虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在人體寄生蟲學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

陳海英，阮子蕓，李 健，梁裕芬

（廣西中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，廣西 南寧 530200）

近年來，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)成為高等教育教學(xué)領(lǐng)域繼多媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后的又一項(xiàng)應(yīng)用類新技術(shù)，我國(guó)政府和教育部門高度重視這項(xiàng)技術(shù)的推廣和應(yīng)用，如在中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)的《加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化實(shí)施方案（2018—2022年）》中，把大力推進(jìn)教育信息化列入十項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)之一，并明確提出“開展國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)”［1］。當(dāng)前，虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)與應(yīng)用已經(jīng)成為高等教育領(lǐng)域的焦點(diǎn)［2］，而且在抗擊新型冠狀病毒的過程中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)較好地解決了高校實(shí)驗(yàn)課程的難題。由此可見，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不僅是“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下教育改革的需要，更是特殊時(shí)期應(yīng)對(duì)教育難題的有效舉措［2］。

人體寄生蟲學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是本學(xué)科教學(xué)必不可少的組成部分。積極探討實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新方法、新模式，努力提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，是時(shí)代賦予寄生蟲學(xué)教師的責(zé)任。自我校的“中（壯）醫(yī)藥虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”建成以后，課題組在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中積極引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，以其解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的困難與不足。

1 引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的必要性

目前，我校開設(shè)人體寄生蟲學(xué)實(shí)驗(yàn)的專業(yè)比較多，包括臨床醫(yī)學(xué)、口腔醫(yī)學(xué)、醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)、中西醫(yī)臨床醫(yī)學(xué)、中醫(yī)學(xué)、護(hù)理學(xué)等專業(yè)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)單一模式由于受到學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、安全性等多種因素的影響，教師在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)上艱難取舍。一般情況下，中醫(yī)學(xué)、護(hù)理學(xué)等專業(yè)只能開展一些基本的、寄生蟲形態(tài)結(jié)構(gòu)觀察類實(shí)驗(yàn)，只有學(xué)時(shí)數(shù)相對(duì)較多的醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)、臨床醫(yī)學(xué)等專業(yè)，可以開展部分寄生蟲檢測(cè)和診斷方法類實(shí)驗(yàn)，至于“建立寄生蟲模型”類實(shí)驗(yàn)是無法開展的，這在一定程度上影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的完整性、系統(tǒng)性。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)具有較高真實(shí)度的實(shí)驗(yàn)器材與實(shí)驗(yàn)步驟、高貼合度的實(shí)驗(yàn)?zāi)M場(chǎng)景，而且不受時(shí)間、空間及安全性的限制，能有效解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的困難，可以增加更多的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間，在拓寬學(xué)生知識(shí)面、提高人體寄生蟲學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量等方面均能產(chǎn)生積極作用。

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)將教學(xué)內(nèi)容從傳統(tǒng)的書本集成到現(xiàn)代信息技術(shù)載體中，將靜止的文字和圖片轉(zhuǎn)化成動(dòng)畫和視頻，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來了新思路、新模式。為了更好地把虛擬仿真實(shí)驗(yàn)引入人體寄生蟲學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，課題組已經(jīng)開展了兩年的研究與教學(xué)實(shí)踐。

2.1 本課程的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 課題組曾經(jīng)在兩個(gè)平臺(tái)開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一個(gè)是我校與上海夢(mèng)之路數(shù)字科技有限公司共建的“中（壯）醫(yī)藥虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”，另一個(gè)是2020年上半年疫情期間由上海夢(mèng)之路數(shù)字科技有限公司免費(fèi)提供的“醫(yī)學(xué)魔課MOEC”，平臺(tái)一共提供了24 個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。我校臨床專業(yè)及醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為28學(xué)時(shí)，口腔專業(yè)為16 學(xué)時(shí)，中醫(yī)和護(hù)理專業(yè)則為12 學(xué)時(shí)。為了更好地開展教學(xué)，基于專業(yè)、學(xué)時(shí)數(shù)考慮24 個(gè)實(shí)驗(yàn)被按層次和類別整理，并針對(duì)不同的專業(yè)提出了不同的學(xué)習(xí)要求，見表1。

表1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開設(shè)情況

2.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐

2.2.1 教學(xué)流程 虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般由三個(gè)步驟完成：第一步，教師根據(jù)教學(xué)進(jìn)度引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。第二步，學(xué)生輸入賬號(hào)、密碼登錄平臺(tái)，進(jìn)入管理桌面，點(diǎn)擊“我的課程”，點(diǎn)擊“醫(yī)學(xué)寄生蟲學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)”，即可進(jìn)入各個(gè)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)和操作。具體操作流程包括演示、操作和評(píng)價(jià)三個(gè)部分（圖1），操作過程中如果遇到問題還可以在“答疑中心”提出，與教師、同學(xué)討論。實(shí)驗(yàn)操作完成后，再完成教師布置的作業(yè)或小測(cè)驗(yàn)。第三步，教師查看、監(jiān)督學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，引導(dǎo)學(xué)生討論答疑中心的問題，批改作業(yè)或小測(cè)驗(yàn)。

圖1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作流程

2.2.2 教學(xué)模式 基于專業(yè)、學(xué)時(shí)數(shù)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室條件等因素，課題組把虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用方式分為兩種：一種是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的線上線下混合式教學(xué)模式。這種模式主要是針對(duì)要求學(xué)生熟練掌握的實(shí)驗(yàn)，虛擬實(shí)驗(yàn)作為課前預(yù)習(xí)、課后鞏固的學(xué)習(xí)資源。如醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)開展的“飽和鹽水漂浮法”實(shí)驗(yàn)，課前學(xué)生在虛擬平臺(tái)上模擬實(shí)驗(yàn)操作，并且思考老師布置的四個(gè)問題：①“飽和鹽水漂浮法”的實(shí)驗(yàn)原理是什么？②為何“飽和鹽水漂浮法”可以提高鉤蟲檢出率？③“飽和鹽水漂浮法”的適用蟲種有哪些？④你認(rèn)為“飽和鹽水漂浮法”的關(guān)鍵步驟是什么？此后學(xué)生在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課堂匯報(bào)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)情況，回答老師布置的思考題，并進(jìn)行“飽和鹽水漂浮法”的實(shí)際操作，親身體會(huì)飽和鹽水的添加、糞便的性狀、載玻片的覆蓋與翻轉(zhuǎn)等實(shí)驗(yàn)步驟。如果需要，學(xué)生課后還可以再回到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)一步熟練操作過程。另一種應(yīng)用方式則是單純的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，老師通過平臺(tái)追蹤了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，督促學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)，這種模式主要針對(duì)一些只要求了解或熟悉的實(shí)驗(yàn)，如建立寄生蟲動(dòng)物模型類研究性實(shí)驗(yàn)。

2.3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)反饋 課題組在課程結(jié)束后對(duì)我校2019 級(jí)臨床專業(yè)2 班學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，學(xué)生總數(shù)82 人，發(fā)放問卷82 份，收到有效問卷82 份，結(jié)果見表2。結(jié)果提示，學(xué)生對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)持肯定態(tài)度，尤其是一些需要反復(fù)練習(xí)的實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)室無法開展的實(shí)驗(yàn)，但并不認(rèn)同虛擬仿真實(shí)驗(yàn)完全取代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。

表2 授課學(xué)生的調(diào)查問卷內(nèi)容及結(jié)果

3 教學(xué)體會(huì)

3.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)以虛促實(shí)，使微觀實(shí)驗(yàn)可視化 人體寄生蟲學(xué)實(shí)驗(yàn)很多都是微觀實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程無法觀察，只有等實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到一定程度后通過顯微鏡、放大鏡或經(jīng)過染色才能看到結(jié)果，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)將抽象的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過flash 動(dòng)畫或短片的形式呈現(xiàn)出來，生動(dòng)逼真地展示實(shí)驗(yàn)微觀過程，增強(qiáng)趣味性，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)技能的掌握，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，如“鉤蚴培養(yǎng)法”中鉤蟲卵的發(fā)育過程、幼蟲的破殼而出，“環(huán)卵沉淀試驗(yàn)”中血吸蟲卵與血清中抗體結(jié)合形成沉淀物以及沉淀物的形狀，都會(huì)深深地烙印在學(xué)生的腦海中。

3.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)提供翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)習(xí)資源，有效解決學(xué)時(shí)不足的問題 人體寄生蟲學(xué)需要熟悉和掌握的實(shí)驗(yàn)技術(shù)較多，尤其是醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)和臨床專業(yè)，但目前普遍存在實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)較少的問題。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以讓學(xué)生隨時(shí)登錄網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，打破時(shí)間的限制，讓學(xué)生根據(jù)自己的基礎(chǔ)和掌握程度，在虛擬的環(huán)境中反復(fù)練習(xí)，熟練操作，最后再結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際操作，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容融會(huì)貫通。由于學(xué)生課前即實(shí)驗(yàn)室操作前已經(jīng)掌握實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作過程，可以提高實(shí)驗(yàn)成功率，并且節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間。對(duì)于一些難度大的、操作步驟多的實(shí)驗(yàn)，還可以在做完傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)后再次進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生了解每一實(shí)驗(yàn)步驟在實(shí)驗(yàn)中所起的作用，進(jìn)一步理解實(shí)驗(yàn)原理，消化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

3.3 通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)增加綜合性、研究性實(shí)驗(yàn)，拓寬學(xué)生的知識(shí)面 人體寄生蟲學(xué)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，一些綜合性、研究性實(shí)驗(yàn)較難開展。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的大型綜合性實(shí)驗(yàn)、研究性實(shí)驗(yàn)，如“蛔蟲感染小鼠動(dòng)物模型的建立與病理反應(yīng)觀察”“血吸蟲感染誘導(dǎo)的免疫細(xì)胞反應(yīng)”“骨髓穿刺”等實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生在平臺(tái)上自主開展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，自行設(shè)計(jì)、操作、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、獲得結(jié)論，有效發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，豐富人體寄生蟲學(xué)知識(shí)。

3.4 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可節(jié)省實(shí)驗(yàn)室建設(shè)投入，降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本 在虛擬教學(xué)平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)耗材都是通過虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的調(diào)整、實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)化可以不受實(shí)驗(yàn)設(shè)備性能的制約，能有效解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)周期長(zhǎng)、投入大、更新補(bǔ)充不到位等問題，保障教學(xué)的正常開展。

4 結(jié) 語

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的引入，可以使人體寄生蟲學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)“長(zhǎng)時(shí)程實(shí)驗(yàn)短時(shí)化、大尺度實(shí)驗(yàn)微縮化、微觀實(shí)驗(yàn)可視化、危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)安全化、復(fù)雜實(shí)驗(yàn)熟練化、難重復(fù)實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)化”［5］，解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)諸多的現(xiàn)實(shí)問題，為學(xué)生提供了理論與實(shí)際結(jié)合的機(jī)會(huì)。此外，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在規(guī)范學(xué)生的操作步驟、豐富學(xué)生知識(shí)等方面都可以發(fā)揮重要作用。但仿真實(shí)驗(yàn)畢竟不是真正的實(shí)際操作，存在一定的局限性。如學(xué)生在使用仿真實(shí)驗(yàn)軟件的過程中，會(huì)淡化對(duì)基本訓(xùn)練和動(dòng)手能力的培養(yǎng)，同時(shí)由于仿真實(shí)驗(yàn)的軟件過于智能化，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作出現(xiàn)的錯(cuò)誤，系統(tǒng)會(huì)迅速給出提示，減少學(xué)生思考辨識(shí)的時(shí)間，使學(xué)生產(chǎn)生依懶，可能影響學(xué)生應(yīng)對(duì)突發(fā)事件、排除故障及對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的常規(guī)檢修的能力。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，尤其是針對(duì)一些需要學(xué)生重點(diǎn)掌握的實(shí)驗(yàn)，我們應(yīng)該遵循虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充的原則。