赵元淑 许小洋

广州医科大学基础医学院，广东省广州市 511436

医学机能实验学是高等医学院校基础医学教学中重要的实验课程，该课程将医学课程中的生理学、病理生理学、药理学等基础医学课程的实验内容进行有机结合，对于培养学生动手、分析问题、解决问题的能力尤为重要，为学生创新能力的培养和临床知识的学习奠定基础。近年来，教育部、卫生部启动和实施的“教学质量工程”“十二五”发展规划中特别强调实验教学的重要性。为了提高实验教学质量，解决医学院校实验教学资源相对不足的弊端，国内一些高校利用最新的计算机虚拟现实(Virtual reality，VR) 技术进行实验虚拟平台的建设，如南方医科大学的“病理学远程虚拟实验室”[1]、中山医科大学的虚拟仿真中心等。我校也紧跟最新的教学改革形式，在国内较早进行了机能虚拟实验课程的建设，该课程对传统的机能实验教学方式起到了有效的补充及促进，我校机能中心针对该课程在教学实践过程中也出现了一些问题对虚拟实验平台进行了相应改进和完善，对发挥虚拟课程在实验教学中的作用进行有益的探索。

1 医学机能实验学教学的现状分析

实验教学最主要是培养和提高学生的基本操作能力、综合能力和创新能力[2]。随着全国高校学生的扩招，教学资源变得相对不足，尤其是医学院校，由于医学实验课程教学内容的特殊性，需要用到大量的实验动物和昂贵的实验试剂，实验课开设成本高，不能满足学生反复操作探究实验机理的愿望，严重限制了学生实践创新能力的培养。为了节约教学资源，规范学生的操作技能，提高学生参与实验的兴趣，我校机能实验中心从2006年开始陆续研发虚拟实验软件，将一部分实验项目制作成学生感兴趣的虚拟游戏，让学生利用选修课的形式进行学习。通过近10年的改进，虚拟实验软件对于促进机能实验教学起到了一定的效果，但是教学实践过程中也发现了一些问题。

(1)虚拟实验项目有待进一步丰富。从2006年开始，我校机能实验中心陆续研发了家兔、青蛙的虚拟实验项目共8项[3]，主要为机能的经典验证性实验。随着课程改革的不断深入，保留经典验证性实验，增加综合性实验、设计性实验是我国高等医学实验教育的共识[4]。目前我校虚拟实验平台存在综合性实验项目数量不足，实验项目也只限于动物实验，缺乏实验的延伸和拓展项目。此外，学生们对于医学前沿知识有很浓厚的兴趣，而我们的实验内容多为基础知识，不利于学生对新知识的学习及创新精神的培养。(2)高端科研仪器的数量不能满足学生的需要。由于教学和科研的需要，我校机能中心购置了膜片钳、流式细胞仪等高端科研仪器设备。但是由于高端科研仪器使用成本高，数量有限，不可能使每一名学生都受益，而学生又对膜片钳、流式细胞仪等高端科研仪器资源的使用很感兴趣，希望了解基本的使用方法。(3)基础医学教育与临床医学知识脱节。目前机能中心的虚拟实验都是动物水平的实验项目，实验项目存在一定的局限性，这就造成学生们在未来进行临床课程学习时，很难将从前学习的基础知识与临床结合起来[5]。虽然综合性实验项目与临床有一定的关联，但是没能从实质上解决基础与临床脱节的问题，学生进入临床后，仍然不能用基础医学知识解释临床现象。(4)现有虚拟实验平台资源有限。我校从2006年开始陆续建设虚拟实验平台，平台资源主要由机能虚拟实验项目构成，虽然这些实验项目对实验教学起到了辅助作用，但是虚拟资源相对有限，缺乏与学生生活相关的趣味性内容，学生在课下的点击率并不是很高。(5)学生在虚拟实验课中缺乏沟通。虚拟仿真实验对电脑软件的依赖性大，久而久之，学生相互交流相对于传统实验模式有所减少，不利于学生团队协作意识培养[6-7]。在前期的虚拟实验课程中，我们采用一名同学操作一台电脑的形式，学生间相互讨论交流的机会较少，待回归到传统实验操作时，同学间协作的默契性较差。

2 机能虚拟仿真实验平台的发展与完善

针对虚拟实验平台实践中出现的问题，机能中心及时改进创新，在原有实验平台建设的基础上，采取如下完善措施：(1)优化虚拟实验内容：中心运用现代教育理念构建创新课程体系，增加综合性实验比例、增设了设计性实验项目，新增如油酸性呼吸窘迫综合征的发生与治疗等9个综合性实验的虚拟实验项目，实现3个学科(生理学、病理生理学、药理学)实验教学内容实质性的融合；并且开发3项人体机能虚拟实验项目。至此，虚拟实验平台包括家兔、蛙、人的9大系统的18个实验项目，实验内容逐渐丰富。此外，为了开阔学生视野、提升知识水平，培养学生的创新能力和实践能力，中心还积极将教师的科研成果引入教学，开发设计了如硫化氢对消化道平滑肌的影响等6项课外虚拟实验项目。使学生能通过虚拟实验项目了解科研最新动态，提高学生的科研素养，实现了科研和教学的相互转化。(2)增加虚拟实验仪器项目。为了满足学生对高端仪器学习的愿望，让学生们在实际使用前熟练掌握基本的操作技能，中心还请专业公司拍摄膜片钳、流式细胞仪、PCR仪等高端实验仪器，收集素材；由中心具有经验的教师设计编写实验脚本；由公司进行虚拟实验仪器的软件制作。软件仍然采用学生感兴趣的游戏形式呈现，学生只有采用正确的使用方法才能游戏通关，界面仿真度高，人机交互性强。(3)国内首创应用模拟人服务于机能实验教学。为了解决基础医学知识与临床医学知识教育脱节的问题，我们将临床技能中心引进的美国METI生产的高级综合模拟训练系统 (Emergency care simulator，ECS)应用于机能实验教学中。该系统利用计算机互动模型以及虚拟科技等模拟系统，模拟各种患者的生理及病理学特征，对所实施的各项操作产生相应的生理反应，并在相关的监护设备中显示相应的生理数据，创建交互式教学情景，实现临床真实场景下的治疗。中心将基础知识与临床医学课程相近的实验内容进行融合，设计一些临床表现与基础知识相结合的典型实验，通过脚本编写、程序编辑、预试验等过程，开发出10个模拟人仿真实验项目。这些实验项目具有高度安全性、高度仿真性、高度可控性、无任何风险等特点，实现了最大程度的虚拟仿真。(4)优化虚拟实验平台内容，提高学生参与兴趣。通常情况下，一提到学习平台，学生们就会觉得枯燥乏味，因此缺乏主动学习的兴趣。为了增加学生对虚拟实验平台的关注度，中心增加了虚拟实验平台的内容。该平台除了具有与课堂内容相关的虚拟动物实验室、虚拟人体实验室、虚拟仪器室外，还有虚拟资料室，学生在这里可以查阅教师上课的PPT课件、题库、授课视频等内容。此外，虚拟实验中心还设立科普课堂，请专业教师讲授将与生活相关的机能课程内容制作成视频，力求知识趣味化、通俗化，比如紧跟社会热点，制作了《雾霾—呼吸之殇》等一系列科普宣传视频，学生在进行科普教育的同时也学到了机能的相关知识，寓教于乐。将教师的科研成果应用在教学中，培养学生的科研素质和创新能力是我校教科研的指导方向。近年来，我校引导教师把科研成果转化为科普讲座，在虚拟实验中心中设立学生第二课堂，在教学中分享教师科研工作的成果，加强学生科研素质、创新意识以及创新能力的培养，取得了一定成效，受到学生的欢迎。如基础学院罗健东教授把教育部获奖成果——辛伐他汀抗心肌肥厚和心力衰竭作用及机制转化为科普讲座，药学系袁牧教授结合自己主持研制的国家一类新药萘哌地尔(国药证字X20010136)项目作了新药设计与构效关系的科普讲座。这种科普讲座不仅增加了医学生对新技术、新成果的了解, 拓宽了他们的视野，也使学生对今后从事的医学科研工作有了初步了解，逐步培养他们对科研工作的思维能力，这有利于学生进实验室独立开展课外科研活动，获得良好的教学效果，也使得科研促进教学的内涵得到了丰富和延伸。(5)改变机能虚拟实验授课形式。在机能虚拟实验学选修课时，学生以小组为单位进行学习，教师只负责课堂组织，不负责解答学生的问题，有疑问时由各小组自行讨论、查阅资料解决。

3 机能虚拟仿真实验平台的应用及体会

建设完善后的机能实验平台，已实现虚拟仿真实验与真实实验互补一体化，虚实并存，实为主体，以虚补实，虚实双促的特色。以创新能力培养和素质教育为目标，全面推动实验课程的全方位改革。

改进后的虚拟实验平台以公修课面向临床医学、口腔医学、麻醉学、预防医学、检验学、影像学和护理学等各专业本科生选修学习；并依托校园网，向全院的师生开放，学生和教师可以随时随地通过登录校园网平台进行学习，方便学生自主支配学习时间。该平台在教学中的应用具有无可比拟的优点：虚拟实验项目齐全，它不仅减少了资金的投入，而且减少了对实验动物的需求，体现了人道主义精神。学生可反复通过实验模拟进行课前预习和课后复习，为较好地避免操作失误、提高实验效率和减少不必要的实验损失提供一个良好的平台，大大减少了实验动物的利用和资金的投入，解决了因学生人数增加而造成的实验设备、场地和资金等不足问题。虚拟实验仪器项目解决了高端科研仪器相对不足的状况，又满足了学生学习的愿望，提高了学生的创新意识；为学生了解高端科研仪器的基本使用方法、未来应用仪器及科研打下基础；模拟人仿真实验项目将基础医学和临床医学有效结合，使学生能够用基础的理论知识解决临床现象，为学生进入临床打下坚实的理论基础；网络视频课堂内容丰富，趣味性强，紧跟社会热点和科研前沿，提高了学生学习的主动性和创造性；改进后的虚拟实验选修课方式，使学生可以通过讨论、相互协作完成虚拟实验项目，培养了学生协作意识。

每学期末我们都会给学生发调查问卷，了解学生对机能虚拟平台的使用效果，调查结果显示，对该平台设计的满意率为100%，类似玩游戏的实验方式使学生感兴趣的比例为100%；97.8%的学生认为能提高手术操作技能，98.6%的学生认为对避免实际操作中常犯的错误有很大帮助，93%的学生认为拓展了教学内容并使之更为生动，92%的学生认为提高了学习兴趣和自主学习能力。

在我们虚拟实验平台建设实施的过程中也存在一些不足，比如，新开设的虚拟仪器和模拟人仿真实验项目不是很丰富，没能针对护理、检验专业研发一些专业性强的虚拟实验项目，未来，随着中心的不断发展，虚拟仿真实验平台也会日益完善。

将现代化的教学手段服务于机能实验教学，使机能的实验教学不再是课堂理论的重复，而是学生主动学习和创新性学习能力培养的过程，是基础理论和临床技能整合的过程，是课内外知识延伸和拓展的过程，我校机能虚拟仿真实验平台的建设和完善对于机能的实验教学是一个有益的探索和尝试。