虛擬實驗在《流行病學(xué)》實驗教學(xué)中的應(yīng)用

劉文宣++楊磊++李濤++楊潔++李曼++劉英麗++劉建波

摘要：目的：探討虛擬實驗教學(xué)模式對《流行病學(xué)》實驗教學(xué)效果的影響。方法：將預(yù)防醫(yī)學(xué)本科生隨機分為實驗組和對照組，分別采取虛擬實驗和傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式開展流行病學(xué)實驗課，通過調(diào)查問卷分析比較不同教學(xué)方式的教學(xué)效果。結(jié)果：虛擬實驗教學(xué)的教學(xué)效果優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式。結(jié)論：虛擬實驗教學(xué)優(yōu)勢明顯，教師應(yīng)根據(jù)實驗內(nèi)容，科學(xué)合理地運用虛擬實驗和傳統(tǒng)實驗，以提高實驗教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：虛擬實驗實驗；傳統(tǒng)實驗實驗；流行病學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）16-0266-03

《流行病學(xué)》是預(yù)防醫(yī)學(xué)的主干課程之一，是一門實踐性很強的學(xué)科，實驗教學(xué)是其重要的組成部分。但國內(nèi)現(xiàn)有的《流行病學(xué)》實驗教學(xué)體系存在許多問題，如實驗教學(xué)內(nèi)容主要為驗證性實驗，實驗教學(xué)方式基本還是以傳統(tǒng)實驗教學(xué)為主等，這使得學(xué)生在知識面的拓展和實踐運用等方面不能受益，故高校現(xiàn)有的實驗室資源遠遠無法滿足預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生的需求，無法達到國家提出的“培養(yǎng)實用性預(yù)防醫(yī)學(xué)人才”的要求[1]。虛擬實驗是將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及傳統(tǒng)實驗相結(jié)合的虛擬實驗軟件，它突破傳統(tǒng)實驗的時空限制，學(xué)生可以隨時隨地通過網(wǎng)絡(luò)進入實驗環(huán)境，選擇所需的實驗項目。在虛擬實驗中，抽象的概念、原理、過程被形象、生動而又真實地表現(xiàn)出來，學(xué)生不僅能夠感受的“真實的”實習(xí)環(huán)境，有濃厚的興趣參與其中；而且學(xué)生還可自主設(shè)計實驗，培養(yǎng)自己的設(shè)計能力、分析能力以及創(chuàng)新意識[2]。現(xiàn)場調(diào)查是流行病學(xué)工作實踐的起始和基礎(chǔ)，對于預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生，掌握現(xiàn)場調(diào)查的方法，闡明疾病在不同人群、不同時間及不同地區(qū)的分布特征，獲得疾病的流行特征及發(fā)生發(fā)展規(guī)律具有舉足輕重的意義[3]。突發(fā)公共衛(wèi)生事件的流行病學(xué)調(diào)查是疾控工作的重要內(nèi)容，因該事件的發(fā)生具有緊急性和不確定性，故實驗課上組織學(xué)生親臨突發(fā)事件現(xiàn)場進行實習(xí)的可行性較低。故我室設(shè)計并研發(fā)出虛擬實驗項目，運用各種虛擬實驗手段，讓學(xué)生在實驗課上進行突發(fā)公共衛(wèi)生事件的現(xiàn)場模擬訓(xùn)練，以提高學(xué)生對突發(fā)事件的應(yīng)急處理能力。本研究以察布查爾病的流行病學(xué)調(diào)查為核心，使學(xué)生像在真實現(xiàn)場一樣對研究對象的選擇、樣本含量及抽樣方法的確定、資料的收集、整理和分析、得出研究結(jié)論等方面進行虛擬處理，并比較虛擬實驗和傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的教學(xué)效果，旨在為進一步搞好《流行病學(xué)》實驗教學(xué)探索新途徑。

一、研究對象與方法

1.研究對象。以本校2013級預(yù)防醫(yī)學(xué)本科學(xué)生作為研究對象，共186人，男生85人，女生101人，21-23歲，將其隨機分為兩個組：一組是實驗組（93人），一組是對照組（93人），兩組學(xué)生在性別、年齡分布上均無顯著性差異（P>0.05）。

2.教學(xué)方法。教學(xué)內(nèi)容為《流行病學(xué)》實驗課——突發(fā)公共衛(wèi)生事件，實習(xí)過程為開展察布查爾病的流行病學(xué)調(diào)查，對照組采用傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式；實驗組將我教研室自行設(shè)計的虛擬實驗項目應(yīng)用于實驗教學(xué)中，學(xué)生以計算機作為基本的技術(shù)平臺， 使用與課程內(nèi)容相適應(yīng)的實驗軟件，在虛擬的環(huán)境下進行相關(guān)內(nèi)容的實驗，獲得如身臨其境效果的實驗體驗。我們將該虛擬實驗分為四個部分：實驗簡介、實驗調(diào)查、實驗分析與實驗后記結(jié)果。

I.實驗簡介：作為對該實驗的簡單介紹，使學(xué)生對實驗或事件有一個基本的了解。

II.實驗調(diào)查：作為該實驗的主要構(gòu)成部分，用FLASH動畫與互動方式做為該實驗的展示特點，以多媒體動畫、虛擬操作的方式展示課題內(nèi)容，調(diào)動學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。

III.實驗分析：作為實驗的第二主要構(gòu)成部分，該部分以調(diào)查部分作為依據(jù)，對調(diào)查資料進行分析與判斷，并且根據(jù)老師的教學(xué)需求定制相關(guān)實驗，通過電腦實施交互教學(xué)，實驗操作簡便，易學(xué)易懂，實驗內(nèi)容要新穎，加深學(xué)生印象。使開放實驗變的便捷、有趣、高效，開辟新的教學(xué)方法。

IV.實驗后記結(jié)果：該部分作為學(xué)生對該實驗或事件的總結(jié)部分，學(xué)生通過虛擬實驗的操作對課題進行總結(jié)記錄，培養(yǎng)創(chuàng)造力，加深記憶。

3.教學(xué)效果評價。采用問卷對兩組學(xué)生的教學(xué)效果進行無記名調(diào)查，內(nèi)容包括：學(xué)生對實驗的興趣、學(xué)生實驗預(yù)習(xí)效果、學(xué)生動手機會、實驗數(shù)據(jù)處理分析、實驗報告書寫、實驗課后復(fù)習(xí)效果、學(xué)生對實驗理論及基本操作技能的掌握程度、培養(yǎng)學(xué)生實驗創(chuàng)新和設(shè)計能力及學(xué)生滿意度。

4.統(tǒng)計學(xué)方法。所有數(shù)據(jù)分析均使用SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)處理，采用x2檢驗比較兩組間率的差異，P<0.05為差異有顯著性。

二、結(jié)果

通過問卷調(diào)查比較兩種實驗教學(xué)方法的教學(xué)效果，本次研究參與調(diào)查的學(xué)生共計186人，問卷回收率100%。調(diào)查結(jié)果分析顯示，與傳統(tǒng)實驗教學(xué)相比，虛擬實驗有利于增加學(xué)生對實驗的興趣（P<0.05）；可提高學(xué)生實驗課前預(yù)習(xí)效果（P<0.05）。這種新的實驗教學(xué)方法增加了學(xué)生在實驗課中的動手機會（P<0.05）；有助于學(xué)生自主進行實驗數(shù)據(jù)的處理分析（P<0.05）；并完整書寫實驗報告（P<0.05）；而且便于學(xué)生實驗課后復(fù)習(xí)（P<0.05），進一步鞏固理論知識，豐富實踐經(jīng)驗。《流行病學(xué)》教學(xué)大綱已規(guī)定本課程應(yīng)注重學(xué)生基本實踐技能及設(shè)計創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，虛擬實驗較傳統(tǒng)實驗教學(xué)更有利于培養(yǎng)學(xué)生對實驗理論及操作基本技能的掌握（P<0.05）；并有利于培養(yǎng)學(xué)生實驗創(chuàng)新和設(shè)計能力（P<0.05）。另外，學(xué)生對模擬實驗教學(xué)的滿意度高于傳統(tǒng)實驗教學(xué)（P<0.05）。詳見表1。

三、討論

現(xiàn)代流行病學(xué)實驗教學(xué)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作技能和創(chuàng)新思維及設(shè)計能力，這是理論聯(lián)系實際的重要途徑，是學(xué)生從課堂理論轉(zhuǎn)換為實際工作能力的有效方法。與傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ较啾?，虛擬實驗具有以下優(yōu)勢：

1.激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣?！读餍胁W(xué)》實驗教學(xué)的內(nèi)容和方法常常由于不能深入現(xiàn)場而受限，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式僅僅是對實驗指導(dǎo)上已有的資料進行分析，難以調(diào)動全體學(xué)生學(xué)習(xí)的主動積極性；而虛擬實驗是一種迎合現(xiàn)代學(xué)生學(xué)習(xí)計算機化、網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)模式，能給學(xué)生“真實的”現(xiàn)場調(diào)查環(huán)境，學(xué)生能夠獲得身臨其境的真實體驗[4]，而且我室研發(fā)的虛擬實驗是以FLASH動畫與互動方式做為該實驗的展示特點，以多媒體動畫、虛擬操作的方式展示課題內(nèi)容，充分調(diào)動學(xué)生積極性，學(xué)生在興趣的驅(qū)動下主動參與其中。另外，學(xué)生利用虛擬實驗室，加深對所學(xué)理論知識的理解，可獲得學(xué)習(xí)的成就感，所以學(xué)習(xí)的積極性自然就會提高，對新知識的接受能力更強。

2.提高學(xué)生實驗預(yù)習(xí)效果和實驗課后復(fù)習(xí)效果。流行病學(xué)實驗研究程序復(fù)雜，需要課前充分預(yù)習(xí)，來了解實驗步驟，掌握實施細節(jié)。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式僅僅借助實驗指導(dǎo)，紙上談兵般地介紹實驗過程，學(xué)生預(yù)習(xí)效果很差，實驗課上還需要教師反復(fù)講述并指導(dǎo)，課后復(fù)習(xí)也僅僅局限于根據(jù)實驗指導(dǎo)書寫出千篇一律的實驗報告；而利用虛擬實驗室，學(xué)生不受時空限制，可在家或宿舍通過課前實驗預(yù)習(xí)和模擬訓(xùn)練，體驗到在研究的不同階段使用不同的方法可以達到不同的研究結(jié)果[5]。而且在反復(fù)摸索過程中，學(xué)生會認真研究實驗原理及各環(huán)節(jié)的操作步驟，最終，學(xué)生可針對不同情況制定出最佳的實施方案。課后，學(xué)生在書寫實驗報告的過程中，可以比較不同方法的優(yōu)缺點，并對不同的實驗結(jié)果進行對比分析，從而進一步鞏固理論知識，豐富實踐經(jīng)驗。另外，在我室設(shè)計的虛擬實驗最后一個模塊——實驗后記結(jié)果部分中，學(xué)生可以通過虛擬實驗的操作對課題進行總結(jié)記錄，加深記憶。

3.增加學(xué)生動手機會，助于學(xué)生自主處理分析實驗數(shù)據(jù)，并完整書寫實驗報告。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)受條件限制，很多實驗只能以小組的形式來完成，每個學(xué)生不一定都能得到動手的機會，學(xué)生通常只將此次實驗得到的單一的實驗數(shù)據(jù)進行處理分析，并據(jù)實書寫實驗報告；而虛擬實驗只需要有網(wǎng)絡(luò)和計算機，就可以使得所有學(xué)生全程獨立完成每個實驗，然后使用虛擬實驗的實驗分析模塊，以實驗內(nèi)容作為依據(jù)，對實驗結(jié)果進行分析與判斷，并且根據(jù)老師的教學(xué)需求定制相關(guān)實驗，并通過電腦實施交互教學(xué)，最后將以上過程進行總結(jié)并完整書寫實驗報告，學(xué)生從中可以得到更多的收獲。

4.強化學(xué)生對實驗理論及操作基本技能的掌握程度。實驗理論及操作基本技能是學(xué)生順利完成實驗的保證[6]。然而，在實驗課上，總有一部分學(xué)生的實驗理論及操作基本技能不過關(guān)，嚴重影響了實驗效率和實驗結(jié)果，這是目前傳統(tǒng)實驗教學(xué)法難以解決的問題；而利用虛擬實驗室，在實驗課前，學(xué)生即可使用虛擬實驗反復(fù)實踐，并熟悉掌握一些基本理論及操作技能，這樣實驗課上就能應(yīng)對自如。

5.強化培養(yǎng)學(xué)生實驗創(chuàng)新和設(shè)計能力。虛擬實驗教學(xué)中，教師注重鼓勵學(xué)生利用虛擬實驗驗證自己的想法和靈感，它打破了傳統(tǒng)實驗的束縛，學(xué)生可以自主設(shè)計實驗程序及實驗步驟，從而加深學(xué)生對實驗知識的深刻理解。故與傳統(tǒng)實驗教學(xué)相比，虛擬實驗有助于培養(yǎng)學(xué)生的實驗創(chuàng)新和設(shè)計能力，充分培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力。

綜上所述，與傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式相比，虛擬實驗教學(xué)優(yōu)勢明顯，學(xué)生的滿意度也極高，將其利用到《流行病學(xué)》實驗教學(xué)中是未來發(fā)展的必然趨勢[7]。但虛擬實驗教學(xué)不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的真實實驗教學(xué)，因為虛擬實驗都是通過操作鼠標來實現(xiàn)的，而傳統(tǒng)實驗在提高學(xué)生動手操作能力上具有不可替代的優(yōu)勢。因此，在《流行病學(xué)》實驗教學(xué)改革中，教師應(yīng)隨時關(guān)注現(xiàn)實中出現(xiàn)的公共衛(wèi)生問題，及時更新實驗教學(xué)內(nèi)容，并根據(jù)實驗內(nèi)容，科學(xué)合理地運用虛擬實驗和傳統(tǒng)實驗，將二者有機結(jié)合起來，優(yōu)勢互補，相輔相成，這樣才能更好地提高實驗教學(xué)效果，讓學(xué)生學(xué)以致用，進而滿足當前社會對應(yīng)用性預(yù)防人才的需求。

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