开放性实验与虚拟仿真实验融合在临床生物化学检验技术教学中的探索

白 鹏纪思萌杨尚瑜郭 斌＊

（1.川北医学院医学检验系，四川 南充 637000；2.川北医学院附属医院检验科，四川 南充 637000）

0 引言

色谱法是利用混合物中各组分在互不相溶两相之间的分配差异，通过流动相在混合物中的流动，经过反复多次的分配平衡，实现混合物中各组分的分离与检测[1，2]。色谱分析技术已广泛应用于生物化学、食品分析、医药研究、环境分析等各种领域，在临床检验中，应用在新生儿遗传疾病、激素水平测定、治疗药物检测、生物胺的检测及其他生化指标的测定，它已是目前生化检验领域不可或缺的重要技术和新型发展方向[3，4]。

血糖是体内重要的能量物质来源，本研究以糖代谢紊乱常见病——糖尿病为对象引入开放性实验设计，结合色谱虚拟仿真实验技术在开放性实验中进行实践，通过教师引导，使学生自主学习及设计相关的测定方式。拟探讨线上虚拟仿真技术和线下开放性实验相结合的教学模式在临床生物化学检验技术实验教学中应用的可行性，以达到深化教学改革，提高教学质量，培养知识结构全面及综合素质高的检验人才。

1 开放性实验设计

1.1 实验对象

以川北医学院医学检验系2019级医学检验技术专业90名本科学生为研究对象，10人一组，分成9组，学生利用课余时间在教师的指导下协助完成开放性实验。

1.2 实验目的

学生根据医学知识和临床资料，对患者拟定实验方案；明确糖尿病诊断标准，熟悉糖尿病症；培养学生对糖尿病的综合诊断能力；加强学生对糖尿病实验诊断的实践技能训练；培养学生检索文献、探索问题、实验方案设计、实验数据分析、撰写论文等方面的能力。

1.3 实验设计及内容

了解糖尿病的分型及成因，了解糖尿病诊断中所要监测的生化数据，了解色谱法的测定原理及分类，掌握虚拟仿真实验软件的使用，掌握葡萄糖测定的原理、方法及仪器的使用；了解样品的前处理等。实验（1）学习色谱仪的原理及操作方法，虚拟仿真软件的操作；（2）自主完成规定生化物质——糖的实验设计；（3）虚拟仿真实验方案的撰写及在实验平台上的操作；（4）实验过程中的问题记录及探索；（5）完成实验报告书写及总结。

1.4 实验安排

总学时：24学时；学时分配：教师指导查阅文献及方案设计4学时；虚拟仿真软件操作训练3学时；样品前处理实验3学时；建立分析方法及样品实际分析8学时；实验数据处理及相关诊断讨论4学时；实验论文汇报及总结2学时。

2 课程实践

2.1 文献查阅及方案设计

使学生了解开放性实验的目的，清楚实验针对的研究课题，通过阅读相关资料，使学生从中寻找感兴趣的点，如糖尿病诊断中可以用色谱法监测的项目有哪些，引申在糖尿病治疗过程中利用色谱法如何监测药物治疗的效果，以及色谱法在糖尿病预防血管并发症中的应用等。

目的明确，进入方案的设计。指导学生利用中国知网、万方、ScienceDirect等数据库进行关键词检索，学生结合课堂学到的知识应用于实践，检索文献后进行文献汇报，教师根据学生的汇报及实验的可行性确定实验内容，学生以小组为单位进行实验方案的初步设计，理清所需的实验材料、实验仪器、实验方法、实验条件等，指导教师进行修改，形成可实施的实验方案。

2.2 虚拟仿真实验平台操作训练

指导教师讲解高效液相色谱仪的原理及操作步骤，学生利用虚拟仿真平台操作软件，进行相关练习，最后达到：（1）学生熟悉高效液相色谱仪的原理和仪器构造，清楚仪器的组成和相关模块的应用；（2）在虚拟仿真实验教学平台的训练模式下，模拟操作流动相过滤、流动相超声脱气、样品过滤、上样、仪器开机、排气泡、分析方法的编辑、仪器运行、色谱峰的分析等；（3）在虚拟仿真实验教学平台的考试模式下，学生进行仪器的实践模拟操作。使学生在观看虚拟仿真软件仪器模拟操作视频的同时对真实操作过程有所认知，从而掌握色谱仪的使用[5]。

2.3 样品预处理及注意事项

色谱仪属于高精度分析仪器，因此对样品的预处理及仪器的保养要求严格。（1）样品应进行预处理，通常用0.45 μm或更细的膜进行过滤，以除去微粒杂质，确保样品中不含颗粒体物质。手动进样时，进样量应少且速度均匀。（2）流动相必须用色谱级的，实际使用前也应用0.45 μm或更细的膜进行过滤。使用过程中应避免气泡产生，使用超声波脱气后恢复到室温使用，水流动相需经常更换，防止变质。（3）色谱柱使用前仔细阅读说明书，注意适用范围等，应使用符合要求的流动性，在不使用色谱柱时应用甲醇溶液冲洗，取下后密闭两端保存，使用过程应轻拿轻放。

2.4 实验方法及条件建立

教师指导学生建立分析方法与分析步骤；学生通过线下样品预处理和虚拟仿真实验平台各种参数的设置进行操作练习。通过整个开放实验的设计与操作，提高学生的科学思维能力和实践操作能力。

色谱条件有以下几点：色谱柱：通常采用C18柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；流动相：流动相甲醇（色谱级）—超纯水（使用前灭菌，过0.45 μm的有机膜）的比例为78∶22；柱温：25℃；流速：1 mL/min恒流洗脱；检测波长：254 nm；进样量：5 μL。全波长扫描，保留时间定性，外标法定量[6]。

2.5 实验数据处理及相关诊断讨论

出色谱图，确定测定组分的保留时间，根据设定检测物质的浓度与峰面积绘制标准曲线，通过标准曲线计算待测样本的浓度。

2.6 实验论文汇报及总结

开放性实验实践环节结束后，以小组为单位进行论文撰写。教师指导学生进行论文的写作，学生分工合作，按照一定的论文模板进行撰写，整个小组的学生每个人都会分到不同的任务，如撰写摘要前言、论文校对整合、汇报课件制作等。指导教师最后给出评价，并对开放性实验总结及发放调查问卷。

3 结语

本次开放性实验针对自愿报名参加的90名19级大三学生开设，课后发放调查问卷，了解本次开放实验课程的具体情况，共发放90份调查问卷，回收有效问卷90份，本次调查具有一定的参考价值，为后续开放性实验及虚拟仿真实验融合的开设，探索前进方向。具体优势性调查问卷支持率如表1所示。

表1 优势性调查问卷的支持率

通过调查发现所有学生对调动学习积极性和主动性一项100%表示支持，可以说明开放性实验与虚拟仿真实验的融合较传统的教学模式具有一定的优势，更符合如今的教学改革方向，即以学生为主体，教师起到引导性作用，改变之前教师满堂灌的“填鸭式”教学方式，充分发挥学生的自主学习能力。虚拟仿真实验教学方式对学生的实际动手及操作能力有所帮助，学生在得到虚拟仿真操作训练之后，在实际的操作中更容易上手，实验规范性更强，操作程序更加流畅。在整个开放性实验与虚拟仿真融合的教学过程中，学生可以体会优化实验条件及方案带来的实验效果，学生可大胆尝试与探索实践，从而培养学生的创新与创造力。教师在课程中起到授学生以渔的作用，激发学生自主学习的兴趣，提升学生处理信息、分析解决问题、勇于思考、敢于创新的综合素质，提高学生科研素养、逻辑思维与写作能力，为研究型人才培养及今后的科研道路打下基础。综上所述，线上虚拟仿真技术和线下开放性实验有机结合，可以充分调动学生学习的积极性，提高学生对实验教学的满意度；促进学生对理论内容的深刻理解，有效启发学生，提高教学质量，为创新教学方式指明方向，达到教改的目的[7]。