不符合他的期待，很失望。教学效果和培训内容的适用性调查结果发现，导致学生对培训失望的原因主要是培训内容与他们的课题脱节。培训教学效果的评价中，19名(49%)学生表示非常满意，17名(43%)学生选择比较满意，3名(8%)学生表示教学效果一般。39名学生中有27名(69%)表示能将培训中的实验方法应用于课题研究中，收益良多；10名(26%)学生表示部分培训内容与他的课题关系紧密；而另外2名(5%)学生则因培训内容与课题脱节，表示收获甚微。在培训建议选项中，有5名学生提出应该多介绍一些实验操作技术，还有2名同学提出要增加重要仪器的现场操作示范。由此看来，本次培训的教学效果和内容设置得到了多数同学的认可，主讲教师应在教学效果以及培训内容与学生课题的紧密性上多下功夫，尽量增加实验操作的现场示范，提高学生的满意度。

虚拟实验平台接受程度调查显示，35名(90%)学生称他们在虚拟实验平台上能够找到感兴趣的模块，4名(10%)学生称几乎没有感兴趣的模块。在问及“通过虚拟实验平台的学习后，对你的动物操作技能有无帮助”，37名(95%)学生表示有帮助，只有2名(5%)学生觉得没有帮助。另外，有36名(92%)同学觉得通过虚拟平台上实验视频的学习能够帮助他们了解实验操作的要点。通过虚拟实验的练习，28名(72%)学生表示他们对真实的动物操作更有信心，22名(56%)学生表示缩短了掌握动物实验操作的进度，同时也提高了真实动物实验操作的成功率。这些调查数据说明，学生对虚拟实验平台的兴趣很浓厚，而且能切实地感受到虚拟实验教学对提高实验技能的帮助。有22名(56%)学生希望在今后的实验课程教学中使用虚拟实验平台进行教学，27名(69%)学生希望在实验课前能利用虚拟实验平台的教学资源进行预习，只有3名(8%)学生不希望在实验课程的教学中加入虚拟实验教学环节。

(二)实验技能考核

培训结束后，在动物实验操作技术的动手操作环节，笔者以抽签的方式考察了41名学生学生对大小鼠灌胃、尾静脉注射、腹腔注射、皮下注射和大鼠麻醉等操作技能的掌握程度。考核标准分为三个档次：第一档，操作规范、娴熟，能顺利完成实验；第二档，操作有少量错误，能基本完成实验；第三档，操作生疏，关键步骤错误多，基本不能完成实验。结果显示，有37名(90%)学生操作手法规范且动作娴熟，能顺利完成实验，只有4名(10%)学生对操作要点不熟悉，出现少量错误，但在提示后能规范地完成实验操作。

四、医学机能学虚拟实验平台在实验技能培训中的不足及弥补措施

本校医学机能学虚拟实验平台建设得较早，属于虚拟教学系统的早期版本。因而在实验技能培训中存在一些需要改进的问题，需要在今后的教学改革中进行深入的研究与探索。

(一)虚实结合，在虚拟教学的基础上，增加动手操作环节

由于VBL-100医学机能学虚拟实验系统通过软件模拟虚拟实验环境和设备，学生在电脑操作中无法完全体会真实实验的复杂性，不能真正达到锻炼实验操作技能的目的。例如：真实实验中初学者常会发生麻醉过快或过量导致动物死亡，或在动物颈部手术中出现意外出血等操作失误；而虚拟实验则缺少这类失误的设置，学生无法学到实验中意外状况的正确处理方法。因此，笔者在培训中增加了真实动物实验操作，通过虚拟练习和真实实验结合的教学方式，帮助学生加深对实验操作要点的理解和掌握。目前，关于如何有效地将虚拟教学和真实实验相结合的报道还较少[3-4]，因此，笔者希望在大创项目实验技能培训中探索出一个有效结合的教学模式，以供本科实验教学参考。

(二)以学生为教学主体，促进虚拟实验平台的开放

我校医学机能学虚拟实验室仅限于在实验室的局域网中使用，影响了虚拟实验平台在教学中的应用。短期的培训无法满足学生使用虚拟平台练习实验操作的愿望，因此，应采取学生预约开放的制度，向大创学生开放虚拟实验室。未来我院将借助申请国家级虚拟实验中心的机会，促进虚拟实验系统的扩充和升级，使学生通过互联网就可登陆虚拟系统进行学习。开放性实验平台是实验教学的趋势，医学类高校已有较成熟的经验可借鉴[5-7]。学生在经过培训后，可带着自己的科研设计进入开放实验室独立自主地进行实验练习，不仅可以巩固医学知识，也培养了科研思维[8]。

(三)扩充学科前沿的实验项目，培养学生的科学素养

目前，我校医学机能学虚拟实验平台的实验项目多数面向实验教学，可用于科研实验的教学内容较零碎且分散，没有形成系统的知识体系。例如，实验动物基本操作技术的教学资源不完整，缺乏各类动物模型的造模方法及先进实验仪器模拟操作等。在进行科研实验技能培训时需要教师将零散的内容组织起来，并另外补充素材。因此，今后医学机能学虚拟实验平台的建设目标还应考虑对学生科研素质的培养，以我院优势的科研成果为依托，建设教学与科研资源兼具的虚拟实验平台。

[1]孙文平，罗 红，陈 晨.实验技术人员在实验教学中作用的探讨[J].中国实用医药,2011,6(24):267-268.

[2]王文杰，刘 瀚，门建兵，等.新形势下高校实验技术队伍建设的探讨与研究[J].实验技术与管理,2014,31(11):226-228.

[3]汪晓筠，王毓洁，王建新，等.生理学虚拟和真实实验有效结合的教学实践和体会[J].青海大学学报,2013,31(1):95-97.

[4]陈素云，林真婷.基于虚拟与真实有机结合的免疫学实验教学改革[J].生物学杂志,2015,32(6):113-115.

[5]何兴新，沈卫星，樊 耀，等.医学实验室开放运行模式研究与实践[J].基础医学教育,2013,15(11):1021-1022.

[6]刘慧萍，张国民，喻 嵘，等.虚拟实验平台在医学机能学实验教学中的作用[J].中医教育,2014,33(3):12-13.

[7]罗 辉，陈建胜，沈建箴.临床技能中心实验室开放探析[J].基础医学教育,2015,17(3):231-233.

[8]张 静，周增桓，熊梦辉，等.构建培养高素质创新型医学人才的开放性实验教学平台[J].医学信息,2008,21(1):35-38.

(编辑：陈 越，马川建)

2016-03-31

福建医科大学高等教育教学改革工程校级立项项目(J15040)

陈小鹰，女，助理实验师，理学硕士。研究方向：机能学实验。

林 玲，Email:llinzheng@163.com

R33-33

A

1009-4784(2017)01-0052-04