王 星 王 靜 王超群 史 君※

(1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010110;2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學附屬醫(yī)院風濕免疫科,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010110;3.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學附屬醫(yī)院影像科,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010110)

生理學是一門重要的醫(yī)學基礎課程。在生理學教學中實驗非常重要，通過完成實驗操作學生不僅可以熟練地掌握動物實驗技術，而且可驗證所學到的理論部分知識，深化對理論知識的理解，使抽象、晦澀的理論直觀化。但傳統(tǒng)教學實驗受時間、耗材、經(jīng)費等因素的制約，教學模式依舊很傳統(tǒng)：教師講授演示、學生模仿操作，導致學生學習興趣低落，教學效果欠佳，已經(jīng)不能滿足日常的實驗教學需求[1-3]。隨著高校教學方法的改革與教學模式的創(chuàng)新，應用虛擬仿真技術于生理學的實驗教學中，可以彌補傳統(tǒng)實驗教學的缺點，不受時間、空間和場所限制，人機互動直觀實驗環(huán)節(jié)和現(xiàn)象，可作為開放共享的實驗數(shù)字資源室供學生反復實驗，直至操作成功，因此能有效提高學生的實踐與分析能力，引發(fā)學生的學習興致，促進傳統(tǒng)的教學模式向信息共享、智能化方向的變革[4-6]。本研究依托內(nèi)蒙古醫(yī)科大學國家級蒙醫(yī)學虛擬仿真實驗教學平臺豐富的教學資源，探討生理學實驗教學中虛擬仿真技術的應用與發(fā)展前景，為發(fā)展生理學實驗教學提出新的思路。

1 虛擬仿真實驗教學中心的建設

內(nèi)蒙古醫(yī)科大學蒙醫(yī)學虛擬仿真實驗教學中心成立于2013年，依托中蒙醫(yī)的臨床模擬實驗教學示范中心，以形態(tài)學實驗教學中心、生物醫(yī)學綜合實驗教學中心等6個自治區(qū)級實驗教學示范中心和自治區(qū)級工程技術研究中心——數(shù)字醫(yī)學中心等為支撐，本著“以實為本、以虛補實、虛實結合”的指導思想，秉承“教學、科研、醫(yī)療、開發(fā)、共享”一體化理念，大力進行數(shù)字化和虛擬仿真實驗教學資源建設，尤其是對那些受諸多主客觀因素制約的項目著重進行虛擬仿真研發(fā)。該中心網(wǎng)絡教學平臺以基礎醫(yī)學的虛擬仿真資源作為支撐，數(shù)字醫(yī)學中心作為支柱，整合特色的蒙醫(yī)資源而建立。平臺施行統(tǒng)一的身份認證、統(tǒng)一的管理，并且共享開放。該平臺目前有蒙醫(yī)學、基礎醫(yī)學、虛擬病人PBL教學、數(shù)字醫(yī)學中心4大模塊。蒙醫(yī)學模塊為自主開發(fā)的蒙醫(yī)特色診療技術虛擬操作系統(tǒng)等虛擬資源?；A醫(yī)學模塊有內(nèi)蒙古醫(yī)科大學與上海夢之路聯(lián)合開發(fā)的機能學、病原生物學、生化學、分子生物學等虛擬仿真實驗項目，山東易創(chuàng)研發(fā)的人體數(shù)字解剖系統(tǒng)、醫(yī)學形態(tài)學數(shù)字化教學平臺，成都泰盟研發(fā)的VMC-100基礎醫(yī)學虛擬仿真實驗教學平臺及內(nèi)蒙古醫(yī)科大學自行建設的數(shù)字切片庫。數(shù)字醫(yī)學中心有Mimics16.01、Amira5.4、Anybody、Geomagic Studio等數(shù)字轉(zhuǎn)化軟件。平臺總計虛擬實驗項目110多項，大體病理圖片360多張，數(shù)字切片1000多張，PBL教學項目5項，以及虛擬儀器、虛擬實驗動物等。師生利用這些資源可開展綜合性、設計性和創(chuàng)新性實驗。在任何時間、地點學生可通過網(wǎng)絡利用平臺開展自主學習、探究學習和PBL學習。平臺除虛擬實驗教學功能外，還具有用戶管理、實驗信息管理、課堂作業(yè)、在線答疑、教師教學管理等模塊。

2 虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)在生理學實驗教學中的應用

生理學虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)，包括蟾蜍、家兔與人體3個主要模塊，每一個實驗模塊由實驗目的、實驗原理、實驗視頻、實驗模擬操作、課后作業(yè)5大部分組成。首先，學生在實驗課前通過觀看系統(tǒng)中的實驗操作的視頻以及其他的學習材料達成預習任務，應用人機互動的操作進行練習。其次在實驗模擬操作過程中教師可設計一些實驗相關的問題，進行啟迪式教學。啟迪式教學可充分地調(diào)動起學生的學習興致，促進學生主動思考，引發(fā)學生從未知至已知、具體至抽象以及現(xiàn)象至本質(zhì)。同時在實驗中，如果學生能夠及時地在系統(tǒng)中討論遇到的疑難問題，教師還可針對性進行解答。課程結束后系統(tǒng)能夠?qū)⒚恳晃粚W生的實驗操作情形、答題狀況、時間與完成比率、疑難的問題等信息反映給帶教老師，幫助老師分析學生學習的情況。實驗課堂中主要完成實操，教師根據(jù)學生在第一階段自主學習的反饋實行重點講解。學生隨機分組開展討論，依據(jù)疑難的問題拓展思維自主地設計探索性實驗，教師指導學生依據(jù)已學的理論知識選用科學合理并且具有一定創(chuàng)新性的實驗題目開展實驗，結束實驗后完成實驗報告的書寫。最后，各小組選派一名學生報告成果，教師可根據(jù)其綜合表現(xiàn)評價學生操作能力、實驗的可行性以及新穎性等。如此既能培養(yǎng)學生的實操能力，又能夠逐漸養(yǎng)成學生觀察、分析與解決問題的科學素養(yǎng)。實驗課后學生也可利用該系統(tǒng)反復地進行模擬操作以加強復習已學知識，還可完成網(wǎng)上測試。另外，系統(tǒng)還能夠?qū)⒚總€學生的自主學習與測試結果回饋給學生，學生能夠及時地查收并且進行自身評價，尋找薄弱癥結給予強化。

3 虛擬仿真技術在生理學實驗教學中的優(yōu)勢

虛擬仿真技術為實驗教學開拓出一種新模式，是進步的表現(xiàn)，也是信息技術發(fā)展必然的結果。將虛擬仿真的實驗教學系統(tǒng)運用在生理學的實驗教學過程中，可以有效地把知識從傳統(tǒng)的書本呈現(xiàn)至信息技術載體當中，而且將靜態(tài)的文字與圖像轉(zhuǎn)為動態(tài)的Flash動畫與視頻，教學內(nèi)容因逼真的表現(xiàn)形式更易為學生接受。學生可根據(jù)自身的情況充分利用課外的時間，自主安排學習并進行線上的操作，還可在該系統(tǒng)中反復訓練實驗操作的薄弱節(jié)點，以便切實掌握實驗。綜上所述，利用虛擬仿真實驗教學模式具有下列好處[7-10]：(1)真實感，虛擬仿真技術與生理學實驗相結合，其逼真的虛擬環(huán)境，可以讓學生身臨其境，產(chǎn)生置身真實環(huán)境中的感覺。(2)互動性，實驗項目中，學生可選用所需實驗的耗材與試劑自主性進行實驗的設計與操作，在不同的實驗設計中實驗結果也會有所不同，促進學生認真思考實驗的原理，培養(yǎng)學生觀察、分析和解決問題的能力。(3)安全性，虛擬仿真系統(tǒng)搭建的情境，可模擬現(xiàn)實當中確實存在的環(huán)境，能夠有效地規(guī)避傳統(tǒng)實驗中可能存有的危險。(4)逼真性，虛擬的環(huán)境與現(xiàn)實的環(huán)境近似度極高，學生能通過模擬的實驗過程高度還原手術過程。在實際的實驗操作之前體會實驗的場景，更好地理解實驗中可能產(chǎn)生的預測結果。

4 展望

運用虛擬仿真教學系統(tǒng)在生理學的實驗教學過程當中，促使實驗教學變得更有趣、更生動，可以有效地培養(yǎng)學生的主觀學習能動性和實踐素質(zhì)，激發(fā)學生的學習興趣，補救傳統(tǒng)大班級教學的缺點，一定程度上增強生理學實驗的教學效果，推動傳統(tǒng)教學模式向信息化、智能化方向的變革[11，12]。將來，教師會依據(jù)學生個體的特征，采納大部分學生關于虛擬仿真教學系統(tǒng)的需要與意見，構建更多、更優(yōu)秀的虛擬仿真的實驗教學平臺與實驗項目，更普遍地運用虛擬仿真教學系統(tǒng)于實驗教學當中，發(fā)展創(chuàng)新高校的實驗教學體系，從而建設較高水平的醫(yī)學人才培養(yǎng)體系。