医学机能实验室教学采用虚拟实验室开放模式的实验探究

李艳，陈晓青

江汉大学医学院基础医学实验中心，湖北武汉 430056

医学生不但需要扎实的理论基础，更需要较强的观察能力、操作能力以及分析能力，而医学机能学实验则可以对医学生的这几项能力的培养起到关键作用。但是机能学实验往往是进行活体动物或者离体器官组织等实验，所需成本较高，难度大的同时需要操作精细，而且某些实验用到的大型仪器设备数量较少，医学生人数较多，这样无法做到每个学生都可以进行实验操作，对教学效果造成了影响。此外，由于课时和教学场地的限制，学生无法对实验进行充分预习或者复习，进而，对实验动手能力也无法精细掌握，这无疑是对医学机能学实验教学发展的制约[1]。 近年来，虚拟实验技术逐渐兴起，作为一种新颖的教学模式，在当前的实验教学中得到了各界的关注[2]。 为了使医学机能学实验的教学质量得到进一步提高，同时使教学手段得到丰富，特引进虚拟实验技术。但是如何将虚拟试验技术应用到医学机能实验室教学中，使教学成果得到可高，目前还是一项待攻克的难题，因此，该研究特对医学机能实验室教学采用虚拟实验室开放模式的实验进行研究。

1 教学思路设计

1.1 教学对象与虚拟平台的构建

选取该校2016 级和2017 级临床医学专业的学生作为研究对象，共计384 人。其中2016 级学生168 人。2017 级学生216 人。将2016 级学生作为对照组，2017级学生作为研究组，两组学生在年龄、性别等方面差异无统计学意义（P>0.05）；两组学生均由同一机能学老师授课。 并且授课内容与课时均相同。

VMC-100 医学虚拟仿真实验是基于浏览器-服务器结构（browser/server.BS）的应用系统。

以互联网作为基础；支持分布式的资源服务器，支持在任意时间、任何空间、任何移动终端上访问实验资源、组织考试等功能区。

1.2 研究方法和内容

根据教学计划， 两组学生的机能实验学分别于2018年和2019 年秋季开课。 一共11 个实验项目，45 学时。将参与研究的两组学生以小班为单位，将每个小班分成6 小组，每组4~5 个人。 以试验台均为独立的特点为基础，开展课堂上互动性讨论[3]。

对照组学生，采用程性评价加终结性评价考核的办法对11 个实验项目进行考核：该组学生成绩的计算方法为：总成绩=平时成绩×20%+操作成绩×40%+笔试成绩×40%。 采用这种过程性评价的方法不但能够对学生平时在实验课中的具体表现进行评价，也可以对学生的实验操作能力、相关实验原理掌握程度以及对相关知识的理解进行考核。

研究组学生，以原本的考核体系为基础，对平时成绩和操作成绩的比重略微调整，在11 个实验项目中，选择5 个动物实验，增加虚拟实验形成性的评价。

该组学生成绩的评定方法为：总成绩=平时成绩×20%+虚拟实验考核×20%+实际操作成绩×20%+笔试成绩×40%。 这种“平时表现+虚实结合操作+笔试”的评价方式，在使教学内容与评价手段得到丰富的同时，还使学生的自主学习能力得到了促进，并且对学生学习的主动性与积极性做了进一步加强。

2 教学研究的具体展开过程

2.1 对照组学生的展开过程

2.1.1 实验前 带教老师于上课前2 d，公布实验题目和内容，并且根据实验课程提前布置2~3 个相关问题。 由学生自主寻找问题的答案，主要参考学习的理论内容及实验内容。

2.1.2 实验过程中 上课时，由授课老师针对课前布置的问题对学生进行提问，以评价该组学生的预习情况，提问结束后，开始对实验原理、实验步骤以及重要环节进行讲解，并且进行适当扩充。此外，老师需要在学生操作过程中进行巡视， 主要观察学生的操作过程是否符合规范，并且对操作过程中所出现的问题进行纠正。 在试验结束后，老师需要针对每小组学生的操作情况进行评价。应当注意的是，要强调小组成员之间的分工与合作。

2.1.3 实验结束后 在实验结束后，需要以小组为单位进行讨论，并且每个小组推选一位代表，对该次实验结果进行汇报，同时对自己小组进行实验过程中的不足和有点进行说明；然后由其他小组进行评价；最后，带教老师应当从各个小组的操作过程、 实验结果等方面进行总结，并且以各个小组的实验项目完成情况为依据，对每个小组进行评分。课后，每个学生应当整理并记录实验报告，教室对实验报告给予分数，并且将操作分数和实验报告分数尽早告知学生。

2.2 研究组展开过程

2.2.1 实验前 与对照组相同，带教老师需要在实验前2 d 将实验题目和内容告知学生，并且提出2~3 个问题。学生则自己安排时间，带着问题进入虚拟仿真实验中心对相关内容进行预习。并且对实验操作视频进行反复观看，使自己能够熟悉掌握操作过程，并且对学习内容进行巩固，同时要牢记操作过程的注意事项。

2.2.2 实验过程中 在实验过程中，老师首先对于观看虚拟实验视频资料后所提出的问题进行讲解，同时对实验的重点环节进行讲解，并进行必要的知识拓展，学生则采用人机交互的方法进行实验；各小组组长分配小组成员的分工。教师在学生进行虚拟实验时进行巡视，遇到操作不当者应当立刻纠正，对于操作正确者给表扬，使学生对实验的积极性提高，并且依据实验项目的操作情况对各个小组进行评分。

2.2.3 实验结束后 在实验结束之后，以每个小组为单位进行讨论，每组推选一位代表汇报讨论情况，同时对实验过程中所学习到的经验以及不足进行总结;各个小组之间进行相互评价，再由教师对各个小组的情况进行总结，对每个小组的优点和缺点予以指出；最后，仍以各个小组为单位，通过虚拟平台对学生进行考核，对学生掌握实验技能、理论知识和运用程度进行检验。 考试结果在考试结束后由系统直接给出。 此外，教师需要对学生的实验结果进行分析， 同时布置该次实验的课后思考题，并且给出下次实验需要预习的内容，学生可以在课后进入虚拟系统完成复习和预习。虚拟实验系统在整个实验过程中都可以提供给学生作为学习之用。 课后，每个学生应当整理并记录实验报告，教室对实验报告给与分数，并且将操作分数和实验报告分数尽早告知学生。

3 教学质量效果考评

3.1 两组学生平时表现及学生反馈比较

研究组学生医学机能实验平均出勤率为99.4%，对照组平均出勤率为95.2%；在研究组课堂上，学生提问和回答的主动性明显提高，且高于对照组。 研究组课堂纪律也得到明显改善。在实验操作方面，研究组学生对于对动手操作的主动性也大大提高，并且优于对照组。在实验结果分析方面，也得到了很大程度的提升，同时研究组学生的自主学习能力对知识的掌握能力以及运用能力均有提高，且明显优于对照组学生。

3.2 实验报告

对比两组学生实验报告书写情况，研究组学生的实验报告书写认真，字迹工整，内容详实，结果分析到位。主要是由于通过虚拟仿真实验中心，不但可以进行预习，还可以反复学习和复习，这样不但增加了学生的自主学习性，也使学生对实验内容和操作技能掌握更加全面，因此在书写实验报告时可以逻辑清晰，思维严谨，分析得当。

对照组学生在书写实验报告时，态度不认真、字迹潦草，甚至缺少部分内容，有的学生甚至没有对结果进行分析。有的学生报告虽然在形式上符合要求，但是却出现偷工减料的现象，例如实验原理完整性缺乏、实验步骤省略，在分析和讨论部分也只是一笔带过，这不但不利于学生对于实验内容和操作技能的掌握情况，也使学生无法充分掌握理论知识，更加无法运用知识。

3.3 两组学生成绩比较

比较两组学生的成绩，将两组学生平时成绩、操作成绩、笔试成绩按比例加权后，获得总成绩，对各项成绩进行t检验，采用（）进行表示。 并使用 SPSS 20.0 统计学软件进行分析处理，以P<0.05 为差异有统计学意义。结果显示，研究组的各项成绩均较对照组学生高，并且操作成绩、笔试成绩、总成绩均差异有统计学意义（P<0.05）。见表1。

表1 两组学生成绩比较[（），分]

表1 两组学生成绩比较[（），分]

组别对照组（n=168）研究组（n=216）t 值P 值平时成绩7.65±0.39 8.22±0.42 1.327>0.05实操成绩15.26±0.53 18.93±0.41 10.231<0.05 75.96±0.61 89.35±0.53 10.325<0.05考试成绩 总成绩80.52±0.66 85.66±0.89 10.233<0.05

4 讨论

近年来虚拟实验教学的兴起，为广大医学生实验的学习提供了方便，目前虚拟实验教学已经被认为是信息化教学不可或缺的一部分，使用仿真、数字模型以及多媒体等技术相结合，在计算机或者移动客户端建立一个可视的三维环境[4-5]，在三维环境中，有虚拟的实验条件和实验对象等，这使学生通过校园网就能够进行虚拟实验操作，而且该虚拟试验系统不会对实验动物和试剂有所限制，也不会限制时间和空间，使学生在完成实验项目的同时也可以重复地对实验进行复习，巩固实操技能[6]。

此外，学生也可以使用虚拟实验系统对学生的实验实操技能进行考核。 该研究对2016 级、2017 级采用虚拟实验室进行医学技能实验教学，研究结果显示，研究组学生医学机能实验平均出勤率为99.4%，对照组平均出勤率为95.2%；在研究组课堂上，学生提问和回答的主动性明显提高，且高于对照组。此外，研究组课堂纪律也得到明显改善。 在实验操作方面，研究组学生对于对动手操作的主动性也大大提高，并且优于对照组。 在实验结果分析方面，也得到了很大程度的提升，同时研究组学生的自主学习能力对知识的掌握能力以及运用能力在均有提高，且明显优于对照组学生（P<0.05）。

对比两组学生实验报告书写情况，研究组学生的实验报告书写认真，字迹工整，内容详实，结果分析到位。主要是由于通过虚拟仿真实验中心，不但可以进行预习，还可以反复学习和复习，这样不但增加了学生的自主学习性，也使学生对实验内容和操作技能掌握更加全面，因此在书写实验报告时可以逻辑清晰，思维严谨，分析得当。

对照组学生在书写实验报告时，态度不认真、自己潦草，甚至缺少部分内容，有的学生甚至没有对结果进行分析。有的学生报告虽然在形式上符合要求，但是却出现偷工减料的现象，例如实验原理完整性缺乏、实验步骤省略，在分析和讨论部分也只是一笔带过，这不但不利于学生对于实验内容和操作技能的掌握情况，也使学生无法充分掌握理论知识，更加无法运用知识。

结果显示，研究组的各项成绩均较对照组学生高，并且操作成绩、笔试成绩、总成绩均差异有统计学意义（P<0.05）。

由研究结果可知，医学机能学实验采用虚拟实验模式教学，不但能够为学生在开展创新性实验项目提供思路[7-8]，还能够促进学生提高实验技能。此外，虚拟实验由于其特点，无人为移速干扰，仪器灵敏度较好，实验误差较低，可以使学生的科研工作更加精确，而且还避免了某些学生因对实验兴趣小，滥竽充数的可能。同时，学生在进行实验时，可以对实验策略和错误概念及时调整和澄清，培养学生良好的操作习惯的同时，还能够使学生实验的成功率和实操能力得到提高[1]。 虚拟实验平台改变了以往实验教学面对面的传统授课模式，也颠覆了以往需要纸质考试的模式[9-11]。 这不但体现了现代化教学的理念，还在很大程度上提升了教学质量，提高了学生对实验学习的积极性。

综上所述，医学机能实验教学采用虚拟实验室教学的方法，可以提高学生学习的积极性，实操技能，还可以提高学生对理论基础的掌握和运用。