［摘要］“新醫(yī)科”涵蓋了醫(yī)學(xué)教育的多個(gè)方面，通過(guò)引入新的理念、結(jié)構(gòu)、模式和體系來(lái)提高醫(yī)學(xué)教育的質(zhì)量和水平，培養(yǎng)具備創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的醫(yī)學(xué)人才。生物醫(yī)學(xué)科學(xué)是在“新醫(yī)科”教育背景下產(chǎn)生的新專(zhuān)業(yè)，以整合課程為主體，將醫(yī)學(xué)、理學(xué)、信息學(xué)和工程學(xué)等學(xué)科的知識(shí)和技能有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生可以獲得更全面、多樣化的教育。在整合課程尤其是實(shí)驗(yàn)課程中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)起到了重要作用，不僅提高了學(xué)生將知識(shí)融會(huì)貫通的能力，更加強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，使學(xué)生更好地適應(yīng)未來(lái)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，應(yīng)對(duì)新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

［關(guān)鍵詞］新醫(yī)科；生物醫(yī)學(xué)科學(xué)專(zhuān)業(yè)；整合課程；虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)

doi：10.3969/j.issn.1674-7593.2023.05.026

Teaching Design of Virtual Simulation Practice for Biomedical Sciences

Wang Fang1，Jin Yingli1，Xin Ying1，Zhang Ling1，Zhang Yonggang2，Liu Ling1**

1College of Basic Medical Sciences，Jilin University，Changchun130021；2College of Computer Science and Technology，Jilin University，Changchun130000

**Corresponding author：Liu Ling，email：Liu_Ling@jlu.edu.cn

［Abstract］“New Medical Science” covers many aspects of medical education，which improves the quality and level of medical education by introducing new concepts，structures，models and systems，and cultivates medical talents with innovative ability and comprehensive quality.Biomedical science is a new major born in the context of “new medical” education，with integrated courses as the main body，organically combining the knowledge and skills of medicine，science，informatics and engineering，so that students can obtain a more comprehensive and diversified education.In the integrated courses，especially the experimental courses，virtual simulation experiment plays an important role，which not only improves students' ability to integrate knowledge，but also strengthens students' practical and innovative ability，so that students can better adapt to the development of the future medical field and cope with the challenges brought by the new scientific and technological revolution and industrial transformation.

［Key words］New medical sience;Biomedical sciences;Integrated courses;Virtual simulation practice teaching

1生物醫(yī)學(xué)科學(xué)專(zhuān)業(yè)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)的必要性

1.1虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程的優(yōu)勢(shì)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是利用信息化仿真相關(guān)技術(shù)創(chuàng)建、重塑或還原實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)場(chǎng)景的過(guò)程。它通過(guò)數(shù)字化資源，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合，為學(xué)生提供更加智能化和精準(zhǔn)化的教育環(huán)境，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程的優(yōu)勢(shì)如下所述［1-3］：①創(chuàng)造性：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程通過(guò)高度仿真的內(nèi)容和場(chǎng)景模擬，創(chuàng)造出真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使學(xué)生能夠進(jìn)行逼真的實(shí)驗(yàn)操作和觀察，這種創(chuàng)造性的模擬能夠提供更豐富的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度；②交互性：相比于傳統(tǒng)的動(dòng)畫(huà)或視頻教學(xué)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程具有更好的交互性，學(xué)生可以主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)操作，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)參數(shù)的調(diào)整和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察，這種交互性能夠增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)踐能力；③規(guī)范性：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程可以提供規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的知識(shí)講授和技能訓(xùn)練，學(xué)生可以按照正確的實(shí)驗(yàn)步驟和操作要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作習(xí)慣和科學(xué)的思維方式；④時(shí)代性：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程符合當(dāng)代大學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，學(xué)生可以通過(guò)計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，適應(yīng)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，提高學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)質(zhì)量；⑤開(kāi)放性：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程具有全時(shí)、廣域、用戶無(wú)門(mén)檻的特點(diǎn)，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度和需求進(jìn)行學(xué)習(xí)；⑥靈活性：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)時(shí)、方式和地點(diǎn)都具有靈活性，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)計(jì)劃和興趣選擇學(xué)習(xí)時(shí)間和地點(diǎn)，以及學(xué)習(xí)方式，如個(gè)人學(xué)習(xí)、小組合作等；⑦共享性：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程便于優(yōu)質(zhì)資源的廣泛共享，教育機(jī)構(gòu)和教師可以共享和交流優(yōu)秀的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源，提高教學(xué)質(zhì)量和水平；⑧變革性：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程創(chuàng)造了“互聯(lián)網(wǎng)+”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新范式，它通過(guò)融合信息技術(shù)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，推動(dòng)教學(xué)模式的變革，實(shí)現(xiàn)智能化的精準(zhǔn)教育。綜上所述，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程具有多方面的優(yōu)勢(shì)，可以提供更好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和教學(xué)效果，推動(dòng)教育的創(chuàng)新和進(jìn)步。

1.2生物醫(yī)學(xué)科學(xué)專(zhuān)業(yè)整合課程的特點(diǎn)

生物醫(yī)學(xué)科學(xué)專(zhuān)業(yè)的整合課程旨在融合多領(lǐng)域的學(xué)科知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，以下是生物醫(yī)學(xué)科學(xué)專(zhuān)業(yè)整合課程的特點(diǎn)［4］：①跨學(xué)科整合：生物醫(yī)學(xué)科學(xué)專(zhuān)業(yè)整合課程涵蓋了多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，如醫(yī)學(xué)、理學(xué)、信息學(xué)和生物工程等，幫助學(xué)生建立多維的醫(yī)學(xué)知識(shí)體系；②綜合素質(zhì)培養(yǎng)：生物醫(yī)學(xué)科學(xué)專(zhuān)業(yè)整合課程注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，包括科學(xué)研究能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、創(chuàng)新思維和問(wèn)題解決能力等，通過(guò)跨學(xué)科的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，學(xué)生能夠全面發(fā)展；③實(shí)踐導(dǎo)向：生物醫(yī)學(xué)科學(xué)專(zhuān)業(yè)整合課程注重實(shí)踐教學(xué)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)、科研項(xiàng)目等實(shí)踐活動(dòng)，幫助學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐；④創(chuàng)新教學(xué)模式：生物醫(yī)學(xué)科學(xué)專(zhuān)業(yè)整合課程采用創(chuàng)新的教學(xué)模式如跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)合作等，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和綜合學(xué)習(xí)能力。通過(guò)以上特點(diǎn)，生物醫(yī)學(xué)科學(xué)專(zhuān)業(yè)整合課程能夠培養(yǎng)具備綜合醫(yī)學(xué)知識(shí)和實(shí)踐能力的醫(yī)學(xué)人才，促進(jìn)新醫(yī)科教育的發(fā)展和進(jìn)步。

1.3生物醫(yī)學(xué)科學(xué)專(zhuān)業(yè)整合實(shí)驗(yàn)課程問(wèn)題分析

以《人體結(jié)構(gòu)與功能》整合課程為例，《人體結(jié)構(gòu)與功能》是生物醫(yī)學(xué)科學(xué)專(zhuān)業(yè)醫(yī)學(xué)知識(shí)體系的一門(mén)重要課程，它與《生命科學(xué)基礎(chǔ)》《疾病學(xué)基礎(chǔ)》《疾病學(xué)概論》等核心整合必修課程相互滲透，并與醫(yī)學(xué)前沿、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等選修拓展課程相互關(guān)聯(lián)。該課程研究正常人體器官組織結(jié)構(gòu)和生理功能，包括傳統(tǒng)課程中的人體解剖學(xué)、組織胚胎學(xué)、生理學(xué)等內(nèi)容。理論課程按照人體的八大系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，從大體結(jié)構(gòu)到微觀結(jié)構(gòu)，再到功能進(jìn)行探索。實(shí)驗(yàn)課程涉及在人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)室、微觀形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)室和機(jī)能實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。由于實(shí)驗(yàn)課程涉及不同的領(lǐng)域，需要使用不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，很難在一節(jié)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)完成所有實(shí)驗(yàn)。此外，整合實(shí)驗(yàn)課還面臨時(shí)間、空間、教師和實(shí)驗(yàn)資源等多方面的限制。為了解決這些問(wèn)題，選擇具有高度仿真性、人機(jī)交互性、操作規(guī)范性和即時(shí)評(píng)價(jià)性的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)是必要的。這種技術(shù)可以提供逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使學(xué)生能夠進(jìn)行安全、可控的實(shí)驗(yàn)操作，克服實(shí)驗(yàn)資源和時(shí)間限制，提高實(shí)驗(yàn)效果和學(xué)習(xí)效果。綜上所述，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)在《人體結(jié)構(gòu)與功能》整合課程中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，可以解決實(shí)驗(yàn)課程中的痛點(diǎn)問(wèn)題，提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯W(xué)習(xí)效果［5-7］。

2生物醫(yī)學(xué)科學(xué)專(zhuān)業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)案例

2.1《人體結(jié)構(gòu)與功能》虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)：主題實(shí)驗(yàn)-學(xué)習(xí)與記憶

本實(shí)驗(yàn)課程以系統(tǒng)為單位，通過(guò)視頻演示、虛實(shí)結(jié)合、智能模擬和探究實(shí)驗(yàn)等多種教學(xué)手段，構(gòu)建形態(tài)學(xué)與機(jī)能學(xué)結(jié)合的創(chuàng)新型、主題式的整合實(shí)驗(yàn)。以神經(jīng)系統(tǒng)為例，將“學(xué)習(xí)與記憶”作為主題實(shí)驗(yàn)，此實(shí)驗(yàn)涉及到多個(gè)領(lǐng)域：①解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)部分，重點(diǎn)講解海馬的結(jié)構(gòu)與位置；②組胚學(xué)實(shí)驗(yàn)部分，著重介紹神經(jīng)元和突觸的形態(tài)與功能；③生理學(xué)實(shí)驗(yàn)部分，探討突觸可塑性和長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)等關(guān)鍵概念；④臨床治療部分，探討阿爾茨海默病的治療方法；⑤神經(jīng)領(lǐng)域的科研熱點(diǎn)方面，關(guān)注海馬和突觸可塑性的研究進(jìn)展；⑥在科普知識(shí)方面，擴(kuò)展討論學(xué)習(xí)與記憶的相關(guān)熱點(diǎn)問(wèn)題。

《學(xué)習(xí)與記憶》實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)包括4個(gè)部分：實(shí)驗(yàn)原理、虛擬仿真示范實(shí)驗(yàn)、虛擬仿真操作實(shí)驗(yàn)和拓展實(shí)驗(yàn)，將這4部分內(nèi)容相互串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)形態(tài)學(xué)與機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)的有機(jī)融合。同時(shí)，構(gòu)建知識(shí)庫(kù)和技術(shù)庫(kù)，學(xué)生可以利用知識(shí)庫(kù)中提供的研究論文，以及技術(shù)庫(kù)中提供的常用實(shí)驗(yàn)技術(shù)，展開(kāi)小組討論和拓展課題設(shè)計(jì)。通過(guò)線上線下結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)關(guān)于“學(xué)習(xí)與記憶”這一主題實(shí)驗(yàn)在多個(gè)領(lǐng)域的拓展延伸，促進(jìn)醫(yī)學(xué)知識(shí)的融會(huì)貫通，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力及實(shí)踐能力。

2.2虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的交互操作內(nèi)容設(shè)計(jì)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的交互操作內(nèi)容設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

2.3虛擬仿真實(shí)驗(yàn)《學(xué)習(xí)與記憶》的特色

2.3.1建立多維度的目標(biāo)體系該課程的目標(biāo)體系由知識(shí)探究、能力建設(shè)、價(jià)值引領(lǐng)和人格養(yǎng)成構(gòu)成，以學(xué)生為本，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，通過(guò)學(xué)習(xí)與記憶的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，結(jié)合虛擬與真實(shí)的解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)、組織學(xué)實(shí)驗(yàn)和生理學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以深入體驗(yàn)學(xué)習(xí)與記憶的發(fā)生機(jī)制。通過(guò)探究拓展訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研思維。

2.3.2構(gòu)建進(jìn)階式設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系該體系分為4個(gè)進(jìn)階階段，確保課程的層層遞進(jìn)。學(xué)生先后學(xué)習(xí)器官水平的大體形態(tài)學(xué)知識(shí)、細(xì)胞水平的微觀形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)技巧和知識(shí)、分子水平的實(shí)驗(yàn)原理以及機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)手段。最后，學(xué)生以小組為單位開(kāi)展設(shè)計(jì)性、探究性實(shí)驗(yàn)，圍繞與記憶相關(guān)的熱點(diǎn)問(wèn)題，通過(guò)閱讀文獻(xiàn)進(jìn)行探究拓展這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)通過(guò)拓展訓(xùn)練。層層遞進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，使知識(shí)和能力得到螺旋上升，同時(shí)培養(yǎng)了科研素養(yǎng)，使學(xué)生加強(qiáng)了動(dòng)手實(shí)踐、信息處理和數(shù)據(jù)分析的基本能力，培養(yǎng)了思辨能力、表達(dá)能力、協(xié)作能力、應(yīng)變能力和創(chuàng)新能力［8］。

2.3.3實(shí)現(xiàn)五個(gè)結(jié)合的教學(xué)方法該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用五個(gè)結(jié)合的教學(xué)方法：①傳統(tǒng)教學(xué)資源與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源相結(jié)合，豐富教學(xué)內(nèi)容；②基礎(chǔ)知識(shí)與臨床問(wèn)題相結(jié)合，提高學(xué)生的應(yīng)用能力；③基礎(chǔ)知識(shí)與科研相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的科研思維；④線上實(shí)驗(yàn)與線下拓展相結(jié)合，提供多樣化的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)；⑤基礎(chǔ)知識(shí)與價(jià)值引領(lǐng)相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的人文關(guān)懷和社會(huì)責(zé)任感。

通過(guò)以上特色設(shè)計(jì)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，提升綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。

3小結(jié)

在生物醫(yī)學(xué)科學(xué)專(zhuān)業(yè)整合課程中，虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)起到了重要的作用，通過(guò)采用虛實(shí)結(jié)合的形式，提升了整合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。不僅幫助學(xué)生掌握學(xué)科知識(shí)，還培養(yǎng)了他們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，為他們未來(lái)的醫(yī)學(xué)科學(xué)研究和實(shí)踐奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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（2023-07-04收稿）