劉 瓊，張韋深，吳欣慧，汪雪蘭

(中山大學(xué)新華學(xué)院,廣東 廣州510520)

學(xué)校生物醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心(虛擬中心)建設(shè)是根據(jù)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》要求，建設(shè)“數(shù)字圖書(shū)館和虛擬實(shí)驗(yàn)室”，以及貫徹落實(shí)《中共廣東省委廣東省人民政府關(guān)于加強(qiáng)理工科大學(xué)和理工科學(xué)類建設(shè)服務(wù)創(chuàng)新發(fā)展的意見(jiàn)》文件精神，為破解新建地方醫(yī)學(xué)院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源不足而對(duì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)形成制約作用，于2015年建成并投入使用。經(jīng)過(guò)三年使用，證明虛擬中心對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)習(xí)慣，實(shí)驗(yàn)成功率等方面起著越來(lái)越顯著作用?，F(xiàn)將建設(shè)和使用經(jīng)驗(yàn)加以整理成文，供同類學(xué)校參考。

一、虛擬中心建設(shè)內(nèi)容

根據(jù)國(guó)家對(duì)虛擬中心建設(shè)要求，學(xué)校采用和A公司以校企合作方式進(jìn)行建設(shè)。根據(jù)學(xué)校專業(yè)、教師和學(xué)生要求，虛擬中心建設(shè)包含10大模塊：機(jī)能學(xué)、形態(tài)學(xué)、科研實(shí)驗(yàn)視頻等。每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括：實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介、虛擬實(shí)驗(yàn)和虛擬考試等。虛擬中心建設(shè)基于互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)，方便師生在線學(xué)習(xí)，不受時(shí)間、地點(diǎn)、限制，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和需要自主學(xué)習(xí)、自主實(shí)驗(yàn)、自主創(chuàng)新[1-2]。

二、虛擬中心應(yīng)用

虛擬中心的使用主要包括兩方面：課堂教學(xué)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)大賽。

(一) 教學(xué)應(yīng)用。

根據(jù)華中科技大學(xué)、東南大學(xué)經(jīng)驗(yàn)介紹，將虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目納入實(shí)驗(yàn)課程體系中，增設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K，并將虛實(shí)結(jié)合教學(xué)模式作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)一部分應(yīng)用于必修和選課中，經(jīng)過(guò)三年實(shí)踐探索，收到一定效果。

選取藥學(xué)、康復(fù)系進(jìn)行“虛實(shí)融合”教學(xué)改革試點(diǎn)，為實(shí)驗(yàn)組。將護(hù)理、生物醫(yī)學(xué)工程設(shè)為對(duì)照組。教學(xué)改革內(nèi)容如下：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)選2個(gè)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。綜合性實(shí)驗(yàn)：選傳出神經(jīng)系統(tǒng)藥物對(duì)兔血壓影響作用分析、量效曲線實(shí)驗(yàn)、家兔急性失血性休克及救治、家兔高鉀血癥及搶救。

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)以強(qiáng)化學(xué)生基本技能為主，重點(diǎn)布置學(xué)習(xí)“實(shí)驗(yàn)動(dòng)物操作”訓(xùn)練，以彌補(bǔ)因上課時(shí)間短，教師示教和輔導(dǎo)不夠，不能滿足學(xué)生在課堂規(guī)范、熟練的掌握問(wèn)題。四個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生在課前先完成虛擬仿真練習(xí)，達(dá)到預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理，清楚?shí)驗(yàn)流程和內(nèi)容。通過(guò)觀看錄像和虛擬操作練習(xí)，熟悉實(shí)驗(yàn)過(guò)程、操作要點(diǎn)，以此提高課堂實(shí)驗(yàn)成功率和效率[3-4]。實(shí)驗(yàn)課結(jié)束后，進(jìn)行技能操作和實(shí)驗(yàn)理論考試，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組相比成績(jī)有顯著性提高(見(jiàn)表1、表2)。表明實(shí)驗(yàn)組達(dá)到增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的目的，虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)增強(qiáng)實(shí)體實(shí)驗(yàn)效果有一定促進(jìn)作用。

表1 機(jī)能藥理學(xué)考試成績(jī)比較分)

注：*表示與對(duì)照組相比，P<0.05

表2 病理生理學(xué)考試成績(jī)比較分)

注：*表示與對(duì)照組相比，P<0.05

(二) 生物醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)大賽。

采用校企聯(lián)合方式，從2016年起共舉辦兩屆“泰盟杯”生物醫(yī)學(xué)虛擬仿真大賽。大賽主要對(duì)象是二年級(jí)醫(yī)學(xué)生。大賽主要目的，一是為檢查虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)效果情況。二是宣傳虛擬中心功能，讓師生投入更多時(shí)間學(xué)習(xí)虛擬實(shí)驗(yàn)，提高虛擬中心知曉率、使用率，真正達(dá)到為教學(xué)和人才培養(yǎng)服務(wù)。三是虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，彌補(bǔ)現(xiàn)有學(xué)生學(xué)時(shí)少、實(shí)驗(yàn)室條件限制以及高危、有毒有害等安全性要求高，目前學(xué)校實(shí)驗(yàn)室暫時(shí)不能開(kāi)展，但實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱又要求學(xué)生掌握的一類實(shí)驗(yàn)。

大賽形式是基于校園網(wǎng)任一終端，用帳號(hào)和密碼登陸網(wǎng)址，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成大賽內(nèi)容并提交。大賽內(nèi)容是：影響尿生成的因素及利尿藥的作用、家兔呼吸運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)、家兔血壓的調(diào)節(jié)、離體蛙心灌流皆屬綜合性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生應(yīng)該掌握，但因?qū)嶒?yàn)學(xué)時(shí)等限制，前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)暫無(wú)法開(kāi)設(shè)。

統(tǒng)計(jì)大賽成績(jī)顯示(見(jiàn)表3)，參賽人數(shù)穩(wěn)步增加，大賽內(nèi)容由單純虛擬實(shí)驗(yàn)，拓展為實(shí)驗(yàn)理論考試加虛擬實(shí)驗(yàn)形式，促進(jìn)學(xué)生不僅關(guān)注虛擬實(shí)驗(yàn)操作，還要加強(qiáng)理論知識(shí)學(xué)習(xí)。大賽滿分人數(shù)占比大幅增加，并有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，參賽成績(jī)穩(wěn)步提高，提示以賽促學(xué)效果正逐漸顯現(xiàn)[5]。

表3 虛擬仿真大賽成績(jī)分析

注：*表示與第一屆相比，P<0.05

三、 示范性特色虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)

根據(jù)教育部建設(shè)國(guó)家示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求，在總結(jié)學(xué)校開(kāi)設(shè)的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容，經(jīng)討論，撰寫四個(gè)特色虛擬實(shí)驗(yàn)，采用和公司聯(lián)合方式開(kāi)發(fā)虛擬軟件。

在虛擬中心建設(shè)初期，主要以購(gòu)置公司成熟軟件產(chǎn)品為主。在使用中發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作明顯錯(cuò)漏，造成實(shí)驗(yàn)過(guò)程、結(jié)果和實(shí)際出入較大等問(wèn)題，學(xué)生反映學(xué)習(xí)完虛擬實(shí)驗(yàn)仍然不知道怎樣做實(shí)驗(yàn)，當(dāng)虛擬實(shí)驗(yàn)和老師做的不同時(shí)，學(xué)生更加不能理解，無(wú)所適從。針對(duì)使用中出現(xiàn)問(wèn)題，學(xué)校基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)示范中心主任召集全體教師將本校已有的特色實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，撰寫成虛擬實(shí)驗(yàn)，并組織教師參加“泰盟杯”“夢(mèng)之路杯”虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大賽。最后，將獲獎(jiǎng)作品和校內(nèi)專家認(rèn)定的特色實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，采用和公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)成有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、校級(jí)特色虛擬項(xiàng)目。合作制作的軟件有以下特點(diǎn)：(1)軟件可支持手機(jī)、平板電腦等多種設(shè)備，播放用常用瀏覽器打開(kāi)，無(wú)需再下載安裝其它插件和程序。(2)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程和實(shí)體實(shí)驗(yàn)過(guò)程、操作要點(diǎn)以及現(xiàn)在通用的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)要求基本一致，實(shí)驗(yàn)環(huán)境、儀器設(shè)備要求不高并且采用最常用技術(shù)手段，其它學(xué)校也能實(shí)現(xiàn)。(3)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)上和過(guò)去單線程播放式有所不同，采用多種途徑選擇式，讓學(xué)生盡可能嘗試各種不同途徑完成實(shí)驗(yàn)，給讓學(xué)生更多試錯(cuò)機(jī)會(huì)，自己糾正，從中領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)最佳路徑和方法。(4)實(shí)驗(yàn)環(huán)境布置采用先進(jìn)的全景拍攝和立體掃描技術(shù)，增強(qiáng)臨場(chǎng)感、真實(shí)感。(5)部分特色虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要用于新型實(shí)驗(yàn)生理科學(xué)公選課和虛擬仿真大賽。通過(guò)成績(jī)分析和學(xué)生調(diào)查問(wèn)卷顯示，虛擬實(shí)驗(yàn)在內(nèi)容設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法創(chuàng)新性方面都得到教師和學(xué)生認(rèn)可。(6)通過(guò)校企合作開(kāi)發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使教師虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力、數(shù)字化教學(xué)能力、信息化素養(yǎng)等都得到明顯提升。

特色虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建成后，還提供給中山大學(xué)南方學(xué)院等學(xué)校使用，同樣受到師生好評(píng)，并希望長(zhǎng)期合作，共建共享特色虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

四、小 結(jié)

以應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的獨(dú)立學(xué)院虛擬中心建設(shè)，在教學(xué)中采用虛實(shí)結(jié)合模式，突破實(shí)驗(yàn)資源瓶頸限制對(duì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的制約；定期舉辦虛擬仿真大賽，促進(jìn)虛擬資源使用、開(kāi)拓學(xué)生視野、激發(fā)創(chuàng)新思維，收到一定效果。相信隨著示范性特色虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)深入，將會(huì)開(kāi)發(fā)出一系列適合應(yīng)用型高校的項(xiàng)目，達(dá)到“以虛補(bǔ)實(shí)”的教學(xué)效果。