虚拟仿真技术在药理学实验教学中的应用 *

刘 兵 陈 靖 王庆峰 王昊然

（辽宁中医药大学中西医结合学院，辽宁 沈阳 110032）

习近平总书记在全国教育大会上强调，要加快推进教育现代化、发展“互联网+”教育，引导学生创新思维培养综合能力，实现教育强国的目标。教育部明确提出要全面培养学生在信息化环境下的自主学习能力，以适应信息时代对高素质人才的需求。目前新型冠状病毒肺炎疫情在全球持续蔓延，疫情打破了教学常态，尤其对实验课程产生了巨大影响，信息化助力疫情防控的优势再次凸显，正倒逼着教育信息化的创新发展，也对教师提出了新的挑战。药理学实验教学引入虚拟仿真实验项目，依托信息技术营造信息化教学环境［1］，构建学生自主探究式学习模式，以学生为主体，最大化提升学习效果，进一步促进教学理念与方法改革，推进信息技术广泛深入日常教学。这是国家政策所向，也是发展的必然趋势。

1 结合药理学科实验特点 革新教学模式

药理学是一门基于实验的学科，药理学实验是理论教学的延续，其目的在于通过对科学实验现象的观察和思考来总结、验证、探索药理学作用规律。学生通过团队协作和经验学习理解相关概念，加深对科学研究方法的认识，掌握实验技术，同时培养自主思考的科学思维及对科学研究的严肃认真、严谨求实、实事求是的职业态度。在实验课中，师生、生生之间的交流互动也培养了学生的包容意识，激发了学生投入科研的热情，提升了学生的科研素养，如实验设计、数据分析统计和报告撰写等，促进了就业技能，如有效沟通、逻辑推理及解决问题的能力等的提高。

实验课授课效果会受到学生对相关基础理论的理解程度和对实验技术掌握程度的限制。传统实验教学存在学生只是按部就班遵循实验步骤，而不考虑潜在的理论意义、逻辑关系以及实验过程和研究假设之间联系的现象。为了探索实验教学新模式，我们重组了教学资源和流程，充分利用信息化技术优势改变传统的“教学+实验”模式；借助多种信息化教学平台提供相关背景知识和拓展资源，要求学生通过网络资源进行深入的学习和讨论以形成自己的理解，提出疑问以便于后续的实验分析；鼓励基础薄弱的学生掌握基本的实验技术和方法，鼓励基础较好的学生提出深入问题来改进实验，以有效利用有限的实验学时，提高实验教学的实用性。

通过课前预习、课堂学习和课后复习的方式展示和巩固知识，并通过强化过程考核、改进评估评价方法，鼓励学生接受应用型实验课程改革。通过在线教学演示、在线虚拟仿真实验操作、学生讨论问答环节、学生自主设计实验和线下实践等，激发学生的求知欲，也最大限度地提高疫情特殊时期的教学效果和质量。

2 构建虚拟仿真实验教学平台 创新教学实践

虚拟仿真技术是一种基于网络的软件开发教育工具。教学团队依托上海梦之路数字科技有限公司的医学虚拟仿真实验教学平台，根据培养方案及学情分析，筛选实验项目。虚拟仿真实验通常由五部分组成：实验目的与原理、具体操作步骤、演示视频、交互式实践练习、思考题等。学生在线注册、登录、实名认证后进入实验项目，通过虚拟互联网进行实验操作。从器材准备、实验对象处理到操作过程的每一步都有反馈，仿真操作中提供提示说明和示例，只有当学生正确完成了相应操作后，才能继续后续的实验。与学习同步进行的评分系统将详细指出错误点和已经消除的点，当学生犯错误时，屏幕会及时提供纠正信息，弥补了教师不能实时引导的不足。例如，在离体实验模拟在体环境时，如果学生误将台式液温度设定为室温，屏幕上会出现警告符号。系统会要求学生思考哪里操作错误，直到操作正确才能进行下一步。教师基于以往教学经验，对学生在进行实验时容易忽视或遇到的常见错误和问题进行设置，以确保学生在进行虚拟实验之时全面掌握。

虚拟仿真技术可以同时用于教学和模拟练习，学生可以直观、具体地操作虚拟实验动物模型，更真实地体验科学方法；学习也具有一定的灵活性和独立性，学生可以按照自己的节奏，根据需要反复学习，不受时间和空间的限制，极大弥补了疫情期间实验课教学的局限。在线演示实验缩短了等待时间，学生的思维也在快速移动，从被动接受转变为主动学习。

虚拟仿真技术对于解释抽象复杂的原理，或者进行实验时间较长及由于伦理等其他考虑而在实验课堂上不可行的实验特别有益［2］。然而，依靠单纯的虚拟实验学生无法体验传统实验室课堂上的协作和动手操作，也不会接触到科学数据的可变性，更多依赖于自主学习。因此在疫情允许的情况下，实验教学可以结合线下小规模实践操作，融入启发式和参与式教学方法。通过混合教学，促进学生的个性化思维和科研能力的发展。

3 以学生为中心 全面提升教育内涵

在与医学相关学科的实验教学中，基于探究的实验项目往往能够强化学生解决问题和批判性思维等能力的塑造。验证性实验有可预测的结果，学生容易因重复而无聊。而当学生在教师的指导下，运用逻辑推理和创造性的解决方法探讨一个开放性问题时，会极大地促进学生积极主动学习，但同时也可能会出现惰性和拖延现象，需要教师引导学生适应自主式学习。比如在以探究为基础的实验项目中，教师介绍实验目的和背景，向学生提供实验器材和药物，学生理解实验的必要性，自主设计实验。在各组提交实验设计之前，教师鼓励学生交流各自的实验设计，相互学习。在各组提交实验设计之后，教师科学地评价学生自主实验设计的优点和缺点，并提出可行的建议，帮助学生准备实验并进行总结、分析，对实验过程中发现的问题进行现场指导和教学总结。学生可以真正系统地领悟科学研究的整体过程和获取资源的科学途径［3］，使实验教学成为一门探索性课程，充分发挥学生的主观能动性，增加实验教学的深度和广度。

在虚拟仿真实验课程建设过程中，应充分发挥信息技术优势，深入挖掘实验课程核心价值与思想内涵，润物细无声，使专业传授与思政教育同向同行。将科研成果与学术价值、社会效益与研究意义，以及实验过程中的安全责任意识、环保意识等融入视频学习资源、交互式实践练习等环节［4］，并最终体现在实验报告中予以赋分考核。比如将感恩教育作为实验课的第一课，引导学生将敬畏生命、感恩奉献精神贯穿实验始终；结合“欣弗”事件，引导学生保持认真严谨的科研态度、树立责任担当；利用明星学霸、论文集中撤稿事件，引发学生对学术失信不端行为的关注，强化学生科研诚信与学术规范意识；讲述诺贝尔生理学或医学奖、共和国勋章获得者屠呦呦淡泊名利、以身试药的故事，鼓励学生以此为榜样，坚持不懈执着探索，坚定中医药自信，维护健康，弘扬文化，传承融合，创新发展。

结合学习通、慕课等学习平台，为学生提供移动化泛在学习资源，激发学生探索未知的好奇心，引导学生进行自主探究式学习。借助信息技术赋能实验教学的便利性，全方位、多渠道拓宽学生视野，帮助学生扩大知识面。制作实验示教微课，使学生多角度、多方式观摩实验过程。在直播课堂随时就实验内容涉及的知识点提出问题，请学生在留言区发表观点或连麦互动，促进学生巩固已学内容的同时考查其学习成果，强化学生对实验要点的掌握。学生在完成虚拟仿真交互式实践练习后形成书面报告及总结，教师及时评阅反馈，督促学生在思考中实验，实现知识目标。持续融入更新的科研成果，虚拟仿真技术能够很好地克服研究前沿理论理解难度大、实验操作复杂、设备昂贵等实际教学问题，有效实现科学研究成果与实验教学的对接，为学生提供更为广阔的探索创新空间。

4 强化过程考核 注重调查反馈

教师要加强学习过程评价和学生成绩构成要素的多元化，将实验操作和报告作为考核指标，特别注重实验设计和结果分析，淡化实验结果。自主设计实验的创新性和实验设计的修改也包括在最终考核评价中，帮助学生塑造科研思维能力，为其从事后续科学研究等工作积累宝贵经验。实时留意学生动态、掌握学生学习进度，发现学习拖延等问题或困难，及时联系学生本人或辅导员予以帮助，并保持后续关注，尽最大努力帮助部分学生克服惰性，提高线上教学效果。利用微信群、直播留言帖、学习通群聊等渠道与学生互动答疑，对虚拟仿真平台、“一平三端”数据进行统计分析，了解学生对平台的适应状态，进行教学效果评价，不断反思教学过程、更新教学理念、探究教学方法、优化教学设计。通过发放调查问卷了解学生学习需求，有针对性地对平台板块设置及内容做出调整，以达到最佳效果。及时督促学习进度落后的学生，对学生以往的表现给予肯定，加强师生之间的信息沟通和感情交流［5］，帮助学生树立对网络课堂的学习信心，持续改进教学质量。

基于虚拟仿真技术的实验课程教学改革也向教师提出了新的挑战。学生自主选题广泛、内容形式多样，这就要求教师提高自我要求，及时跟踪专业前沿研究成果、关注基础研究方法的革新、持续不断地提升信息化教学能力，以更广泛的知识储备有效地指导学生。这也是对教师提高终身学习能力和综合素质的一种激励，让教师转变思想、与时俱进，适应新的教学手段和技术，积极主动进行虚拟仿真教学，不断实践和提高虚拟仿真技术的实际运用效果，同时明确学生的学习目标和成效，做好教学过程中的监督者、引导者和管理者［6］。

综上所述，虚拟仿真技术在药理学实验教学中发挥着重要的辅助作用，学生通过与虚拟仿真实验平台的互动，获得了对复杂原理和实验过程的深入理解，并自我激励，加深了对学习的领悟；有利于提高学生的学习能力和实践能力，强化学生药理学研究技术的应用技能，培养其判断问题、分析问题、总结问题等综合技能。只有课程有生命力，人才培养体系才能有生命力。在下一阶段，本课程将继续深入应用虚拟仿真技术与传统实验课堂相结合的有益成果，进一步推进实验课程体系改革。在医学领域，也需要更多虚拟仿真案例的开发应用，以更好地体现教学关键点和提高教师的教学水平，充分发挥信息化教育的独特优势，推动虚拟仿真技术在医学相关学科教学中的发展。