着力启发思维提高机能虚拟实验教学效果

张 郦，彭吉霞，徐 怡，胡 俊，王 辉，赵 熠，李 柯△

(1武汉大学基础医学实验教学中心， 武汉 430071； 2湖北医药学院机能实验室； △通讯作者)

机能实验教学是医学实验教学的重要环节，主要承担着生理学、药理学和病理生理学等专业主干课程的实验教学任务。机能实验能帮助学生理解理论知识，培养手术操作技能和实际动手能力。同时，机能实验还能提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，即启发思维、提高学生思考问题的能力。从教师的角度来说就是如何引导学生思考，以促进自主学习能力的培养[1]。

机能虚拟实验是机能实验教学的重要组成部分[2，3]。由于不受环境、动物状态和诸多人为因素的干扰[4，5]，机能虚拟实验成为医学生在不到校的情况下自主学习的主要方法之一。由于医学是一门实践性很强的学科，缺乏实际操作是当前虚拟实验的一块短板，但虚拟实验在促进学生思考方面有其特别优势。我们认为与传统的实验课相比，虚拟实验在时间、内容和个性化教学等方面具有优势，能更好地启发思维，提高学习效果。

1 机能虚拟实验在启发学生思考方面的优势

1.1 机能虚拟实验能给予充足时间促进学生思考

传统机能实验中，授课时间有限。为了完成教学目标和任务，教师只能做简短的讲述，将尽可能多的时间留给学生完成实验操作。操作过程中，教师还需要随时解决各种问题，例如实验动物大出血、手术意外等，没有太多的时间专注于启发学生思维。由于学时限制，学生也只能使用并不太熟练的操作手法完成实验，相当多的时间用于实验操作。可见教师没有太多时间引导学生思考，也无法给予学生充足的时间用于思考和讨论。而且动物实验一旦开始，不能随意中断。因此从时间上看，传统的实验教学过程中留给学生思考的时间有限。

在虚拟实验的过程中，如果学生遇到问题，可以在任意时间节点暂停，去思考科学问题。等一个问题解决后，再进入下一个步骤。这段时间可长可短，不受实验本身的制约。另外，在动物实验过程中，学生往往需要集中精力，完成手术操作，也没有太多的时间用于思考。而虚拟实验将学生从具体的操作中解放出来，使得学生能有更多的时间用于思考科学问题。

1.2 机能虚拟实验能提供丰富的资源促进学生思考

机能实验教学涉及的知识面广、知识点繁杂。但是在实验室内，由于条件限制，学生不易接触到各种资源，遇到问题不能得到即时解决。而在虚拟实验的过程中，学生可以去查阅教科书，复习理论知识；可以搜寻文献，查看最新的进展；还可以查找其他各种文字、视频资源，以帮助理解实验过程或实验相关的知识；甚至还可以去查看问题关联的其他实验，来帮助理解所学知识，然后再回到最初的实验中去。

例如，在蛙心灌流的实验中，学生需要理解兴奋收缩耦联的产生。教师如果使用文字，会用到大段文字和篇幅，不利于学生快速理解和掌握这些知识。而在学习资源中，有许多图片和动画，将心脏电活动、心脏舒缩、瓣膜开放、血液流向等知识放在一张图片上。学生在观看这些资源时，可在较短的时间内复习和梳理相关的理论知识点，并运用这些知识去分析在实验中观察到的现象以及实验过程中出现的问题，并根据这些知识解决问题。又如，在做急性肾功能衰竭的实验时，常用的是氯化高汞肌肉注射导致肾衰。我们可以向学生提出问题：为什么要用这种造模方法？学生可以上网寻找教学和科研中用到的所有的制作急性肾衰竭模型的方法，并进行比较分析，寻找答案。这些启发思维的问题可以放在实验的不同阶段，促进学生不断思考、分析实验现象和结果。

1.3 机能虚拟实验能自定义难易程度，以促进不同层次学生的思考

学生的学习能力是不同的[6]，包括听课和看书后对知识的吸收程度不同、理解知识的速度不同，对知识的整体把握和细节的掌握不同以及对知识融会贯通的能力不同。因此，启发学生思维也需要因人而异。但在实际的实验过程中，在有限的时间内，教师也只能有选择地进行思维启发，尽量照顾到大多数学生。

而在虚拟实验过程中，教师则可灵活处理，可以设置从不同角度出发的、不同难易程度的启发思维的问题。在虚拟实验的自学过程中，学生对于知识的掌握有三种情况，一种是学生能发现问题，并能自己找出答案；一种是能发现疑问，但不能解答；一种是没有疑问，但实际上是自己无法提出问题。对于第一种学生，提问可以帮助复习巩固所学知识。对于第二种情况的学生，我们启发其思维，帮助其解决问题。对于第三种情况的学生，我们尤其要帮助其积极思考，培养其发现问题的能力。虚拟实验能做到以学生为中心，促进学生自主学习能力的培养[7]。

2 如何在机能虚拟实验中进一步启发学生思考

在常规理论教学活动中，有多种方法启发学生思考。目前在教学过程中使用的PBL教学、CBL教学等均是通过问题引导学生思考，促进知识的理解吸收[8]。以学生为中心、以学生理解知识为教学目标是目前教学过程的核心[10]。机能虚拟实验教学也可以运用这些方法进一步启发学生思考，促进学生理解实验相关知识[9]。

2.1 通过案例启发思维

机能实验与临床联系紧密，以临床案例为引导是机能虚拟实验常采用的一种方式。教师在讲述一种病理过程、某类药物的作用效果之前，引入一个精心组织的临床案例，可以极大激发学生的学习兴趣，提高学习效果。临床案例包装成一个故事展现在学生面前，具有更好的教学效果。因为对于学生而言，相较于繁杂的知识点，故事更易记忆，更能促进理解。学生在复习的时候也能较快、较容易地将各个知识点串联在一起。

在机能虚拟实验中引入一个临床案例，是启发思维的开始，还应在后续的实验中不断与之相呼应。只有前后呼应，才能体现案例的价值。教师将通过实验获得的数据、分析出来的实验现象的发生机制与临床联系起来，启发学生思考，并使其深入理解病理过程的发生发展机制。

2.2 通过提问启发思维

提问是教师在课堂上最常用的教学方法之一。提问可以集中学生的注意力，激发学生的学习兴趣，启发学生思考。在课堂教学中，教师会选择恰当的时间节点，选择有启发意义的问题，点名回答问题。但是考虑到课时、班级人数和学生接受知识的情况，在实验课上这种方法的使用受到一定限制。而学生在虚拟实验的学习中有充足的时间用于思考，因此在虚拟实验设计时，教师可以在合适的方式、合适的节点提出问题，启发学生思考。

教师在虚拟实验中可以提出不同层次的问题启发学生思考。对知识掌握较好的学生，教师可以直接提出较难的问题；而对知识掌握一般的学生，可以循序渐进，逐步引导其完成设置的问题[11]。学生还可以从自己关注的角度出发去认识和分析问题。但教师在提出问题的时候，始终要注意所提问题的启发性。对于需要提醒学生注意的简单的知识点，教师可以直接使用选择题；而对于较为复杂、难度较大的知识，运用开放式提问方法，进行知识的比较和归纳，启发学生思考。

教师在虚拟实验中可以通过比较式的提问方法启发学生思考。例如，在生理实验中，教师可以比较不同肌肉组织的电活动和收缩运动的差异；在病理生理实验中，比较急性和慢性肾衰竭之间在临床表现和发病机制上的差异；在药理学实验中，比较用于同一器官系统的药物之间的区别[12]；还可让学生自己举出与实验现象类似或相反的现象，并分析其机制。教师在虚拟实验中，通过实验和提问，让学生将复杂的、容易混淆的知识反复咀嚼和消化，在思考中更快、更好地掌握知识。

教师在虚拟实验中可以通过归纳式的提问方法启发学生思考，并且在虚拟实验完成后，让学生自己归纳所观察到的现象、分析其发生机制，促进学生对实验观察对象的总体把握，即对一个器官系统、或是一种病理过程、或是药物的作用的整体把握。比如在慢性肾功能衰竭实验中，教师让学生进行如下总结，在实验过程中观察了哪些指标？还可以检测哪些指标？这些指标能说明机体发生了什么？这些指标反映了哪些临床问题？这些问题能够让学生对慢性肾功能衰竭的各种表现进行归纳总结，引导学生对疾病进行整体把握。这往往与理论教学的系统讲述方式相反，促进学生对知识的把握和理解。

另外，在虚拟实验设计中，教师还可以使用布置线上讨论、固定时间答疑等多种方式启发学生思考。

总之，我们认为尽管机能虚拟实验并不能完全代替机能真实实验，但是在启发思维方面具有其特有的优势。虚拟实验可以促进学生在拥有充足时间和资源的条件下进行思维活动，并使其根据自身的情况选择合适的难易程度开始训练，最终达到深度思考。教师在设计虚拟实验的时候应该紧密围绕启发思维进行教学设计，通过运用多媒体动画、引入案例、提出问题并讨论等方法，使学生能将更多的时间用于思考科学问题，深入理解理论知识，充分发挥机能虚拟实验在医学教育中的重要作用。