醫(yī)學(xué)機能學(xué)虛擬實驗平臺在實驗技能培訓(xùn)中的作用
——以“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”項目為例

陳小鷹，汪 婕，林 玲

(福建醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院實驗教學(xué)中心，福建福州350122)

醫(yī)學(xué)機能學(xué)虛擬實驗平臺在實驗技能培訓(xùn)中的作用
——以“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”項目為例

陳小鷹，汪 婕，林 玲

(福建醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院實驗教學(xué)中心，福建福州350122)

針對我?；A(chǔ)醫(yī)學(xué)院“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”項目實施過程中學(xué)生缺乏系統(tǒng)的實驗指導(dǎo)等問題，將醫(yī)學(xué)機能學(xué)虛擬實驗平臺應(yīng)用于“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”項目實驗技能培訓(xùn)，從而分析其對提高學(xué)生實驗技能的成效，提出應(yīng)采用虛實結(jié)合的教學(xué)方式、開放虛擬實驗平臺、擴充學(xué)科前沿的實驗項目來彌補短期培訓(xùn)的不足。

虛擬仿真；機能學(xué)；創(chuàng)新實踐;大學(xué)生

“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”是“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”的重要組成部分。經(jīng)過多年的實踐，我?；A(chǔ)醫(yī)學(xué)院“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”項目(簡稱“大創(chuàng)項目”)的實施收到了顯著的成效。然而，隨著大創(chuàng)項目的發(fā)展壯大，管理者發(fā)現(xiàn)不僅要注重大創(chuàng)項目的終期評審，還需對項目實施過程中產(chǎn)生的問題增強重視與指導(dǎo)。由于參與“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”項目的學(xué)生(簡稱“大創(chuàng)學(xué)生”)的科研知識和技能還很欠缺，因此需要教師在項目實施過程中有針對性地指導(dǎo)學(xué)生提升技術(shù)能力。筆者基于我校醫(yī)學(xué)機能學(xué)虛擬實驗平臺的教學(xué)資源，開展針對大創(chuàng)學(xué)生的實驗技能培訓(xùn)課程，為探索項目過程管理提供經(jīng)驗。

一、醫(yī)學(xué)機能學(xué)虛擬實驗平臺在實驗技能培訓(xùn)中的優(yōu)勢

近3年來，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院學(xué)生平均每年承擔(dān)41項大創(chuàng)項目，其中國家級20項、省級17項、校級1項和院級3項，約占全校大創(chuàng)項目的33%。為滿足實驗教學(xué)改革的需求，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院設(shè)立了我校第一個科研設(shè)備較為完善的學(xué)生科研實驗平臺，由實驗教學(xué)中心負責(zé)管理和指導(dǎo)實驗工作。然而，在大創(chuàng)項目管理過程中，管理者發(fā)現(xiàn)學(xué)生實驗技能欠缺，制約了學(xué)生科研能力培養(yǎng)。因此，本研究致力于發(fā)揮機能學(xué)虛擬實驗平臺在實驗技能培訓(xùn)中的優(yōu)勢，幫助學(xué)生規(guī)范實驗操作方法，提高綜合實驗?zāi)芰Γ瑸榻窈蟾玫貐⑴c各類科研活動起到指導(dǎo)性作用。

(一)豐富實驗教學(xué)手段，節(jié)約實驗教學(xué)成本

醫(yī)學(xué)科學(xué)研究中，部分實驗具有操作難度大、危險性較高、實驗成本高等問題。如：大創(chuàng)項目中研究藥物對寄生蟲或病毒感染動物的作用機制、重金屬或致癌物質(zhì)的致病機理等就存在一定的危險性，操作難度大；同時，由于受到實驗設(shè)備的限制，本科生極少有機會接觸一些精密貴重儀器，且大型的貴重精密儀器在日常實驗教學(xué)的可操作性差，實際操作時易造成設(shè)備或配件的損壞，借助虛擬教學(xué)可讓學(xué)生對實驗操作流程有感性的認識，幫助學(xué)生在參與相關(guān)科研實驗時易于上手。

(二)形成教學(xué)與科研之間的橋梁

筆者前期調(diào)查了大創(chuàng)學(xué)生在課題開展過程中的困難，結(jié)果顯示由于學(xué)生尚未接觸動物實驗課程，缺乏基本的動物實驗技能訓(xùn)練，動手能力和科研思維還很欠缺，常造成項目進度遲滯。因而在大創(chuàng)項目開展前，有必要組織學(xué)生統(tǒng)一進行常用的實驗技能培訓(xùn)。虛擬實驗平臺中豐富的機能學(xué)實驗項目和實驗儀器介紹等教學(xué)資源，極大地解決了目前大創(chuàng)學(xué)生機能學(xué)實驗技能培訓(xùn)的這些困難。另外，醫(yī)學(xué)機能學(xué)虛擬實驗室可以成為科研新軍的訓(xùn)練平臺，既提高了虛擬實驗平臺的利用率，又可為科學(xué)研究輸送技能型人才。

(三)有助于提高教學(xué)輔助人員的綜合素質(zhì)

培養(yǎng)一支掌握現(xiàn)代實驗技術(shù)的高水平實驗技術(shù)隊伍，是高等學(xué)校實驗室建設(shè)中的一項重要內(nèi)容[1-2]。本平臺由有經(jīng)驗的教學(xué)輔助人員主持并參與管理，能夠帶動其積極參與實驗教學(xué)改革，有利于加強教學(xué)輔助人員團隊的素質(zhì)培養(yǎng)。虛擬實驗平臺的教學(xué)實踐涉及范圍較廣，既有實驗教學(xué)任務(wù)，又有實驗室建設(shè)和管理工作，還涉及大創(chuàng)項目的管理。教學(xué)輔助人員通過參與該教改課題的實踐，可以提升自身的實驗操作技能、理論修養(yǎng)、教學(xué)科研能力和實驗室管理水平，成為掌握現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)知識和管理手段的復(fù)合型人才。

二、醫(yī)學(xué)機能學(xué)虛擬實驗平臺在實驗技能培訓(xùn)中的應(yīng)用

醫(yī)學(xué)機能學(xué)虛擬實驗平臺建立在VBL-100機能學(xué)實驗仿真軟件基礎(chǔ)上，由基礎(chǔ)知識、實驗動物及儀器介紹、模擬實驗室和實驗考核等部分組成。其中，模擬實驗室和實驗儀器介紹是該平臺資源最為豐富的兩大模塊。模擬實驗室涵蓋了生理學(xué)、藥理學(xué)和病理生理學(xué)三個學(xué)科共63個實驗項目，大大豐富了機能學(xué)實驗教學(xué)項目。另外，實驗儀器介紹模塊以實驗錄像的方式介紹了30種機能學(xué)儀器。筆者通過虛擬平臺的教學(xué)資源進行實驗技能虛擬教學(xué)，以提高大創(chuàng)學(xué)生的動物實驗技能，順利進入課題研究。

(一)利用虛擬平臺為學(xué)生普及動物實驗基本知識

統(tǒng)計結(jié)果顯示，我院獲得41項大創(chuàng)項目中有39項(95%)涉及實驗動物，其中31項(76%)涉及動物在體/離體手術(shù)，26項(63%)涉及動物模型的建立，22項(54%)涉及藥物的干預(yù)研究，6項(16%)需要進行動物行為監(jiān)測。因而，在培訓(xùn)內(nèi)容的設(shè)計上，結(jié)合大創(chuàng)項目中學(xué)生在動物實驗設(shè)計和動物手術(shù)操作方面的弱項，為學(xué)生開展動物實驗相關(guān)知識培訓(xùn)(表1：培訓(xùn)項目3-5)。首先，借助虛擬實驗平臺中“實驗動物介紹”模塊，為大創(chuàng)學(xué)生講授常用實驗動物的生理特性及適用的科研領(lǐng)域。其次，以“藥理學(xué)實驗室”模塊中“藥物急性毒性實驗”為例，為學(xué)生講解了探索性實驗的基本程序及動物實驗設(shè)計的原理和方法。最后，以“實驗儀器介紹”模塊介紹了機能學(xué)常用儀器的使用方法及動物生理數(shù)據(jù)的采集與分析方法。掌握動物實驗的基本知識，了解醫(yī)學(xué)實驗科學(xué)的研究方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴禁的工作態(tài)度，提高實驗的成功率，從而獲得更真實的實驗結(jié)果。

(二)利用“虛實結(jié)合”的教學(xué)模式鞏固學(xué)生對實驗技能的掌握

傳統(tǒng)實驗教學(xué)中，教師主要以語言描述來講解實驗的操作流程，學(xué)生很難從中獲得具象、直觀的操作認識。因而，經(jīng)常會出現(xiàn)教師將整個實驗過程的各個環(huán)節(jié)仔細地講解完后，學(xué)生在操作時仍會遺漏很多重要信息的現(xiàn)象，使得實驗效率低下，實驗結(jié)果不盡理想。筆者利用虛擬實驗平臺中“機能學(xué)實驗常用技術(shù)”模塊的實驗視頻教學(xué)，輔以虛擬實驗操作練習(xí)，使學(xué)生對常用實驗動物基本操作技術(shù)(表1：培訓(xùn)項目6)有感性的認識后，再讓學(xué)生進行真實的動物操作，鞏固學(xué)生對動物實驗技能操作要點及操作步驟的掌握。結(jié)果表明，“虛實結(jié)合”的教學(xué)模式能有效提高學(xué)生對實驗技能的學(xué)習(xí)效率及掌握程度。

(三)利用虛擬平臺引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

大創(chuàng)學(xué)生初次接觸科學(xué)研究，需要將被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換為主動探索，從而培養(yǎng)獨立和自主的品格。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，涌現(xiàn)出大量優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源。面對眾多的信息來源，學(xué)生需要具備檢索、鑒別、選擇、運用的自主學(xué)習(xí)能力。因此，利用醫(yī)學(xué)相關(guān)學(xué)習(xí)網(wǎng)站，并引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)課題的研究方向在虛擬實驗平臺上自主選擇感興趣的實驗項目進行練習(xí)(表1：培訓(xùn)項目7)，使學(xué)生自覺地參與知識的形成過程，切實提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。學(xué)生在正式進行科研實驗前通過虛擬實驗平臺學(xué)習(xí)科學(xué)的實驗方法及規(guī)范的實驗操作技術(shù)，可以拓寬大創(chuàng)課題的研究思路，為大創(chuàng)項目的順利開展創(chuàng)建良好的開端。

表1 培訓(xùn)課程內(nèi)容

三、醫(yī)學(xué)機能學(xué)虛擬實驗平臺在實驗技能培訓(xùn)中的成效

培訓(xùn)結(jié)束后，針對參與培訓(xùn)的大創(chuàng)學(xué)生進行匿名問卷調(diào)查。參與問卷的學(xué)生有41人，其中39份為有效問卷。問卷調(diào)查了本次培訓(xùn)教學(xué)的成效、培訓(xùn)內(nèi)容的適用性以及學(xué)生對虛擬平臺的看法和接受程度。此外，以實驗技能考核的方式調(diào)查學(xué)生對動物實驗基本操作方法的掌握程度。實踐表明，醫(yī)學(xué)機能學(xué)虛擬實驗平臺是培養(yǎng)學(xué)生動物實驗技能的有效方式，學(xué)生通過虛擬教學(xué)后能有效地提高對真實實驗操作技能的掌握程度。

(一)問卷分析

調(diào)查顯示，32名(82%)學(xué)生表示培訓(xùn)符合之前的期待，能如愿地學(xué)到知識；6名(15%)學(xué)生表示之前不是很想?yún)⒓?，但是參加后覺得確實有幫助；1名(3%)學(xué)生表示培訓(xùn)不符合他的期待，很失望。教學(xué)效果和培訓(xùn)內(nèi)容的適用性調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致學(xué)生對培訓(xùn)失望的原因主要是培訓(xùn)內(nèi)容與他們的課題脫節(jié)。培訓(xùn)教學(xué)效果的評價中，19名(49%)學(xué)生表示非常滿意，17名(43%)學(xué)生選擇比較滿意，3名(8%)學(xué)生表示教學(xué)效果一般。39名學(xué)生中有27名(69%)表示能將培訓(xùn)中的實驗方法應(yīng)用于課題研究中，收益良多；10名(26%)學(xué)生表示部分培訓(xùn)內(nèi)容與他的課題關(guān)系緊密；而另外2名(5%)學(xué)生則因培訓(xùn)內(nèi)容與課題脫節(jié)，表示收獲甚微。在培訓(xùn)建議選項中，有5名學(xué)生提出應(yīng)該多介紹一些實驗操作技術(shù)，還有2名同學(xué)提出要增加重要儀器的現(xiàn)場操作示范。由此看來，本次培訓(xùn)的教學(xué)效果和內(nèi)容設(shè)置得到了多數(shù)同學(xué)的認可，主講教師應(yīng)在教學(xué)效果以及培訓(xùn)內(nèi)容與學(xué)生課題的緊密性上多下功夫，盡量增加實驗操作的現(xiàn)場示范，提高學(xué)生的滿意度。

虛擬實驗平臺接受程度調(diào)查顯示，35名(90%)學(xué)生稱他們在虛擬實驗平臺上能夠找到感興趣的模塊，4名(10%)學(xué)生稱幾乎沒有感興趣的模塊。在問及“通過虛擬實驗平臺的學(xué)習(xí)后，對你的動物操作技能有無幫助”，37名(95%)學(xué)生表示有幫助，只有2名(5%)學(xué)生覺得沒有幫助。另外，有36名(92%)同學(xué)覺得通過虛擬平臺上實驗視頻的學(xué)習(xí)能夠幫助他們了解實驗操作的要點。通過虛擬實驗的練習(xí)，28名(72%)學(xué)生表示他們對真實的動物操作更有信心，22名(56%)學(xué)生表示縮短了掌握動物實驗操作的進度，同時也提高了真實動物實驗操作的成功率。這些調(diào)查數(shù)據(jù)說明，學(xué)生對虛擬實驗平臺的興趣很濃厚，而且能切實地感受到虛擬實驗教學(xué)對提高實驗技能的幫助。有22名(56%)學(xué)生希望在今后的實驗課程教學(xué)中使用虛擬實驗平臺進行教學(xué)，27名(69%)學(xué)生希望在實驗課前能利用虛擬實驗平臺的教學(xué)資源進行預(yù)習(xí)，只有3名(8%)學(xué)生不希望在實驗課程的教學(xué)中加入虛擬實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。

(二)實驗技能考核

培訓(xùn)結(jié)束后，在動物實驗操作技術(shù)的動手操作環(huán)節(jié)，筆者以抽簽的方式考察了41名學(xué)生學(xué)生對大小鼠灌胃、尾靜脈注射、腹腔注射、皮下注射和大鼠麻醉等操作技能的掌握程度?？己藰藴史譃槿齻€檔次：第一檔，操作規(guī)范、嫻熟，能順利完成實驗；第二檔，操作有少量錯誤，能基本完成實驗；第三檔，操作生疏，關(guān)鍵步驟錯誤多，基本不能完成實驗。結(jié)果顯示，有37名(90%)學(xué)生操作手法規(guī)范且動作嫻熟，能順利完成實驗，只有4名(10%)學(xué)生對操作要點不熟悉，出現(xiàn)少量錯誤，但在提示后能規(guī)范地完成實驗操作。

四、醫(yī)學(xué)機能學(xué)虛擬實驗平臺在實驗技能培訓(xùn)中的不足及彌補措施

本校醫(yī)學(xué)機能學(xué)虛擬實驗平臺建設(shè)得較早，屬于虛擬教學(xué)系統(tǒng)的早期版本。因而在實驗技能培訓(xùn)中存在一些需要改進的問題，需要在今后的教學(xué)改革中進行深入的研究與探索。

(一)虛實結(jié)合，在虛擬教學(xué)的基礎(chǔ)上，增加動手操作環(huán)節(jié)

由于VBL-100醫(yī)學(xué)機能學(xué)虛擬實驗系統(tǒng)通過軟件模擬虛擬實驗環(huán)境和設(shè)備，學(xué)生在電腦操作中無法完全體會真實實驗的復(fù)雜性，不能真正達到鍛煉實驗操作技能的目的。例如：真實實驗中初學(xué)者常會發(fā)生麻醉過快或過量導(dǎo)致動物死亡，或在動物頸部手術(shù)中出現(xiàn)意外出血等操作失誤；而虛擬實驗則缺少這類失誤的設(shè)置，學(xué)生無法學(xué)到實驗中意外狀況的正確處理方法。因此，筆者在培訓(xùn)中增加了真實動物實驗操作，通過虛擬練習(xí)和真實實驗結(jié)合的教學(xué)方式，幫助學(xué)生加深對實驗操作要點的理解和掌握。目前，關(guān)于如何有效地將虛擬教學(xué)和真實實驗相結(jié)合的報道還較少[3-4]，因此，筆者希望在大創(chuàng)項目實驗技能培訓(xùn)中探索出一個有效結(jié)合的教學(xué)模式，以供本科實驗教學(xué)參考。

(二)以學(xué)生為教學(xué)主體，促進虛擬實驗平臺的開放

我校醫(yī)學(xué)機能學(xué)虛擬實驗室僅限于在實驗室的局域網(wǎng)中使用，影響了虛擬實驗平臺在教學(xué)中的應(yīng)用。短期的培訓(xùn)無法滿足學(xué)生使用虛擬平臺練習(xí)實驗操作的愿望，因此，應(yīng)采取學(xué)生預(yù)約開放的制度，向大創(chuàng)學(xué)生開放虛擬實驗室。未來我院將借助申請國家級虛擬實驗中心的機會，促進虛擬實驗系統(tǒng)的擴充和升級，使學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)就可登陸虛擬系統(tǒng)進行學(xué)習(xí)。開放性實驗平臺是實驗教學(xué)的趨勢，醫(yī)學(xué)類高校已有較成熟的經(jīng)驗可借鑒[5-7]。學(xué)生在經(jīng)過培訓(xùn)后，可帶著自己的科研設(shè)計進入開放實驗室獨立自主地進行實驗練習(xí)，不僅可以鞏固醫(yī)學(xué)知識，也培養(yǎng)了科研思維[8]。

(三)擴充學(xué)科前沿的實驗項目，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

目前，我校醫(yī)學(xué)機能學(xué)虛擬實驗平臺的實驗項目多數(shù)面向?qū)嶒灲虒W(xué)，可用于科研實驗的教學(xué)內(nèi)容較零碎且分散，沒有形成系統(tǒng)的知識體系。例如，實驗動物基本操作技術(shù)的教學(xué)資源不完整，缺乏各類動物模型的造模方法及先進實驗儀器模擬操作等。在進行科研實驗技能培訓(xùn)時需要教師將零散的內(nèi)容組織起來，并另外補充素材。因此，今后醫(yī)學(xué)機能學(xué)虛擬實驗平臺的建設(shè)目標還應(yīng)考慮對學(xué)生科研素質(zhì)的培養(yǎng)，以我院優(yōu)勢的科研成果為依托，建設(shè)教學(xué)與科研資源兼具的虛擬實驗平臺。

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(編輯：陳 越，馬川建)

2016-03-31

福建醫(yī)科大學(xué)高等教育教學(xué)改革工程校級立項項目(J15040)

陳小鷹，女，助理實驗師，理學(xué)碩士。研究方向：機能學(xué)實驗。

林 玲，Email:llinzheng@163.com

R33-33

A

1009-4784(2017)01-0052-04