医学虚拟实验的发展及应用

李科　曲雷铭　汪品文　王君

摘  要：随着现代教育与数字网络技术的发展，模拟仿真教学成为辅助教学的一项重要手段。国外知名高校对虚拟实验教学的开发、设计和使用催生了我国虚拟教学的实践和发展。笔者学校将泰盟VBL-100医学机能虚拟实验系统应用于该校2016级护理学专业的实验预习和理论教学中，结果显示该系统的使用显著提升了理论学习成绩，对实验技能没有显著提高作用。问卷调查也显示医学虚拟实验有其直观、重复演示和能辅助学习等优点，也有不能提高实验技能、缺乏实验现场体验和不利于团队协作精神的培养等不足。

关键词：医学虚拟实验  发展  应用

中图分类号：G642                                  文獻标识码：A                           文章编号：1672-3791（2019）03（c）-0181-02

随着现代教育与数字网络技术的发展，模拟仿真教学形态进入教育领域，使在线学习成为辅助教学的一项重要手段。这些年来许多高校正将虚拟实验教学应用到实验教学中，深刻影响着当前的教学模式[1，2]。以医学实验和现代网络数字技术为基础的机能虚拟仿真实验平台已经建立并使用，医学虚拟实验平台已经成为教学的一个主要组成部分。

1  虚拟实验的发生与发展

2012年以美国斯坦福大学和哈佛大学为代表的知名高校建立了MOOCs形式的网上教学模式，德国马尔堡大学生理研究所（自行采用计算机高级语言C#编制了一套基本程序用于实验教学）、澳大利亚莫纳什大学（自行研制了一套基于Web网页的生理课件）、美国哥伦比亚大学等都在研发医学虚拟仿真实验软件平台并使用于教学中;2013年我国教育部的教育司要求在全国构建国家虚拟仿真实验教学示范中心，从国家政策上给予网络化的虚拟实验发展提供指导和大力扶持及资助，随后四川成都泰盟公司的VBL-100医学机能虚拟实验系统、北京微信斯达Pclab-100医学虚拟软件、上海梦之路的医学机能虚拟实验系统软件都已经不同程度地应用于教学和实验中[3，4]。

2  现实实验与虚拟实验的比较

现实实验与虚拟实验的比较情况具体见表1。

3  虚拟实验教学的优点

3.1 节约资金、节省资源

机能学实验通常4～5人一组进行，不能保证每人都有动手操作的机会，限制操作时间。虚拟实验单人单机，不“拥挤”，每个实验过程能有效模拟进行。传统教学需要实验室、实验准备教师、实验主带教师、实验动物、实验器材设施和药品等，工作量繁重，实验设备需求较高，且要不时地进行更新和维护，需资金不断投入。虚拟实验无需实验动物、器材和耗材，无繁重实验准备工作，节约经费和人力;虚拟实验系统利用多媒体手段将实验内容演示和模拟，利用软件把实验教学分为资料室、准备室、模拟实验室、动物室和考场，分别对仪器、实验原理和步骤、仿真模拟进行逐一介绍，使实验设计合理、内容完整;虚拟实验不受动物和药品限制，简单易操作，能解决实验器材磨损、动物昂贵、实验经费紧缺的矛盾，也减少了人力投入。

3.2 符合动物伦理

医学实验必须依靠实验动物完成，在“普世价值”和“珍爱生命”理念感召下，保护弱小、保护动物也应该在教育领域践行。麻醉、切割、插管及固定等手术过程给实验者带来血腥甚至残忍的体验，对实验者造成一定的心理伤害或不良体验，虚拟实验避免了一次次的伤害或夺命动物，保证了实验结果的准确，减少甚至无伤害动物，符合整个世界的伦理方向。

3.3 补充实验内容

受学时和实验条件限制，很多实际实验不能进行，而利用虚拟平台资源可以浏览很多实验项目。学生通过观看虚拟实验可以掌握一些实验方法和实验过程，模拟练习一些实验操作;实验结果的演示能加深感性认识，巩固对应的理论内容，利于专业知识的掌握和后续学科的衔接，这些都能激励学生的自主学习，弥补了现实实验教学的不足。

3.4 避免伤害，保护环境

动物实验的操作、麻醉等环节由于动物挣扎可能伤害实验者，会给实验者带来恐慌，增加心理负担。有些有毒有害的实验药品也能影响实验者健康，如乙醚、氰化钾等。虚拟实验可以做到无毒无害无污染，不仅避免这些药物带来的伤害，同时保护了生态环境。

4  虚拟实验的不足

（1）虚拟毕竟不是现实实验，缺少实打实的实验技法训练和操作能力的提高。而学生以后的科研工作和毕业后从事临床工作，需要一些基本的、严格的和娴熟的实验技能，这些要求虚拟实验均不能达到。虚拟实验的重点在过程和结果、在重复性和模拟性，不在实验技法的提升。

（2）学生不能身临其境动手实验，对手术中的意外和困难无法体验，也不能解决实验中突发的实际问题、失败和风险，当实际实验中出现一些在虚拟实验中没有“见识”过的情景和现象时，学生会惊慌和不知所措。

（3）缺乏团队合作品质的培养。虚拟实验单人单机就可完成，不需要同伴合作，学生之间的分工、配合、默契和协作均无法体现出来，学生自然就无法体会团队学习带来的成就感和集体荣誉感。

5  目前使用情况及评价

自2013年教育部倡导在高校加强虚拟实验平台建设以来，山东大学、中山大学、哈尔滨医科大学、南方医科大学、大连医科大学等很多高校先后建立了国家虚拟实验教学中心，涵盖了机能学实验教学软件模块，已经应用于教学之中，收到了一些效果，也反映出了一些问题。资料显示[5]，学生认为虚拟实验无伤害、不受场地时间设施限制，认同虚实结合实验教学模式是理想模式，并认为虚拟实验不能完全代替实验教学，仅起到辅助教学作用。

笔者学校自2015年建立虚拟实验平台以来，将成都泰盟公司的VBL-100医学机能虚拟实验系统应用于2016级护理学专业的实验预习和理论教学中，课程结束后从三方面对使用效果进行了评价：（1）理论考试。虚拟仿真实验的使用，提升了学习成绩，提高了教学效果（期末闭卷理论考试：对照班49人，成绩32.14±6.70，实验班51人，成绩35.69±7.15，P<0.05，组间有显著性差异）。（2）实验技术考核。该系统的使用对实验技能没有显著提高作用（實验技术考核2人1组，对照24组，成绩32.56±1.47，实验25组，成绩32.63±1.67，P>0.05，组间无显著性差异）。（3）问卷调查。为了了解学生对虚拟实验系统的认可情况，我们设计了专门的调查问卷（问卷发放51份，回收51份，有效问卷50份）。结果显示，大部分学生（84%）认可虚拟实验系统的直观性，70%的同学接受用其预习实验，88%的学生认为其使用灵活、可个人选择;使用该系统浏览那些没有对应实验的理论内容，学生认可度高达100%;对超出教学大纲的内容，80%的学生认为虚拟系统可以实现与后续学科的有序对接;师生交流发现，个别对动物手术恐惧和排斥的学生接受虚拟实验，该系统还能让学生了解更多的实验方法;这些都表明虚拟实验系统可以用来辅助教学。调查还表明，86%的学生认为该系统的使用无法提高实验技能，这与实验技能考核统计结果一致，与一些研究[6，7]一致;72%的学生认为虚拟实验缺乏实际实验的现场感，不能留下体验痕迹、手术操作印象不深刻;这些都提示虚拟实验不能完全代替实验教学，实验技能的掌握还得依靠亲力亲为、实打实的实验教学。

6  结语

动物实验的3R原则，（Reduction减少、Replacement替代和Refinement优化），是今后医学实验的发展方向，我国医学教育正逐步向国际接轨。互联网+时代已经到来，我们必须面临新的机遇与挑战。依托网络的虚拟实验辅助教学过程，相比于传统的教学：直观、透明、降难度;学生听课专注、用心、感兴趣，有投入少、产出多的效能;对那些晦涩、抽象的知识，借助该系统无论是课前浏览或是课后复习，都是一个得力助手。作为教育工作者，我们要“除其弊，用其利”，及时更新教育理念，主动调整教学模式，适应时代要求。

参考文献

[1] 杨雪，宋金刚，黄海林.医学虚拟实验的层次性设计研究[J].中国高等医学教育，2010（1）：77-78.

[2] 李斯萌，杨雪，黄海林.医学虚拟实验的教学应用限度研究[J].中国高等医学教育，2012（12）：4-6.

[3] 陈立松，盖晓东，历春.虚拟实验系统在医学机能实验教学中的应用体会[J].吉林化工学院学报，2015（12）：64-65.

[4] 梁向艳，张璟，邢金良，等.医学机能虚拟实验教学的现状及发展趋势[J].中华医学教育探索杂志，2016（2）：185-188.

[5] 刘琼，张韦深，吴欣慧，等.实验生理科学虚实融合实验在应用型本科教学的探索与实践[J].中国高等医学教育，2018（2）：74-75.

[6] 徐静，孙艺平，王冬梅.虚拟实验与真实实验在机能学实验中之比较[J].医学教育探索，2009，30（6）：75-76.

[7] 金悠，吴鹏飞，王芳.虚拟仿真与微课技术在药理学实验教学中的综合应用[J].中国高等医学教育，2018（1）：1-2.