生物化学虚拟仿真实验助力卓越医生创新能力培养

徐宋瑶，扈瑞平，苑 红，薛 昕，邓 凤，姜丽丽，李 晶，叶书梅

（内蒙古医科大学基础医学院，内蒙古 呼和浩特 010000）

虚拟仿真实验教学平台是一种基于网络技术、虚拟仿真技术形成的虚拟实验教学系统[1]。教育部在《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》中提出，应大力推进高校数字校园建设，构建虚拟仿真实验平台，推动教学内容及教学方法改革，加速人才培养模式的创新[2]。我校在不断创新与探索中，摸索出一条将虚拟仿真实验教学应用于卓越医生培养，并与器官系统教学法及PBL教学模式相结合的路线，助力卓越医生创新能力培养。

1 虚拟仿真实验教学在生物化学教学中的意义

生物化学作为一门实验性学科，实验教学极为重要。传统实验教学由于受制于场地、设备、耗材、时间等，许多项目难以进行，不能很好地培养学生的创新能力。另外，实验内容更新所受制约因素较多，难以及时将最新科技成果转化成实验内容纳入教学大纲，故高校开展虚拟仿真实验教学势在必行[3]。

虚拟仿真实验教学平台具有开放、安全、共享的优点，可以更好地实现实验教学资源的共享。虚拟仿真实验教学平台利用虚拟技术，系统、简化、具体地将传统实验教学中材料毒性高、难度大、时间长、所用设备贵的实验转化为虚拟实验[4]，使学生更容易理解和掌握。虚拟仿真实验具有沉浸感和交互性的特点，在将传统实验进行简单的虚拟化的同时，也实现了众多资源的集中分享和创新性应用[5]。但是，我们总结在生物化学教学中进行虚拟仿真实验教学的经验发现，虚拟仿真实验教学手段也存在一些局限性。教育部明确要求虚拟仿真实验教学中充分体现“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则[6]。只有把握好虚实结合的度，合理利用传统实验教学手段和虚拟仿真实验教学手段，使二者互相配合，互为补充，才能取得最佳教学效果。

2 我校卓越医生培养现状

2012年，教育部和卫生部联合召开了全国医学教育改革工作会议，对推进医学教育改革进行了整体设计和系统部署。2012年5月，教育部和卫生部共同发文，正式启动“卓越医生培养计划”，优化临床医学人才培养结构[7]。我校有幸获批了五年制临床医学人才培养模式改革试点项目，从2014级学生开始实施卓越医生班培养计划，进行全方位的教育教学改革，突出“以岗位胜任为导向、器官系统为基础、知识点衔接为抓手、实践能力提升为中心”的改革理念[8]。

传统医学教育以学科为中心。纽约中华基金会与国际医学教育专门委员会进行的以《全球医学教育基本要求》为标准的评估发现，传统课程设置存在不足，缺乏临床技能教学以及对学生创新能力的培养，教学效果不佳[9]。为改变这种现状，我校在卓越医生培养过程中，将过去的“以课程为中心”的教学体系转变为“以器官系统为中心”的教学体系，针对人体解剖学、生理学、病理学、病理生理学等课程，以知识点为抓手，重新编排课程内容，设置器官系统专业基础课程。将临床核心课程分别整合为呼吸系统、泌尿系统、内分泌系统、运动系统、女性生殖系统、循环系统等课程。在完成卓越医生班课程体系改革的同时，我校也十分重视学生实践能力培养。首先，对实验内容进行改革，减少验证性实验的比例，增加综合性实验以及创新性实验，并设计开放性实验，更好地提升了学生动手能力，激发学习积极性。其次，设置模拟临床实践技能教学课程，培养学生临床操作能力。再次，通过应用PBL、翻转课堂等多种形式的教学手段，变“教师为中心”为“学生为中心”，变“被动学习”为“主动学习”，变“知识中心型”教学为“能力中心型”教学，进一步提升了学生的学习主动性，培养了综合素质。最后，采用多元化考核形式，建立形成性和终结性相结合的全过程评价体系，更好地把握学生的学习动态。

截至目前，我校已有5届学生参加了“卓越医生培养计划”，2014级卓越医生班学生已毕业，部分学生考取研究生进行深造，部分学生进入临床等相关领域就业，就业反馈良好。

3 虚拟仿真实验教学手段在卓越医生培养中的应用

2019年4月29日，教育部联合多部委在天津召开“六卓越一拔尖”计划2.0启动大会，会议强调要全面贯彻落实全国教育大会精神，按照《加快推进教育现代化实施方案（2018—2022年）》要求，全面实施“六卓越一拔尖”计划2.0，发展新工科、新医科、新农科、新文科，推动全国高校掀起一场质量革命。教育部高教司司长吴岩在大会发言中指出，新医科建设要在人工智能、大数据及“互联网+”急速发展的新时代背景下实施，这就对医学教育工作者提出了新的要求。在“互联网+”急速发展的时代背景下，微课、慕课、虚拟仿真实验等新教学形式不断涌现，学生可以不受时间、场所的限制，利用网络终端随时随地进行学习。如何将虚拟仿真实验教学与卓越医生培养相结合，是众多医学院校共同关注的问题，我校在这方面进行了一些探索和实践。

目前卓越医生班采用器官系统教学法，在临床基础知识学习过程中需要设计器官系统相关的大型综合性实验，以检验学生的学习情况，指导学生系统学习，为将来走上临床打下良好基础。但是，这些实验在现有条件下难以开展。所以我校将器官系统教学法与虚拟仿真实验教学平台充分结合，使虚拟仿真实验教学平台得到最大化利用。学生通过虚拟仿真实验教学平台，结合所学基础理论知识，开展相关综合性实验，能更好地结合PBL病例进行临床思维训练等，提高实验教学效果，这也是对传统实验教学的有利补充。我校虚拟仿真实验教学平台见图1。

根据我校实际发展情况，我们借助虚拟仿真实验教学平台，将原有资源库进行整合和完善，使之更适应卓越医生班器官系统教学法。整合基础医学虚拟仿真实验课程和教学内容，将虚拟仿真实验教学平台上二十多门基础医学课程整合为运动系统、消化系统、呼吸系统、泌尿系统、心血管系统等实验项目，并构建基础医学器官系统虚拟仿真实验教学案例库。同时，打破学科界线，每个系统开发1～2个典型案例。

利用案例设计实验项目，使学生以“解决某一问题”为核心，开展虚拟实验操作，最终得出实验结论。任课教师可以定期检查所带班级学生的点击频率、学习时间及网上实验报告提交情况，了解学生自主学习状况，并实时回答学生在学习过程中所提出的各种问题，实现了“学生预习（虚拟实验）—实际操作（教学实验室、开放实验室）—复习（虚拟操作）”循环式强化训练模式，提高了虚拟资源的利用效率。

图1 虚拟仿真实验教学平台设计图

在积极探索将虚拟仿真实验教学手段应用于卓越医生班临床核心课程器官系统教学法的同时，我们已先行在生物化学等专业基础课教学中引入虚拟仿真实验教学手段，以期进行前期摸索及经验总结。从2017年起，我校面向卓越医生班开设生物化学虚拟仿真实验课，通过虚拟技术完成传统实验教学中不具备开设条件的项目。课程内容分为必做和选做两部分，其中6个实验项目为必做，2个实验项目学生可根据个人兴趣自主选择，共32学时。学生利用平台提供的实验设备、试剂和耗材等，在教师指导下，于规定时间内完成实验设计，并通过网络平台随时随地与教师交流，讨论实验过程中遇到的各种问题。最终实验成绩包括在线成绩和科研式论文成绩两部分。经过两年多的实践，生物化学虚拟仿真实验教学反馈良好，有效培养了学生解决问题能力。

虚拟仿真实验教学手段应用于卓越医生培养中，可以更好地提升学生综合素质及创新能力，结合临床需求，培养更适合临床岗位的优秀医学生，推动新医科建设。