生理学虚拟仿真实验教学系统的构建及过程性评价的探究

白 雪，扈瑞平，张海峰

（内蒙古医科大学基础医学院，内蒙古 呼和浩特 010110）

生理学是医药院校重要的基础课程，内容复杂抽象，学生很难理解，生理学实验教学可以帮助学生理解和验证相关理论知识，培养学生实际动手能力，激发学生对生理科学研究的兴趣。因此，生理学实验课程成为学生理解理论知识的重要手段[1]。传统的生理学实验教学方法以“教师演示—学生模仿—书写实验报告”的模式为主。教师先通过示教让学生掌握动物实验的操作步骤，学生听完教师讲解后开始实验操作，按照实验要求记录实验现象和实验数据。传统面对面实验教学容易受到实验动物、时长、经费等因素的影响，单一教学模式容易导致学生思想僵化，既不利于学生对知识的掌握，也不利于学生今后学习和创新能力的发展。

1 传统生理学实验教学中存在的问题

（1）生理学实验主要以活体动物作为研究对象，通常学生没有进行多次实验尝试的机会，实验过程中很容易因害怕和紧张以及对实验操作不熟悉和操作失误导致实验动物死亡，最终得不到预期的实验结果。

（2）实验过程中大多数学生只是根据实验步骤和教师的演示进行模仿操作，认为实验课只是操作课，只动手不动脑，逐渐降低了对实验课的兴趣，课后学生书写实验报告也只是对实验对象的简单描述和对实验原理的复述，不能培养学生思考和创新能力。

（3）教师很难掌握每个学生的每个实验操作步骤是否正确，课后只能通过实验报告来进行考核和评价，实验教学效果并不理想。

2 虚拟仿真实验教学系统在生理学实验教学中应用的优势

（1）学生可以打破时间和空间的限制，在任何环境下都可以进行生理学虚拟仿真实验，可以反复多次使用虚拟仿真实验教学系统进行学习，更加直观地了解整个实验的原理、方法，从而把实验内容和生理学抽象的理论结合起来，从而提高教学效果。

（2）在利用虚拟仿真实验教学系统的过程中，学生可以及时发现自己在实验过程中出现的错误操作，并进行自我评价。同时教师可以通过后台各项数据，及时掌握学生的学习情况，在课上进行针对性教学，从而提高实验成功率。

（3）生理学实验课时间有限，课上示教耽误学生实验时间，虚拟仿真实验教学系统可以为学生提供微课和真实实验视频等多媒体教学资源，从而弥补生理学实验教学中的不足。

（4）虚拟仿真实验教学系统可以利用三维图形图像技术模拟真实情景并在实验过程中设计一系列具有内在逻辑的问题链，充分调动学生的学习兴趣，设置悬念，激发学生的求知欲，引导学生在实验过程中进行积极思考和创新[2-6]。

周莉[7]分别采用虚拟仿真实验教学系统和传统实验教学方法进行内分泌生理学教学，结果显示，使用虚拟仿真实验教学系统的学生在考核成绩、教学满意度、对实验教学效果的评价等方面都优于采用传统实验教学方法的学生[7]。虚拟仿真实验教学系统可以弥补传统生理学实验教学的不足，但虚拟仿真实验教学系统不能替代真实的实验操作。因此，只有将虚拟仿真实验和真实实验有机结合，各自最大限度发挥其优势，才能提高教学效果和教学质量。

3 生理学虚拟仿真实验教学系统的构建

我校以国家级虚拟仿真实验教学中心（内蒙古医科大学蒙医学虚拟仿真实验教学中心）为依托，为积极拓展生理学实验教学内容广度和深度、生理学实验教学时间和空间，以生理学实验为原型，建立生理学虚拟仿真实验教学系统，并将虚拟仿真实验教学系统应用于生理学实验教学中。学生可以充分利用课外时间，结合自身情况，自主预习并进行线上操作，实验操作的薄弱环节还可以在该系统上反复练习，从而真正掌握实验操作。

笔者根据生理学传统实验教学和虚拟仿真实验教学系统的优势建立了“实验课前—实验课中—实验课后—课程考核”四阶段的生理学虚拟仿真实验教学流程，见图1。

图1 生理学虚拟仿真实验教学实施流程图

在实验课前阶段，学生通过观看虚拟仿真实验教学系统上的实验操作视频和其他学习资料等完成自主学习任务，再利用人机操作互动进行练习。在实验过程中教师还会设计一系列具有内在逻辑的问题链，完成启发式教学。启发式教学可以充分调动学生的学习兴趣，促使学生主动思考，引导学生由未知到已知、由具体到抽象、由现象到本质。同时学生在实验中遇到疑难问题可以及时在系统上讨论，教师还可以进行针对性答疑。最终系统会将每个学生的答题情况、实验操作情况、时间和完成率、疑难问题等信息反馈给任课教师，帮助教师了解学生学习情况。

在实验课上主要进行实操，教师针对学生第一阶段自主学习反馈进行重点讲解。学生分组讨论，根据疑难问题开拓思维自主设计探究性实验，教师引导学生根据所学理论知识选择科学、合理、新颖的实验题目，实验题目确定好后进行实验操作，实验结束书写实验报告。在课程最后，学生以小组为单位上台做报告，教师可以根据学生课堂表现评价学生动手能力、实验创新性及可行性等。这样既能培养学生的动手能力，又能培养学生观察问题、分析问题和解决问题能力。

在实验课后学生也可以使用虚拟仿真实验教学系统反复操作进行课后巩固和复习，还可以进行网上测试。同时系统还可以将每个学生的自主学习情况和测试情况反馈给学生，学生能及时查看并进行自我评价，找到自己的薄弱环节进行强化。

4 生理学虚拟仿真实验教学系统评价指标的建立

传统的生理学实验课程考核制度存在着明显的弊端，课程考核注重终结性评价，忽视过程性评价[8]。过程性评价主要是对教学过程进行动态评价，采取目标与过程并重的价值取向，对学生的学习态度、学习过程和学习效果进行全面评价[9]。本研究引入过程性评价体系建立生理学虚拟仿真实验教学系统评价指标。目前国内学者在医学课程教学中利用“问卷星”等软件对学生进行随堂提问，根据学生的答题互动表现进行过程性评价[10]。生理学虚拟仿真实验教学系统可以及时统计学生实验操作步骤的正确率、实验操作时长、操作出错率、实验操作过程中的答题情况，适合建立过程性评价体系。生理学虚拟仿真实验教学系统过程性评价指标包括学生登录平台次数、实验操作时长、平台其他资料及视频观看完整度、实验步骤正确率、实验操作正确率、互动答题正确率和互动交流次数。

5 结语

笔者对我校采用虚拟仿真实验教学系统的2017级临床专科学生做了教学满意度问卷调查，97.4%的学生认为生理学虚拟仿真实验教学系统和真实实验操作结合学习效果更好。其中，94.5%的学生认为生理学虚拟仿真实验教学系统能帮助快速熟悉实验器材和实验操作；94.8%的学生认为通过虚拟仿真实验教学系统能够了解自己的学习情况。生理学虚拟仿真实验教学系统符合“互联网+”教育发展目标，以学生为主体，强化了学生自主学习能力并能跟踪学生的学习情况，提升了学生的自主评价能力，激发了学生的学习兴趣。此外，教师还可以根据学生自主学习反馈对学生进行过程性评价，及时根据学生的学习情况调整实验教学，从而提高教学质量。