高校生理學(xué)虛擬實驗教學(xué)的實踐與探索

（許昌學(xué)院醫(yī)學(xué)院，河南 許昌 461000）

生理學(xué)是基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的一門重要課程，同時也是一門實驗性很強(qiáng)的學(xué)科，所以在生理學(xué)教學(xué)工作中，實驗教學(xué)占據(jù)主導(dǎo)地位，學(xué)生只有經(jīng)過實驗培訓(xùn)和考核，才能真正提高實踐與創(chuàng)新能力。但是在實際的實驗教學(xué)工作中還存在著很多阻礙，比如實驗課時有限，實驗過程復(fù)雜等，都容易造成實驗失敗，從而學(xué)生的學(xué)習(xí)自信心也會受到打擊。所以高校應(yīng)該積極探索科學(xué)有效的實驗教學(xué)方法來提高實驗教學(xué)質(zhì)量，并提升學(xué)生的生理學(xué)綜合素養(yǎng)?；谟嬎銠C(jī)、信息技術(shù)、科學(xué)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)不斷發(fā)展的時代背景下，促進(jìn)虛擬實驗教學(xué)模式的誕生，虛擬實驗教學(xué)模式和傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法相比，具有交互能力強(qiáng)、仿真程度高等優(yōu)勢，可以讓學(xué)生清晰看到實驗過程及結(jié)果，對學(xué)生來說是良好的輔助學(xué)習(xí)工具。據(jù)此，高校應(yīng)該積極建立生理學(xué)虛擬實驗室，并引進(jìn)相關(guān)技術(shù)和設(shè)備，為培養(yǎng)高質(zhì)量醫(yī)學(xué)人才做好充分準(zhǔn)備。

一、虛擬實驗內(nèi)涵及其優(yōu)缺點

（一）內(nèi)涵?；趯ΜF(xiàn)實世界進(jìn)行虛擬思想的影響下，促進(jìn)虛擬實驗教學(xué)方式的誕生。所謂生理學(xué)虛擬實驗，指的就是借助計算機(jī)技術(shù)或者是仿真軟件來模擬生理學(xué)實驗課，首先是在實驗環(huán)境上和真實實驗課程教學(xué)環(huán)境具有很高的相似度，這樣便于學(xué)生提前熟悉實驗環(huán)境，之后再讓學(xué)生在計算機(jī)上感受虛擬實驗過程，既能鞏固理論知識，又可以鍛煉學(xué)生的實踐能力。而且信息技術(shù)還在飛速發(fā)展，實驗器材、實驗材料等方面的模擬程度還會更加逼真，再加上圖片、視頻等元素的輔助，可以加深學(xué)生對生理學(xué)實驗過程的理解與記憶，從而能夠很大程度上提高學(xué)生的實驗素養(yǎng)。

（二）優(yōu)點。虛擬實驗?zāi)Ｊ胶蛡鹘y(tǒng)實驗教學(xué)模式相比具有很大優(yōu)勢，首先通過虛擬實驗，可以在計算機(jī)以及仿真軟件的幫助下，把現(xiàn)實的實驗教學(xué)任務(wù)進(jìn)行模仿還原，從而高校生理學(xué)教學(xué)中實驗課程的壓力就能夠有所緩解，避免實驗課時減少，而且基于虛擬實驗視域下，除了可以模擬真實事物之外，還能夠模擬出宏觀和微觀世界中的事物，以生動逼真的形象展示在學(xué)生面前。其次，生理學(xué)實驗有著很高的成本，而且失敗次數(shù)不可預(yù)知，所以需要高校在此投入很大的資金來購進(jìn)實驗材料，但是建立虛擬實驗室以后，就可以有效緩解材料消耗大的問題，從而可以節(jié)約部分資金和資源，尤其是對于高難度實驗來說，通過在計算機(jī)中進(jìn)行虛擬實驗，也不會影響對實驗現(xiàn)象的觀察記錄，同時還能提高學(xué)生的實驗技能。

（三）缺點。虛擬實驗開展需要有互聯(lián)網(wǎng)工具作為輔助，這就意味著學(xué)生并不能真正參與到真實的實驗中去，在虛擬實驗教學(xué)模式下，學(xué)生只是對生理學(xué)實驗過程有了初步了解，雖然有信息技術(shù)和多媒體技術(shù)的輔助，但是只增強(qiáng)了學(xué)生的實驗理論技能，并沒有真正提高他們的實驗實踐技能水平。此外，學(xué)生在進(jìn)行虛擬實驗時，不利于他們認(rèn)識到自身的不足，同時虛擬實驗也無法加深學(xué)生對實驗課程的學(xué)習(xí)印象。還有，雖然虛擬實驗可以節(jié)約生理學(xué)材料成本，但是卻不利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力，以及發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，這樣學(xué)生在真實的實驗過程中，也難以達(dá)到理想效果，所以說虛擬實驗并不能完全替代真實實驗，這也是虛擬實驗教學(xué)需要應(yīng)對的難題。

二、高校生理學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀

高校作為重要的人才培養(yǎng)基地，應(yīng)該主動承擔(dān)起醫(yī)學(xué)人才的培養(yǎng)責(zé)任，同時對學(xué)生進(jìn)行醫(yī)學(xué)理論知識和實踐技能的教育。針對生理學(xué)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域來說，良好的生理學(xué)實驗素養(yǎng)對學(xué)生來說是必備能力，但是在實際的生理學(xué)實驗教學(xué)中，還存在很多困境阻礙教學(xué)質(zhì)量提升，通過總結(jié)分析發(fā)現(xiàn)主要問題集中在以下幾個方面。

（一）實驗機(jī)會缺乏

隨著高校擴(kuò)招工作不斷進(jìn)行，所以醫(yī)學(xué)生數(shù)量持續(xù)增加，從而不可避免的會造成實驗資源緊張，再加上很多學(xué)校的實驗室建設(shè)比較落后，無法充分滿足眾多學(xué)生的生理學(xué)實驗需求，比如過去的實驗小組由四到五個學(xué)生組成，但是現(xiàn)在都有八九個學(xué)生，而且每節(jié)生理學(xué)實驗課時間有限，不能做到讓每個學(xué)生都完整的進(jìn)行一遍實驗，所以學(xué)生的實驗機(jī)會就大大減少，長期以往，學(xué)生所學(xué)的生理學(xué)理論知識得不到實踐，那樣不利于學(xué)生實驗技能水平提升。

（二）實驗成本過高

受到實驗性質(zhì)的影響，生理學(xué)實驗主要對象就是活物，眾所周知動物的價格比較高，而且還需要用到各種各樣的儀器設(shè)備，所以對學(xué)生而言實驗難度很大，對學(xué)生的實驗基礎(chǔ)能力有著一定要求。不少學(xué)生在此之前對實驗儀器沒有任何了解，因而實驗的時候就不知道該如何正確使用實驗儀器，這樣出現(xiàn)實驗失誤的幾率也會增大，不僅會導(dǎo)致實驗中斷，嚴(yán)重的還會直接損壞儀器，特別是對是輔助設(shè)備像換能器、屏蔽盒等來說更容易損壞，以及一些專業(yè)的手術(shù)器械等。因此在學(xué)生人數(shù)較多，實驗教學(xué)任務(wù)重的情況下，學(xué)校需要在實驗教學(xué)方面投入過高的資金成本。

（三）學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識缺乏

生理學(xué)教學(xué)工作的展開需要根據(jù)教學(xué)大綱要求，其中有不少常規(guī)實驗內(nèi)容都對實驗材料有著特殊性要求，不管是哪種物品缺失，都會導(dǎo)致實驗結(jié)果失敗。而且有的生理學(xué)實驗操作復(fù)雜，要求很精細(xì)，這對學(xué)生來說有很大的學(xué)習(xí)困境，學(xué)生很難在有限的學(xué)時內(nèi)學(xué)會熟練操作，同時心理上也會給學(xué)生造成負(fù)擔(dān)，對實驗失去自信心，這樣實驗失敗幾率就會大幅提升，以此形成惡性循環(huán)。例如在“家兔動脈血壓實驗”當(dāng)中，需要完成頸總動脈插管這一步驟，該項操作十分精細(xì)，大部分學(xué)生都無法在初次實驗中獲得成功。再者，學(xué)生在預(yù)習(xí)實的原理、過程和現(xiàn)象的過程中容易感覺到抽象，因而沒有對實驗預(yù)習(xí)活動加強(qiáng)重視，也就是自主學(xué)習(xí)意識缺乏，這樣也會加劇實驗失敗。

三、高校生理學(xué)虛擬實驗教學(xué)的實踐與探索

下面是在某醫(yī)學(xué)院校臨床專業(yè)隨機(jī)選取兩個班級學(xué)生，并將他們分為兩組，一組是實驗組，一組是對比組，然后在年齡、性別等方面比較無統(tǒng)計學(xué)差異（P ﹥ 0.05）。對實驗組的學(xué)生采取虛擬實驗教學(xué)模式，另一組則使用傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式，然后對兩組的筆試成績和實驗報告成績進(jìn)行統(tǒng)計。

經(jīng)實驗調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果如下：

實驗結(jié)果顯示虛擬實驗教學(xué)模式相較于傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式能夠在提高學(xué)生理論成績和實驗技能方面發(fā)揮積極效用，所以虛擬實驗教學(xué)模式具有很大的推廣價值。

由于實驗在生理學(xué)領(lǐng)域中占據(jù)重要地位，所以高校應(yīng)該積極應(yīng)對當(dāng)前生理學(xué)實驗教學(xué)工作中存在的不足，并對虛擬教學(xué)模式的優(yōu)勢加強(qiáng)研究，主動探索它在生理學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用路徑，從而能夠促進(jìn)學(xué)生生理學(xué)實驗素養(yǎng)水平提高。

（一）強(qiáng)化資源共享

因為虛擬實驗就是以計算機(jī)為媒介，對真實實驗進(jìn)行模擬與仿真，所以不用教師準(zhǔn)備實驗動物、藥品、器械等，同時也能有效緩解因?qū)W生人數(shù)過多而無法同步進(jìn)行實驗的不足。在虛擬實驗室中，只需連接校園網(wǎng)絡(luò)，便可以直接開展生理學(xué)虛擬實驗教學(xué)活動，所以為鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)，學(xué)?？梢赃M(jìn)行資源共享，也就是給予在校學(xué)生訪問校園網(wǎng)絡(luò)的權(quán)利，然后學(xué)生就能進(jìn)入到學(xué)校的虛擬實驗室系統(tǒng)中，這樣學(xué)生就可以隨時隨地運用聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來進(jìn)行生理學(xué)虛擬實驗操作。不僅打破了必須有專業(yè)實驗場所和實驗教師指導(dǎo)的限制，同時也沒有空間和時間的阻礙，學(xué)生無論在教室還是在宿舍都能夠訪問虛擬實驗室網(wǎng)站，根據(jù)自己的實際學(xué)習(xí)情況來選擇相應(yīng)的實驗操作，這樣可以有效提高學(xué)生對生理學(xué)實驗的熟練程度，不用擔(dān)心因為實驗機(jī)會不足而無法掌握每個實驗步驟，進(jìn)而能夠增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自信心，對生理學(xué)實驗技能水平提高有著積極意義。

（二）增強(qiáng)虛擬實驗真實性、互動性

在傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式下，主要有教師講述或者 PPT 演示這兩種方式，依靠先進(jìn)的信息技術(shù)和多媒體技術(shù)，為虛擬實驗教學(xué)模式的產(chǎn)生創(chuàng)造有利條件，它主要是通過應(yīng)用照片、視頻、動畫等元素，來創(chuàng)建一個十分逼真的實驗情境，并且能夠清晰的呈現(xiàn)出實驗效果。所以虛擬實驗教學(xué)模式的引用，能夠大大降低實驗投入成本，只需經(jīng)過操作虛擬實驗系統(tǒng)，就可以將難度大、要求高的實驗經(jīng)過直觀展現(xiàn)在學(xué)生面前。比如對家兔麻醉這一實驗來說，教師可以運用視頻展示的方法來讓學(xué)生熟悉實驗步驟，主要有靜脈血管的選擇、麻藥及其劑量、麻醉好后的判斷標(biāo)準(zhǔn)等，每個操作步驟都可以在計算機(jī)上點擊鼠標(biāo)完成，這樣也能增強(qiáng)虛擬實驗教學(xué)的趣味性，讓學(xué)生長時間保持注意力，在輕松的學(xué)習(xí)氛圍中便能學(xué)習(xí)到生理學(xué)實驗專業(yè)知識。再者，要想全面提高虛擬實驗真實性，那么實驗結(jié)果應(yīng)該在合理時間范圍內(nèi)呈現(xiàn)出來，方便學(xué)生看到實驗結(jié)果，例如在進(jìn)行尿液調(diào)節(jié)實驗時，假如學(xué)生在計算機(jī)上點擊“靜脈注射生理鹽水 20毫升”“靜脈注射 20%葡萄糖 5 毫升”等操作按鍵時，那么虛擬實驗系統(tǒng)應(yīng)該立即顯示出尿液滴數(shù)變化，如果有的學(xué)生操作失誤沒有進(jìn)行麻醉這一步驟，而是直接操作膀胱插管，那么虛擬實驗系統(tǒng)應(yīng)該做出拒絕執(zhí)行此命令的反應(yīng)，這樣可以增強(qiáng)學(xué)生進(jìn)行規(guī)范實驗的意識。綜上，提高虛擬實驗的真實性、互動性之后，能夠讓學(xué)生在仿真的實驗環(huán)境下學(xué)習(xí)到專業(yè)的生理學(xué)實驗知識，對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和實驗思維的樹立有很大幫助，同時真實實驗成本過高的難題也能化解。

（三）提高實驗考核合理性

過去對學(xué)生進(jìn)行實驗考核時，主要分為兩個部分內(nèi)容，分別是現(xiàn)場實踐操作結(jié)果合實驗卷面考核，這兩部分有著不同的分?jǐn)?shù)占比，一般來說實踐操作占 70%，卷面考核占 30%，但是在實際操作過程中，經(jīng)常有實驗場所、實驗教師等方面的限制，所以最終取得的考核結(jié)果并不一定準(zhǔn)確，這樣既無法反映學(xué)生實驗操作的真實能力，也不能對教師的教學(xué)成效有一個準(zhǔn)確評價，總之存在多個弊端。所以在實施虛擬實驗教學(xué)模式之后，高校應(yīng)該注重提高虛擬實驗系統(tǒng)中實驗考核模塊的合理性、科學(xué)性，將學(xué)生實驗操作步驟進(jìn)行細(xì)致劃分，并讓每個流程占據(jù)一定分?jǐn)?shù)，然后在進(jìn)行期末理論考試前先開展實驗考核工作，對每個學(xué)生的考試內(nèi)容進(jìn)行隨機(jī)命題，從而虛擬實驗系統(tǒng)會按照考試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改卷并給學(xué)生反饋考試結(jié)果，這樣既提高了實驗考核工作效率，又確?？己私Y(jié)果的公正、客觀，對學(xué)生而言也有助于他們明確知道自己在實驗操作中的不足，并在今后的學(xué)習(xí)中可以進(jìn)行鞏固，對自主學(xué)習(xí)意識的培養(yǎng)也有積極意義。

四、結(jié)語

綜上所述，通過實施虛擬實驗教學(xué)模式，可以讓學(xué)生在仿真的實驗環(huán)境下進(jìn)行實驗練習(xí)，既能夠幫助學(xué)生消化實驗理論知識，又能提高他們的實驗?zāi)芰λ?，所以虛擬實驗教學(xué)工作的展開具有重要意義。針對當(dāng)前高校生理學(xué)教學(xué)活動中存在的實驗機(jī)會缺乏、實驗成本過高、學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識缺乏等問題，高?？梢酝ㄟ^實施強(qiáng)化資源共享、增強(qiáng)虛擬實驗真實性、提高實驗考核合理性等策略進(jìn)行改善，進(jìn)而可以讓虛擬實驗教學(xué)工作的價值充分體現(xiàn)出來。