利用模拟实验系统加强医学机能实验教学

王跃秀，徐敬东，侯晓莉，童学红，崔 茜，王 军

首都医科大学基础医学院:1生理学与病理生理学系;2实验教学中心，北京 100069

随着基础医学教学改革的不断深入，多媒体和网络技术的迅猛发展，模拟实验教学系统在医学机能学教学中的应用备受关注［1］。在机能学教学中，如何充分发挥现代教育技术的优势组织实验课堂教学，优化医学机能学实验教学，是目前实验教学人员亟待讨论的新课题。

1 机能模拟实验系统简介

模拟实验系统是一种运用虚拟现实技术模拟真实实验的计算机教学软件［2］。它采用多媒体技术在计算机上建立虚拟实验室环境，提供可操作的虚拟实验仪器，使学生在通过接近真实的人机交互界面完成实验，同时掌握实验的原理、关键操作步骤、结果的记录及实验注意事项。有关实验的测试题等都一一具备，而且能够声形并貌地展示出来，提供实验教学的一体化功能。学生不通过操作真实的实验仪器、实验对象、实验药品等就能够对相关的实验有深入的理解，且学习的速度快，所接受的信息量大［3］。

首都医科大学基础医学院医学机能实验平台近年来逐步在医学机能教学中引入模拟实验系统，构建了实验系统和模拟实验系统结合的机能实验室，每个实验室中包括一台教师机与六台学生机，每台分别安装了BL-420生物机能信号系统及VBL-100医学机能模拟实验室系统，并且在教师机及学生机之间形成局部网络联系及操控［4］。这为教师及学生在实验教学中将现实的实验教学与模拟实验教学二者有机地结合提供了仪器设备保障。

医学机能模拟实验系统由资料室、准备室、动物房、模拟实验室和模拟考场五部分组成。在模拟实验室中包含了生理实验、病理实验、药理实验、人体实验以及综合实验等五个部分，总共涵盖了五十多项实验，每个模拟实验包括:实验简介、实验原理、模拟操作、实验录像和实验结果。其中，采用多媒体技术详细而生动地介绍了实验所涉及的基本原理、基础知识、基本技能和实验注意事项等。模拟实验系统结构完整而合理，内容生动而丰富，为学生理解和掌握实验提供了科学的指导。

2 医学机能实验课的教学要求

医学机能学实验涵盖了生理学、病理生理学和药理学等学科，是一门与机能相关学科理论教学统筹协调的独立实验课程。同时也是基础实验与临床前沿结合的桥梁课程。首都医科大学基础医学院的机能实验教学分为三个模块:机能学实验基础的技能培训;以系统为核心的各学科经典实验与科学融合性实验;以培养学生科学的思维能力和创新意识的设计性实验［5］。该门课程不仅要求学生掌握相关学科的理论知识与基本操作技能，更重要的是培养学生严谨的科学作风，观察、分析、解决问题的综合能力以及创新意识等［6］。对于普通实验，为了达到这个要求，组织教学按照三步进行:课前要求学生了解实验背景以及相关知识，理解实验原理;课堂上要求学生完成实验动物手术操作，连接并操控实验仪器，排除一定的故障，完成实验过程;课后要求学生分析讨论实验结果并完成实验报告。对于一些设计性的实验还要求学生自己选择实验动物、实验仪器、设计实验方案等。而模拟实验则是随着现代教育技术迅猛发展而新兴起来的一种教学手段。如何将之“为我所用”，如何“物尽其用”，更好地辅助我们达到医学机能实验教学要求，是我们在教学实践中需要不断探索的问题。

3 利用模拟实验系统加强医学机能实验教学

3.1 改进实验演示效果，提高实验成功率

演示实验具有特殊的魅力，它容易激发学生的兴趣，提高实验教学效果，可以为学生提供直接、准确、生动的感性材料，帮助学生更高效率地完成实验课的要求。通过演示实验教学可以帮助学生学习正确、规范化的操作技术和方法，养成良好的实验习惯，同时，还可以培养学生的观察能力、分析能力以及推理能力［7］。

我们在某些实验教学过程中，改变了传统实验教学中教师边演示、边讲述的形式，而是利用模拟实验教学系统，让学生通过观看实验录像，操作模拟实验的形式，在真正进行现实实验操作之前就得到形象的感性认识和理性的思考，在“有备而来”的基础上再进行现实的实验操作。通过模拟实验系统，向学生们展示了规范的实验操作，并从不同角度加强了关键操作步骤的演示，再加上其可重复性，效果明显好于众多的学生围着教师观看的传统演示教学。学生通过课前或实验进程中多次观看模拟实验录像，对实验操作有了较深的感性认识，因此现实实验中操作较主动，实验成功率大大提高［8］。

3.2 扩展实验教学内容，丰富学生知识面

由于受机能实验教学学时数的限制，一些实验项目不能由学生利用实验动物进行实际的动手操作。因此，利用医学机能模拟实验系统，在有限的实验学时内使学生获取更多的有关实验的信息，学生通过对这些实验项目的学习，对这些实验所涉及的知识有了一定的了解。例如:我们在机能学实验C课程(供中医药、高职等专业)中仅三学时的蟾蜍的坐骨神经电生理实验中安排了学生实际制作坐骨神经-腓神经标本，然后进行仪器连接，记录坐骨神经的双向和单向动作电位，之后要求学生通过自学模拟实验系统的相关实验，学习掌握动作电位传导速度及不应期的测定。对于动物实验完成得较好，操作速度快，而且自学效率高的实验小组，教师可以提供相应的记录电极而进行在神经标本上的实际操作，这样既拓展了实验教学内容，还增加了学生的自学热情。

3.3 改变传统教学模式，引导学生自主学习

近年来，随着科学技术的飞速发展、知识结构的快速更新，自主学习能力成为一名大学生，特别是医学生必须具备的基本素质［9］。

在传统的教学模式下，学生以被动接受为主，逐步养成依赖教师的习惯，致使自主学习能力处于较低水平。表现在对实验所涉及的原理理解欠缺，操作过程不规范，不能很好地解决实验过程中出现的问题等。例如:换能器如何链接，刺激电极如何安放，实验动物状态如何维持，如何保障离体标本的兴奋性，为什么给了神经干刺激却不能记录到骨骼肌的收缩等。而这些问题在学生进行实际操作之前，教师的讲述中往往涉及，而学生并未注意，而当学生真正进入实验操作阶段出现了种种问题，大多数学生不经过自己的思考而直接问一些“简单的问题”，要求教师立刻给出答案，以便他们按部就班地继续实验。在这种模式下，出现两方面主要的问题:一是学生没有通过实验课真正地进行验证或探索某种生命活动规律的学习实践;二是教师疲于解答学生的不加思索的“简单问题”而无暇顾及学生提出的深层次的经过“深思熟虑”的问题和讨论。

近年来，我们尝试通过模拟实验系统来弥补传统的以教师为主体的教学模式，引入自主学习的实验教学模式［10］。自主学习的实验教学模式要求学生自己了解和理解实验内容，提倡让学生独立思考解决问题，独立完成实验，培养学生独立分析和解决问题的能力。机能模拟实验系统为学生提供了视、听、模拟操作相结合的学习资料和环境，可以在较短时间内形象地为学生讲解实验的全过程，既提高了教学效率，又调动了学生自主学习的积极性。在真实的实验操作中，鼓励学生以实验小组为单位，独立思考解决问题，独立完成实验。教师由指导变为引导，由讲授变为启发，培养学生独立分析和解决问题的能力。同时，这样的实验教学模式还提倡并促进了师生之间以及学生之间的交流。

医学机能模拟实验系统有它不可替代的优势，也有其局限性。其中最显著的一点是无法真正训练学生的动手实际操作能力，无法训练学生解决实验动物以及仪器方面的突发状况，因而无法完全替代传统实验操作的培训［11］。因此，如何充分利用其优势，克服其不足，将之与传统实验操作有机地结合起来，作为传统实验课的延伸及补充，最大限度地发挥它的优点来辅助教学，是值得我们在教学实践中继续探索的课题。

［1］李森，张力，卞亚红，等.虚拟现实技术在医学教育应用中的新进展［J］.中国医学教育技术，2012，26(3):302-305

［2］刘筱蔼，李建华，胡景鑫，等.机能实验学虚拟动物实验教学软件的设计与开发［J］.中国医学教育技术，2010，24(3):252-255

［3］刘萍，马剑峰，徐红岩，等.开放式医学机能学实验教学体系的探索与实践［J］.中国高等医学教育，2006，(11):14-16

［4］童学红，张丽娟，侯晓莉，等.医学机能学实验室标准化管理的实践与探索［J］.实验技术与管理，2011，28(4):148-149

［5］郝刚，李效义.医学机能学实验教程［M］.北京:北京大学医学出版社，2007:1-2

［6］梁怡琳，连国云，刘志刚.机能教学改革的研究与实践［J］.中国医学教育技术，2012，26(3):346-348

［7］王跃秀，徐敬东，侯晓莉，等.加强医学机能学实验教学中非智力因素的培养［J］.山西医科大学学报:基础医学教育版，2010，12(5):513-516

［8］徐敬东，王跃秀，侯晓莉.强化生理学实验教学作用的意识［J］.山西医科大学学报:基础医学教育版，2007，9(2):170-171

［9］吴云，付丽，郝刚.在医学机能学实验课中培养医学生自主学习能力的教学探索［J］.西北医学教育，2010，18(2):317-319

［10］Dan F.An“autonomous reframing”tool for teachers as a model for reusability in Web-based educational materials［J］.Campus Wide Inform Sys，2001，18(4):159-166

［11］唐建平，陈卫，张建武.强化机能模拟实验教学的探索与创新［J］.中国医学教育技术，2009，23(4):346-348