董文杰，李曉琳，閆 艷，賈彥彬，白慧敏，顧 麗，趙利美，王 強(qiáng)，周 蕾

(1.包頭醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院病原生物學(xué)教研室，內(nèi)蒙古 包頭 014040；2.包頭醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院病原生物學(xué)與免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)室)

疫情防控期間，教育部印發(fā)《關(guān)于在疫情防控期間做好普通高等學(xué)校在線教學(xué)組織與管理工作的指導(dǎo)意見》，要求各高校在做好疫情防控工作的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)“停課不停教、停課不停學(xué)”。全國高校開展線上教學(xué)工作，是應(yīng)對疫情、保障“停課不停教、停課不停學(xué)”的應(yīng)急之舉，也是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”成果的有益應(yīng)用和實(shí)踐探索[1]。醫(yī)學(xué)微生物學(xué)是基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)中的一門重要的學(xué)科，作為微生物學(xué)的一個(gè)分支，它主要研究與醫(yī)學(xué)有關(guān)的致病性微生物的生物學(xué)特性、致病和免疫機(jī)制、特異性診斷和防治措施等。通過課程學(xué)習(xí)要求學(xué)生掌握與醫(yī)學(xué)相關(guān)的病原微生物的基本特性和生命活動(dòng)規(guī)律，可為學(xué)習(xí)臨床各科的感染性疾病、傳染病、超敏反應(yīng)性疾病和腫瘤等奠定重要的理論基礎(chǔ)。同時(shí)關(guān)注本學(xué)科新現(xiàn)病原微生物的最新研究成果、新的檢測方法和抗感染藥物的研制與開發(fā)，控制和消滅感染性疾病，達(dá)到保障和提高人類健康水平的目的。醫(yī)學(xué)微生物學(xué)是一門操作性、實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在知識點(diǎn)的理解和鞏固上有重要的作用，也是整個(gè)教學(xué)中重要的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師配合教學(xué)內(nèi)容，通過親自操作演示或者播放實(shí)驗(yàn)視頻的方法，將實(shí)驗(yàn)整個(gè)操作過程包括實(shí)驗(yàn)成功失敗的關(guān)鍵點(diǎn)，都講解非常清楚。學(xué)生按部就班的操作實(shí)驗(yàn)，預(yù)期結(jié)果都已經(jīng)知曉，缺乏思考的過程，從沒嘗試過失敗的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不利于臨床創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺是綜合應(yīng)用多種互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù) (Augmented reality)、大數(shù)據(jù)云儲存分析、數(shù)字化智能人機(jī)交互、等來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的整合，以便增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)的參與度、互動(dòng)性和吸引力，進(jìn)而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和水平[2]。本研究立足疫情期間我校無法開展醫(yī)學(xué)微生物學(xué)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，依托我?；A(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺，建設(shè)醫(yī)學(xué)微生物學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K，對于存在很大生物安全隱患的病原微生物、實(shí)驗(yàn)標(biāo)本缺乏、技術(shù)操作難以開展的項(xiàng)目，利用本平臺線上為學(xué)生呈現(xiàn)逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，同時(shí)也為解決疫情期間的微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了新的思路。

1 醫(yī)學(xué)微生物學(xué)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在問題

醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在教學(xué)過程中占有舉足輕重的地位，它不僅是對理論知識的驗(yàn)證和感知，也是對理論教學(xué)的拓展和升華[3]。但是傳統(tǒng)微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式仍然存在一些問題，主要表現(xiàn)為：(1)目前，全國高校醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要采用教師講解為主、學(xué)生操作為輔的傳統(tǒng)模式。教師提前進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，設(shè)定好實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生被動(dòng)地去接受整個(gè)教學(xué)過程，本次實(shí)驗(yàn)不按照教師指導(dǎo)的方法還有其他方法嗎？其中一步操作失誤會出現(xiàn)什么結(jié)果？學(xué)生很少提出這樣的問題，也缺乏思考過程也，知識的學(xué)習(xí)處于單向傳遞狀態(tài)[4]。(2)醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊、單一。大部分以驗(yàn)證性為主，學(xué)生自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)的綜合性、研究性實(shí)驗(yàn)很少開設(shè)。(3)醫(yī)學(xué)微生物學(xué)是涉及實(shí)驗(yàn)室生物安全的一門學(xué)科,醫(yī)學(xué)生要求掌握的多數(shù)都是高致病性病原微生物。如乙型腦炎病毒、結(jié)核分枝桿菌、SARS冠狀病毒、鼠疫耶爾森菌、禽流感病毒、艾滋病病毒、埃博拉病毒、新冠肺炎病毒等，根據(jù)我國《病原微生物實(shí)驗(yàn)室生物安全管理?xiàng)l例》，實(shí)驗(yàn)室生物安全等級分為一級、二級、三級、四級[5]，許多高校微生物實(shí)驗(yàn)室僅為一級、二級，不得從事高致病性病原微生物實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。高致病性病微生物的生物學(xué)性狀、致病性、免疫性、微生物學(xué)檢查法等就學(xué)生無法在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中觀察并學(xué)習(xí)。(4)學(xué)生的生物安全意識比較淡薄，盡管老師會強(qiáng)調(diào)生物安全的重要性及操作要點(diǎn)，但學(xué)生沒有任何實(shí)操的經(jīng)驗(yàn)，難免會出現(xiàn)操作不規(guī)范的現(xiàn)象。為了保證學(xué)生安全，防止公共安全事故出現(xiàn)，許多高校對致病性、感染性強(qiáng)的微生物實(shí)驗(yàn)課不得進(jìn)行了刪減[6]。(5)醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)受實(shí)驗(yàn)標(biāo)本、實(shí)驗(yàn)菌種、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、生物安全等制約，許多實(shí)驗(yàn)學(xué)生不能反復(fù)操作，甚至沒有機(jī)會去實(shí)踐。(6)課堂教育具有即時(shí)性，是一對多教學(xué)，學(xué)生必須緊跟教師授課的思路和節(jié)奏，一時(shí)難以消化的知識點(diǎn)，就可能成為教學(xué)的盲區(qū)。以上問題都嚴(yán)重制約了醫(yī)學(xué)微生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平和質(zhì)量的提高，制約了學(xué)生臨床實(shí)踐技能的提高，無法拓展學(xué)生的專業(yè)視野，更不利于將素質(zhì)教育理念落到實(shí)處。

2 醫(yī)學(xué)微生物學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)

我校自2016 年開始建設(shè)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)( http://jcsy.btmc.edu.cn/index.html)，該平臺是基于 VMC-100 虛擬平臺搭建的[7]，功能包括教師用戶管理、學(xué)生用戶管理、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K、課件管理、班級管理、考試管理、師生交流互動(dòng)模塊等。 醫(yī)學(xué)微生物學(xué)是該平臺下的一個(gè)模塊。疫情期間，本課題組成員加大對此平臺的建設(shè)，具體建設(shè)內(nèi)容如下。

2.1醫(yī)學(xué)微生物學(xué)數(shù)字切片庫的分類整理 教師可通過平臺上傳圖片功能，分類上傳醫(yī)學(xué)微生物學(xué)標(biāo)本資源，按照細(xì)菌學(xué)、真菌學(xué)、病毒學(xué)的框架，建立微生物的全視野數(shù)字化標(biāo)本庫。對教學(xué)大綱所要求掌握的每一種細(xì)菌、真菌、病毒的形態(tài)特點(diǎn)、染色特征、培養(yǎng)特性、常見寄居部位病理標(biāo)本和病人組織照片等利用全自動(dòng)顯微鏡掃描系統(tǒng)，采集高清圖像，構(gòu)建高質(zhì)量的醫(yī)學(xué)微生物標(biāo)本片。疫情期間，醫(yī)學(xué)微生物學(xué)數(shù)字切片庫擺脫了光學(xué)顯微鏡的制約，學(xué)生可隨時(shí)在家線上通過PC端或移動(dòng)端登陸虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)觀察切片，通過手機(jī)觸屏或電腦鼠標(biāo)操作即可選擇任意切片、選擇任意倍率和位置進(jìn)行學(xué)習(xí)。例如：結(jié)核桿菌的肺部空洞、炭疽病人照片、新冠肺炎的形態(tài)等圖片，滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求。教師也可以通過數(shù)字切片的縮略導(dǎo)航圖引導(dǎo)學(xué)生觀察切片，引導(dǎo)大家共同討論，同時(shí)加以標(biāo)注說明，滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣[5]。

2.2經(jīng)典實(shí)驗(yàn)微視頻引入平臺 在大多數(shù)微生物實(shí)驗(yàn)中，由于實(shí)驗(yàn)材料和授課時(shí)間限制，許多經(jīng)典實(shí)驗(yàn)學(xué)生只能進(jìn)行一次完整的操作，學(xué)生學(xué)習(xí)能力有差別，部分學(xué)生僅通過一次操作，難以掌握實(shí)驗(yàn)技能。但國內(nèi)高校在微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中創(chuàng)造了許多寶貴的實(shí)驗(yàn)技術(shù)手法，如油浸鏡的使用及觀察、牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)的制備、細(xì)菌革蘭氏染色、病毒血凝實(shí)驗(yàn)、平板菌落計(jì)數(shù)法、細(xì)菌對藥物敏感性實(shí)驗(yàn)、細(xì)菌的接種與培養(yǎng)技術(shù)等。這些微視頻具有內(nèi)容精、時(shí)間短、體積小的特點(diǎn)，例如，本教研室在“抗酸染色”中錄制了結(jié)核分枝桿菌的染色的微課視頻，在操作實(shí)驗(yàn)過程縮短加熱染色的時(shí)間，可使實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)假陰性。收集整理和自主創(chuàng)新的微視頻教師可通過本平臺管理目錄下的上傳視頻功能，可以使學(xué)生可利用手機(jī)、電腦等多媒體終端設(shè)備隨時(shí)打開微視頻進(jìn)行播放，重復(fù)實(shí)驗(yàn)示教過程，遇到操作上不清楚的地方，可以利用此平臺在線與授課教師交流。

2.3虛擬實(shí)驗(yàn)操作項(xiàng)目 我校引進(jìn)的夢之路、泰盟、易創(chuàng)等公司的優(yōu)質(zhì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，醫(yī)學(xué)微生物學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺內(nèi)含引進(jìn)虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目24 項(xiàng)，包括：細(xì)菌芽孢染色、細(xì)菌的革蘭氏染色、細(xì)菌的抗酸染色、抗生素抑菌實(shí)驗(yàn)、流感病毒雞胚培養(yǎng)、細(xì)菌形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)、細(xì)菌的接種、流感病毒雞胚培養(yǎng)、雞胚尿囊腔接種培養(yǎng)病毒等。實(shí)驗(yàn)包括實(shí)驗(yàn)原理、目的、材料、方法、結(jié)果、注意事項(xiàng)、模擬操作、思考題等內(nèi)容。學(xué)生可以通過模擬操作(如圖1 細(xì)菌的芽孢染色 )。也可按照提示在線進(jìn)行操作練習(xí)，感受真實(shí)的實(shí)驗(yàn)步驟熟練實(shí)驗(yàn)操作流程，規(guī)范操作、并可反復(fù)進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)(如圖2 卵黃囊接種)，趣味性強(qiáng)，牢牢抓住學(xué)生的注意力，大大提高實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)效率。

3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)豐富教學(xué)內(nèi)容 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課堂以實(shí)物觀察與實(shí)際操作為主，教學(xué)內(nèi)容有限，不利于學(xué)生視野的拓寬。自虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺系統(tǒng)建成開通后，學(xué)生不僅可以觀察微生物的全視野數(shù)字化標(biāo)本庫來學(xué)習(xí)標(biāo)本的形態(tài)，還可以對細(xì)菌的染色制作方法、病原菌的檢測、病毒的培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行虛擬演練，以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)材料缺乏、實(shí)驗(yàn)時(shí)間短、實(shí)驗(yàn)室安全等級不達(dá)標(biāo)等許多實(shí)驗(yàn)不能開展的遺憾。除此外，利用此平臺教師還可以指導(dǎo)學(xué)生對知識點(diǎn)進(jìn)行對比學(xué)習(xí)，加深對教學(xué)內(nèi)容的認(rèn)知和鞏固。如細(xì)菌基本形態(tài)觀察，學(xué)生可以登陸虛擬平臺上學(xué)習(xí)觀察球菌、桿菌、螺形菌等細(xì)菌的標(biāo)本，實(shí)驗(yàn)課上可把顯微鏡下找到的細(xì)菌的形態(tài)與平臺上眾多的細(xì)菌形態(tài)進(jìn)行比較，如金黃色葡萄球菌、四聯(lián)球菌、八疊球菌的區(qū)別。

3.2虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺用于學(xué)生學(xué)習(xí)的各個(gè)環(huán)節(jié) 依托虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，教師提前置任務(wù)，學(xué)生登錄平臺預(yù)習(xí)，可查看本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)題目，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、方法、步驟(如圖3、圖4)，對整個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有一個(gè)初步認(rèn)識，并通過平臺與授課教師在線溝通，教師可以網(wǎng)上輔導(dǎo)并答疑解惑。疫情結(jié)束返校后課堂上學(xué)生可以專心學(xué)習(xí)難點(diǎn)與疑點(diǎn)，提高學(xué)習(xí)效率 ，此外，微生物虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的“實(shí)驗(yàn)在線考試模塊”，本課題組建設(shè)微生物試題庫(如圖5)，教師可隨時(shí)更新試題和發(fā)布考試試題，學(xué)生可隨機(jī)抽題進(jìn)行自測練習(xí)和實(shí)驗(yàn)技能考核，并獲取試題解析和考試分?jǐn)?shù)。此平臺不僅方便教師組織各種各樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力的提高，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對拓展課外知識也有很大的幫助。

4 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成效

4.1降低實(shí)驗(yàn)成本，節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提高學(xué)生動(dòng)手能力 學(xué)生通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以反復(fù)地進(jìn)行練習(xí)，克服了傳統(tǒng)課堂因?qū)嶒?yàn)動(dòng)物數(shù)量限制，涉及實(shí)驗(yàn)材料及費(fèi)用等問題，極大的降低了實(shí)驗(yàn)成本。系統(tǒng)是根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)的時(shí)間進(jìn)行屏幕提示的，如大多數(shù)病原菌的培養(yǎng)物觀察、藥物敏感試驗(yàn)一般實(shí)驗(yàn)結(jié)果需要18～24小時(shí)，學(xué)生利用一節(jié)課的時(shí)間就能完成實(shí)際幾天才能做完的實(shí)驗(yàn)，大大縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，降低了實(shí)驗(yàn)成本。還能滿足一人一機(jī)的目標(biāo)，即使操作失誤也不會損壞設(shè)備、造成生物危害、危及人員安全，并且同樣能起到真實(shí)的教學(xué)效果。

4.2有助于加深理論知識的掌握，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)即可實(shí)現(xiàn)，疫情期間學(xué)生可以利用PC端或者手機(jī)學(xué)習(xí)，人人親自動(dòng)手操作，點(diǎn)擊按鈕就可以進(jìn)入實(shí)驗(yàn)的操作，感覺跟游戲闖關(guān)一樣，期待看到自己實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否正確，是不是達(dá)到了預(yù)想的要求和結(jié)果。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，學(xué)生通過自己的對實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)提示進(jìn)行操作，完成實(shí)驗(yàn)。這種學(xué)習(xí)模式極大的激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，提高了學(xué)習(xí)興趣。

綜上所述，疫情期間利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開展醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅可以提高教師的業(yè)務(wù)水平，對學(xué)生的學(xué)習(xí)也有一定的促進(jìn)作用，也可以實(shí)現(xiàn)“停課不停教、停課不停學(xué)”。教師在建設(shè)微生物學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的過程中，需要課前查閱大量文獻(xiàn)、上傳教學(xué)資料，并按時(shí)觀察學(xué)生學(xué)習(xí)和操作情況，及時(shí)調(diào)整更新教學(xué)內(nèi)容，回答學(xué)生的疑惑，這些不僅能加強(qiáng)專業(yè)教師的業(yè)務(wù)水平還能提高教師的專業(yè)素質(zhì)能力[8]。學(xué)生利用本平臺既可學(xué)習(xí)豐富立體化教學(xué)資源，還可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的虛擬操作，即可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。學(xué)生在體驗(yàn)形式多樣的實(shí)驗(yàn)情境時(shí)，不僅為復(fù)學(xué)后實(shí)驗(yàn)課程奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也是對理論知識的有益補(bǔ)充。在線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施過程中，我?，F(xiàn)有虛擬實(shí)驗(yàn)資源還不夠豐富，不能涵蓋本學(xué)科所有的知識點(diǎn)，標(biāo)本數(shù)量較少，教學(xué)內(nèi)容仍需完善，有臨床應(yīng)用前景的微生物學(xué)檢測技術(shù)也亟待補(bǔ)充[5]。 進(jìn)一步完善虛擬仿真平臺的核心內(nèi)容的建設(shè)，為學(xué)生提供更廣闊的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源，真正達(dá)到教育“授之以漁”的目的，是我們專業(yè)教師今后努力的方向。