吕海华 罗欣锦 罗苏珍 黄锁义

摘  要：虚拟仿真实验教学是科学实验教学示范中心建设和高等教育数字化建设的重要内容，是推进新一代信息技术深度融入实验教学、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措。加快推进和完善高等医学院校虚拟仿真教学实验室的建设，对于加强医学实验教学优质资源建设与应用、提高高等教育实验教学质量和实践育人水平、促进实验教学改革、培养创新型医学人才等方面有着重大意义。

关键词：虚拟仿真  实验教学  实验室  高等医学院校

中图分类号：G642           文献标识码：A                  文章编号：1674-098X（2021）01（b）-0203-05

Construction and Thinking of Virtual Simulation Teaching Laboratory in Medical Colleges and Universities

LV Haihua1  LUO Xinjin1  LUO Suzhen1  HUANG Suoyi2，3*

（1.College of Clinical Medicine， Youjiang Medical University for Nationalities， Baise， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 533000 China; 2. College of Pharmacy， Youjiang Medical University for Nationalities， Baise， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 533000 China; 3. Key Laboratory of Guangxi's College for the Study of Characteristic Medicine in Youjiang River Basin， Scientific experiment center of Youjiang Medical University for Nationalities， Baise， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 533000 China）

Abstract： As a demonstration center of scientific experiment teaching， virtual simulation experiment teaching is an important part of the digital construction of higher education. This is an important measure to promote the new generation of information technology to be deeply integrated into experimental teaching， expand the scope and depth of experimental teaching content， extend the time and space of experimental teaching， and improve the quality and level of experimental teaching. The construction of virtual simulation teaching laboratory in higher medical colleges and universities has been accelerated and improved， which is helpful to strengthen the construction and application of high-quality medical experimental teaching resources. At the same time， it is of great significance to improve the quality of experimental teaching in higher education and the level of practical education， promote the reform of experimental

teaching and cultivate innovative medical talents.

Key Words： Virtual simulation; Experimental teaching; Laboratory; Medical colleges and universities

医学是一门科学性、实验性、综合性极强的学科，其发展离不开大量的科学实验和研究，实验教學也占据着越来越重要的地位，因此对于实验室的需求越来越大。近年来，随着教育改革和双一流学科建设的逐渐深入，虚拟仿真教学实验室的建设成为了众多高校热门探究的课题。教育部文件《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》明确提出：“加强网络教学资源体系建设，引进国际优质数字化教学资源，建立数字图书馆和虚拟实验室，建立开放灵活的教育资源公共服务平台”[1]。虚拟仿真实验教学实验室已逐渐成为高校实验教学中的重要组成部分，其本质是托管于校园网和互联网，将实验教学内容与网络技术、计算机模拟技术和仿真模拟技术集于一体，真实模拟大型实验设备和实验场景，使学生通过人机交互的方式在模拟实验设备和实验场景的软件中开展实验，达到在现实环境中才能完成的各种实验和预实验项目的目的[2]。与传统实验室相比，虚拟仿真教学实验室内容丰富、定位准确、开放性高、安全可靠、技术先进、活灵活现。

1  传统实验室现状分析

实验室是探索世界、认识世界的重要手段，是提高學校科研实力和综合竞争实力的有效途径。与其他学科相比，高等医学院校不但需要重视理论基础知识的教学，更要重视理论联系实际的实践教学。随着观念不断更新、技术日益发展，在传统的医学教学实验室中，仍存在有诸多的困难与挑战，其在一定程度上阻碍了实验的教学质量和科学实验研究的发展，主要表现如下。

1.1 较为单一的教学模式

传统的实验教学中多是以教师为中心，以传授知识为主的单向传递模式，一般由教师详细讲解， 然后学生按照现成的实验步骤， 按部就班地进行实验，最后把实验结果记录在实验报告册上[3]。实验项目多以经典和验证性实验为主，缺乏对学生创新性思维和自主探究能力的培养[4]。这种单一的教学模式在很大程度上束缚了学生的学习思路， 学生对实验的兴趣和积极性不大，对知识的运用程度不高，违背了实验教学的初衷。

1.2 教学与课时的矛盾

随着本科高校的不断扩招，高等医学院校实验室的需求也不断加大，实验教学的课时设置也发生了改变。由于班级人数增多、实验室有限，一些班级在该章节理论课程教学前就已经安排了实验课，对于尚未学习的理论课内容，学生在实验操作时还不能熟练地将这部分知识运用其中。同时由于教学改革，实验教学部分课时被压缩，课程进度安排十分紧凑，实验操作常常以小组为单位进行，对于实验的全部操作并不是每个学生都能掌握透彻，学生对实验的“体验感”不足，从而影响着教学的健康发展。同时课后实验室申请流程繁琐、课后无老师指导，加上理论课课程繁重，一个学期的教学任务达十几门课程，为了同步理论课的进度，学生对实践部分内容提不起兴趣。

1.3 成本方面

医学实验中常常会涉及一些高精尖的仪器设备，由于经费有限，一些实验器材只能采取共用或反复使用的方式。而且实验器材的更新速度十分缓慢，有一些的使用时长甚至已经超过了学生的年龄，如此一来，年代久远的仪器设备不仅会使实验结果发生偏差，而且操作方法也与最新版的操作要求不符。对于一些不易保存且来之不易的珍贵标本，如人体器官、寄生虫、动物标本等，其保养的成本远大于损耗的成本。这样长久以往会挫伤学生动手实验的积极性，对于实验标本的可持续利用也有一定影响。

1.4 完全开放性实验室难以实现

即使许多高校开始尝试推行构建开放性实验室政策，鼓励学生利用课余时间到实验室进行科研探索和学习，但因宣传不到位，很多学生并不知道政策的存在，且学校导师少，并非人人都有机会，学生得不到很好的指导，因此受益面积不广，另外由于开放实验室对学生自主学习能力和自我管理能力的要求较高，需要更为严格的管理，操作不当会导致设备损坏增多，所需维护费用增加，无形中增加了教学成本，给学校财务带来压力。

1.5 管理及安全方面

目前实验室的管理普遍存在着管理体制和运行机制不科学，器材使用管理制度不完善，实验管理人员数量不足，实验室开放程度低、范围小、参与学生少，精密昂贵的仪器设备缺乏专人管理等现象[5]。对于一些实验会涉及到生物安全方面，如致病性微生物和血液标本等，一旦操作不慎或失误，极有可能带来安全隐患，实验后废弃药品和被污染器具处理的问题，这些都极大制约着实验教学的发展。

2  虚拟仿真实验室建设的现实意义

传统的实验教学方法和条件已经满足不了当前人才的培养需求，虚拟仿真实验室的构建，能有效解决传统实验室存在的问题和挑战，并且是改革实验教学方法、提升学生自主探索能力、推动医学不断前进的有效途径。

2.1 改革实验教学模式

与传统的、单一的实验室教学相比，虚拟仿真实验室更强调“以学生为中心”，鼓励学生自主探索完成实验，从进入到虚拟仿真实验室准备穿戴到结束实验后整理好药品，每一步都是模拟真实场景，让学生拥有满满的“仪式感”，从“要我做”向“我要做”“我想做”的理念转变，充分认识到理论教学与实验教学并重的重要性。课前预习时候利用虚拟仿真实验室使学生对将要开展的实验有一个初步的认识和了解，等到真正实验时，就能进一步加深记忆，进而提升实验教学质量。课堂之后可以让学生对已经教学内容进行重新练习，对该部分理论知识进行再回忆与再认识，提高复习效率。这种教学方法能培养学生学会“发现问题、解决问题”的能力，这对提高个人职业素养、未来培养创新型医学人才有着重要的作用。

2.2 弥补实验教学的不足

实验教学承担着提高动手实践能力的重任，各个环节对学生学习能力的提高都非常重要，为学生今后探索未知领域、培养个人的科研思维、提高科研能力等多方面打下基础[6]。虚拟仿真实验室可以存储丰富的教学内容，在一定程度上能弥补传统实验教学中资源可持续利用的不足，对一些稀有标本也能及时保存。同时，由于实验室的虚拟性质，让学生随时随地可以开展实验，在思绪迸发时就能及时动手去验证，有助于减少外界条件对于学生探究新事物的阻碍，使学生不再只局限学习传统的验证性实验，也不会因为场地、课时有限而对上手操作实验的“体验感”不够。

2.3 节约成本

传统实验室中学生动手操作实验往往要耗费大量的试剂和材料，还要使用到各种仪器设备，而虚拟仿真实验室的建立，这些实验条件都可以轻松满足。对于在传统实验室中无法接触到的高精尖的仪器设备，学生可以在其中反复操练并熟练掌握使用技巧，这样不仅节约了经费开销，还避免因实验后剩余的药品和试剂对环境的污染。通过数字化和仿真技术，可以将一些珍贵的标本复原在虚拟实验室中，开拓学生的眼界，提升实验教学的质量与深度。

2.4 培养创新型医学人才

创新是发展源源不断的动力，在科学技术飞速发展的今天，新技术、新产品层出不穷，传统的实验室难以适应当今高素质创新人才的培养。医学生作为未来探索医学新领域的中坚力量，不仅需要牢固的知识基础，其创新实践能力更是备受重视。虚拟仿真实验室是真正意义上突破了时空的限制，借助校园网和互联网，学生利用空余时间可通过虚拟仿真实验室自由、反复地进行实验，加深对实验操作的印象，也可以选择自己感兴趣的方向自主开展设计性实验，依据实验目的，设计实验具体实施方案，分析实验数据，得出相应结果，培养学生独立思考的和创新实践能力。对于一些简单新颖的科学实验，教师只需要在后台升级和更新实验内容，便可由学生自主探索。通过点击鼠标，便可轻松完成实验，极大激发学生对于实验的兴趣和积极性。虚拟仿真实验室给予学生更为宽广的实验环境，学生接受创新能力的培养，为培养创新型医学人才打下坚实的基础。

2.5 安全易管理

在虚拟仿真实验室中进行实验，由于实验的步骤和最終结果已经是按照程序提前设定好的，在涉及高危或极端的环境、不可逆的操作，高投入、高消耗、高成本或综合训练等情况时，人身和财产安全得到了充分的保障。传统实验室的仪器设备容易坏损，管理和维修也是个大问题，耗费大量的人力财力;虚拟仿真实验室的管理相对轻松，不需要派专人对实验室进行看护，利用VR技术构建的虚拟实验室不需要昂贵的硬件维修费，只要通过网络和程序就可以方便地进行管理和维护[7]，大大的减少人力物力的投入。

3  高等医学院校虚拟仿真实验室建设思路与规划

《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》中要求：虚拟仿真实验教学中心建设工作要坚持“科学规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展”的指导思想[8]，找准立足点，科学规划高等医学院校虚拟仿真实验室的建设，对于推进实验教学信息化建设、推动医学院校实验教学改革与创新有着重要意义。

3.1 构建完善的虚拟仿真实验室教学体系

学校应根据自身办学条件，综合多学科特点，构建一个集实验、教学、考核、管理等多方面的涵盖所有学科实验教学内容的虚拟仿真实验室教学体系，模拟真实实验室教学和贴近临床工作场景，设立相应的安全警告系统，让实验与当今的教学制度和模式相适应。在课堂之内，教师利用此平台进行实验教学，还能进行模拟真实实验室使用的培训和考核;课堂之外，学生可在虚拟实验室自由操作与探究;由专业的运行和建设团队负责对平台的更新和管理，并通过后台数据整理分析，评估教学效果。虚拟仿真实验室教学体系的构建应采用适用的原则，坚持以实为主、以虚补实、虚实结合、以虚促实、相互补充的教学原则[9]，使虚拟仿真实验教学与现实教学相辅相成，发挥各自的优势，促进二者的共同发展。

3.2 建设虚拟仿真实验教师队伍

实验教师是建设、管理和应用虚拟仿真实验室的主体，实验教师队伍的建设是虚拟仿真实验室建设的关键所在。建设一支集教学、科研、技术人员结合的高素质教师队伍，提高队伍选拔门槛，挑选学术水平高、教学科研能力强、实践经验丰富、勇于开拓创新的教师作为骨干成员，负责对虚拟仿真实验室的建设、管理和运营，为虚拟仿真实验室的健康发展护航。建立相应的岗位职责和规范制度，定期进行量化考核，定时对这支队伍进行相关内容的培训与学习，培养团队协作能力，学习最新技术，如选送一些实验教师到国内外知名大学作访问学者，邀请专业人士举办学术讲座，每年派出人员出席学术交流会;提高实验教师队伍工作待遇与福利，充分调动积极性，加大科研基金投入，鼓励教师队伍进行教学试点改革。

3.3 完善实验室管理运行机制

虚拟仿真实验室的建设和发展，离不开其科学、合理的管理运行机制，完善实验室管理运行体制对于提高实验室利用效率有着重要意义。学校应根据有关政策和方针，借鉴国内外实验室实践经验，科学建立适合自己特点的实验室管理运行机制模式，制定和健全虚拟仿真实验室的规章制度，完善从仪器采购、使用、维修、报废等程序的工作，让每一步都有规可守、有章可循，定期根据实际情况对规章制度进行完善和再修改;根据学科种类划分实验室模块，试行学科融合，提高实验室整体利用效率;设立负责人管理制度，并成立相应的实验室管理团队，加强统一管理。从各部门、实验室教师、任课教师、学生中抽取一定人数，建立虚拟仿真实验室监督机构，参与到实验室的管理之中，完善监督体制，严格把控实验教学质量。高校应借鉴其他学校先进、成功的实践案例，系统并详细制定虚拟仿真实验教师教学工作绩效考核标准，组织实施有利于实验室可持续发展的措施，从制度上保证虚拟仿真实验室的健康发展;建立教学效果考核、评价和反馈机制，加大实验室对学生的开放程度，让更多学生从中受益。学校还应积极探索有关实验室的鼓励机制，学校在场地和经费上给予大力支持，将开放时间长、覆盖面大、使用频率高的实验室实行奖励性资助[10]，并在期末评优的中根据学生进入实验室次数及使用情况等方面酌情考虑加分，并适当进行物质上的嘉奖。

3.4 整合优质资源

医学高等院校在各自建设和发展过程中，积累和制作了丰富、优质、原创、独有的教学资源或教学案例，如各种典型的或罕见的病理学标本、切片;临床影像资料，如X线、CT、MRI、超声影像图等;自主研发、编录的各种实验教学用书、实验项目、实验教学视频等;珍贵的临床病例，自主建立的临床病历库等[11]，这些医学实验教学资源众多，种类丰富，但较为分散，资源整合的目的是进一步提高学科及实验室中优质资源的利用率，将一些抽象的、难以用言语形容的概念，使其更为直观清楚地展现出来，如可将现实的仪器带进虚拟实验室中，让学生在虚拟仿真实验室操作的同时，结合现实资源，充分体会到“实而不虚”。学校应借助虚拟仿真实验室，充分发挥本校学科专业的特色，加强对优质实验教学资源的整合，将实验室资源建设和高水平软件工程相结合，利用互联网带来的便利开展远程教育，以培养学生素质全面发展为出发点，提高教学能力，改进教学方法，丰富教学内容，提升教学广度与深度，拓宽实践领域，降低成本和风险，开展绿色实验教学。学校还应该根据自身专业优势，找准研究方向，积极开发及打造地区研究特色，如地区高发病以及地区药物原材料研究，建设一批具有创新性、特色性、代表性的重点虚拟仿真实验室，充分挖掘本地区资源。

3.5 构建共享平台

全国高校的虚拟仿真实验室应组成一个联盟，建立统一的交流机制[12]。在教育部及各部门的统一领导下，以国家级示范性虚拟仿真实验室为主导，在地方高校建设一批具有兼容性、扩展性、大众性、共享性的实验平台，实现高效管理和共享实验教学资源，在满足本校实验教学的同时，积极扩大使用范围，而不仅仅只局限于校内外和相应学科，应更进一步推广本地区乃至全国全世界范围内虚拟仿真实验室资源开放与共享，实行多学科共同开发和管理，满足各层次、各水平和多学科专业融合的虚拟仿真实验教学的需求，实现真正意义上的资源开放和共享;积极寻求和探索校企共同开发管理的新合作模式，将虚拟仿真实验室的实验室的建设和使用延伸到企业之中，对于拉动地区经济增长和为社会服务有着促进作用;建立虚拟仿真实验教学服务支撑体系，寻求可持续发展的策略。

4  对未来虚拟仿真实验室的展望

虚拟仿真实验室建设任务是实现传统实验教学中不具备或难以完成的教学功能。高等医学院校作为我国医学人才培养基地和医学学科发展的重要场所，应加快推进建设虚拟仿真实验室。笔者认为，虚拟仿真实验室将有无限的发展空间，有可能改变原有的理解和观念，并将引领新一轮医学教学改革。需要注意的是在充分建设和利用虚拟仿真实验室的同时，还应该认识到虚拟仿真实验室存在的例如缺乏实操机会、降低学生动手操作能力等不足的存在，因此应该积极寻求将传统实验教学和虚拟仿真实验室教学有效“虚”与“实”结合的教学方法，使其有机结合共同服务于教学之中，充分发挥出虚拟仿真实验室在实验教学中的积极作用。当下，高等医学院校在建设虚拟仿真实验室过程中，应通过构建完善的虚拟仿真实验室教学体系、建设虚拟仿真实验教学和管理队伍、完善实验室管理运行机制、整合优质资源、构建共享平台的措施，全面提升实验教学质量，逐渐形成特色鲜明的医学虚拟仿真实验室。

参考文献

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