高洪波 常燕琴 齊瑞芳 張東 王立軍 于海東

摘 要：機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)是基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的重要構(gòu)成部分，是鍛煉學(xué)生動手操作能力和動腦思考能力的重要課程。但傳統(tǒng)的動物實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)模式，既不能充分發(fā)揮學(xué)生的自主性和培養(yǎng)創(chuàng)新意識，也不符合早臨床、早科研的醫(yī)學(xué)教育要求。所以，我校采用動物機(jī)能實(shí)驗(yàn)、人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)“三位一體”的全新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，構(gòu)建此體系既可解決動物福利問題，又能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增加主動體驗(yàn)感，建立基礎(chǔ)與臨床的早期聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：三位一體；機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)；教學(xué)改革

Research on the Construction of the “Three-in-One” Teaching Systemin Functional Experimentation

Gao Hongbo1 Chang Yanqin1 Qi Ruifang1 Zhang Dong1 Wang Lijun1 Yu Haidong2

（1.School of Basic Medical Sciences and Forensic Medicine，Baotou Medical College，Baotou，Inner Mongolia 014040;

（2.The Second Affiliated Hospital of Baotou Medical College，Baotou，Inner Mongolia 014031）

Abstract：Functional experimentation is an essential component of basic medical education，serving as a crucial course to hone students hands-on operational skills and cognitive thinking abilities.However，the traditional teaching model combining animal experiments and virtual simulations neither fully leverages students autonomy and fosters innovative thinking nor meets the medical education requirements for early clinical exposure and research.Hence，our college has adopted a novel experimental teaching system integrating animal functional experiments，human functional experiments，and virtual simulation experiments.The construction of this “three-in-one” system not only addresses animal welfare concerns but also ignites students interest in learning，enhances their hands-on experience，and establishes an early connection between basic and clinical studies.

Key words：Three-in-one;Functional experimentation;Educational reform

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育教學(xué)的重要組成部分，在培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才中發(fā)揮著重要作用，它不僅是與理論教學(xué)相互協(xié)調(diào)的橋梁課程，更是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性能力的重要過程。［1］機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)是一門研究生物正常機(jī)能、疾病發(fā)生發(fā)展機(jī)制和藥物與機(jī)體相互作用規(guī)律的實(shí)驗(yàn)性學(xué)科，也是基礎(chǔ)與臨床的橋梁課程，它更強(qiáng)調(diào)學(xué)科之間的交叉融合，重視新技術(shù)的應(yīng)用，在對學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)、規(guī)范的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的同時(shí)，更加注重與臨床的緊密聯(lián)系。

包頭醫(yī)學(xué)院機(jī)能實(shí)驗(yàn)室成立于20世紀(jì)90年代末，自成立以來不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，加強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和獨(dú)立解決問題能力的培養(yǎng)。隨著實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器的不斷更新，機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法有了很大的改變，從單一的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)逐漸向綜合性和設(shè)計(jì)性以及創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)發(fā)展。但傳統(tǒng)的動物實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的模式不能充分發(fā)揮學(xué)生的自動性、增加參與體驗(yàn)感和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。不符合現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育的理念，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式要既能結(jié)合臨床、貼近科研，又能充分發(fā)揮學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的自主性。［2］為了能夠在減少動物實(shí)驗(yàn)的大背景下還要提高教學(xué)質(zhì)量，必然需要創(chuàng)新教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法和手段，無創(chuàng)型人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)將成為機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)的新趨勢。基于以上原因，我校將動物機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)、人體機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)整合成“三位一體”的機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)新體系。

一、動物機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)建設(shè)

（一）建立動物機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)室

購置泰盟公司的BL-420N機(jī)能實(shí)驗(yàn)信號采集系統(tǒng)，建立六間動物機(jī)能實(shí)驗(yàn)室，每間實(shí)驗(yàn)室配置八套BL-420N機(jī)能實(shí)驗(yàn)信號采集系統(tǒng)。每間實(shí)驗(yàn)室均能開展機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)的常見實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可以滿足目前教學(xué)需要。BL-420N信號采集與處理系統(tǒng)相比于上一代信號采集與處理系統(tǒng)，引入了新的軟件平臺，可以在這個(gè)平臺上擴(kuò)展出信息化、網(wǎng)絡(luò)化等大量新的功能；同時(shí)也擴(kuò)展了硬件平臺的功能，硬件系統(tǒng)可以方便識別連入前端的傳感器類型，而且可以根據(jù)前端連接設(shè)備的不同擴(kuò)展采樣通道數(shù)。

（二）動物機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)

動物機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)是機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)的大本營，其主體地位不能動搖。動物實(shí)驗(yàn)可以制作不同的動物模型，探討疾病發(fā)生發(fā)展的規(guī)律以及藥物治療效果的觀察和機(jī)制探討。經(jīng)典動物實(shí)驗(yàn)可以鍛煉學(xué)生動手操作能力，提高學(xué)生處理突發(fā)實(shí)驗(yàn)狀況的能力、培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神及合作能力。

二、人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)建設(shè)

人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)的引入可以促進(jìn)醫(yī)學(xué)教育中臨床與基礎(chǔ)教育的早期結(jié)合，既能讓學(xué)生通過相互的自身實(shí)驗(yàn)真正了解基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的意義和親身體驗(yàn)臨床診斷的感受，又能解決動物福利問題和符合動物3R原則。所以改變傳統(tǒng)的機(jī)能實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加多器官系統(tǒng)的人體實(shí)驗(yàn)，已成為國內(nèi)各院校機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的發(fā)展趨勢。

（一）建立人體機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)室

人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的總體目標(biāo)為：以計(jì)算機(jī)生物信號記錄為基礎(chǔ)，以軟件和硬件相結(jié)合的方式，構(gòu)建人體實(shí)驗(yàn)教學(xué)的環(huán)境。包頭醫(yī)學(xué)院購置泰盟公司的HPS-102人體生理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，共八套實(shí)驗(yàn)設(shè)備，建立兩間人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)室，每間實(shí)驗(yàn)室四套。建立較完善的人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)室必須包含如下的硬件設(shè)施和與之配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件。在此實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，可按照人體器官系統(tǒng)完成如下實(shí)驗(yàn)：心血管系統(tǒng)；呼吸系統(tǒng)；神經(jīng)肌肉系統(tǒng)；泌尿系統(tǒng)；血液系統(tǒng)等實(shí)驗(yàn)。

（二）人體機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)

人體機(jī)能學(xué)使學(xué)生變成實(shí)驗(yàn)對象，直接觀察人體機(jī)能的生理指標(biāo)變化，避免動物實(shí)驗(yàn)的種屬差異，大大提高了學(xué)生的探索欲望和興趣。充分發(fā)揮了學(xué)生積極性和主動性，通過對記錄數(shù)據(jù)的分析和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫，強(qiáng)化人體指標(biāo)變化與醫(yī)學(xué)機(jī)理的基礎(chǔ)知識，為后續(xù)臨床課程的學(xué)習(xí)奠定良好基礎(chǔ)。既能培養(yǎng)學(xué)生直接針對臨床人體生理實(shí)驗(yàn)的基本實(shí)驗(yàn)技能，又能探究其檢測的具體機(jī)制，提高學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)知識分析和解決實(shí)際問題能力。［3］人體機(jī)能學(xué)是醫(yī)學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)的重要部分，是動物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有益補(bǔ)充，二者結(jié)合應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，既能提高學(xué)生的動手操作能力，又能促進(jìn)基礎(chǔ)與臨床早期結(jié)合。［4］

三、機(jī)能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)學(xué)建設(shè)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，既補(bǔ)充了動物機(jī)能學(xué)不能觀察到的一些病理生理變化現(xiàn)象，也拓展了部分在動物和人體不能實(shí)現(xiàn)操作的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。包括VMC-100 醫(yī)學(xué)機(jī)能虛擬實(shí)驗(yàn)室和VSP-100虛擬標(biāo)準(zhǔn)化病人兩部分。

（一）VMC-100 醫(yī)學(xué)機(jī)能虛擬實(shí)驗(yàn)室簡介

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心擁有多種管理功能，如課件上傳與學(xué)習(xí)、信息發(fā)布與統(tǒng)計(jì)、上傳題庫、組卷考試、在線答疑、論壇交流、資源分類管理。［5］VMC-100 醫(yī)學(xué)機(jī)能虛擬實(shí)驗(yàn)室擁有168個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，包含心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)與骨骼肌系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包含實(shí)驗(yàn)簡介、實(shí)驗(yàn)原理介紹、實(shí)驗(yàn)操作錄像、動畫模擬仿真動物的實(shí)驗(yàn)操作步驟、數(shù)字模擬波形變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及仿真動畫模擬考試等豐富內(nèi)容。

（二）VSP-100虛擬標(biāo)準(zhǔn)化病人簡介

VSP-100虛擬標(biāo)準(zhǔn)化病人通過模擬真實(shí)病人的生理機(jī)制、病理改變、藥理作用、手術(shù)方式等多方面影響因素，展現(xiàn)一種人體疾病的發(fā)生、發(fā)展、治療的全過程，并通過生理模擬驅(qū)動的模擬運(yùn)算，給予相對應(yīng)的治療結(jié)果。VSP-100虛擬標(biāo)準(zhǔn)化病人拋棄了以往醫(yī)學(xué)虛擬軟件無參數(shù)線性使用模式，采用開放性、系統(tǒng)參數(shù)可調(diào)的參數(shù)模式，更加準(zhǔn)確和貼近臨床案例，達(dá)到更好的教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生進(jìn)行綜合訓(xùn)練的目的。

四、“三位一體”新體系的建設(shè)

將動物機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)、人體機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)整合成“三位一體”的機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)新體系，既可以減少動物實(shí)驗(yàn)解決動物福利問題，又可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性 、增加主動體驗(yàn)感，從而培養(yǎng)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)與臨床的早結(jié)合。

（一）整合背景

通過神經(jīng)和體液調(diào)節(jié)，人或哺乳動物的血壓是相對的穩(wěn)定性。血壓的穩(wěn)定性是動態(tài)的，是在不斷連續(xù)的變化而不是靜止不變的。血壓測量的方法包括直接測壓法和間接測壓法。直接測壓法是一種有創(chuàng)操作，如動物機(jī)能學(xué)的動脈插管測量血壓。間接測量法即袖帶加壓法，是一種無創(chuàng)操作，如人體機(jī)能學(xué)血壓測量及影響因素。我們將以前的影響人體血壓測量準(zhǔn)確性的因素分析和神經(jīng)體液因素對家兔心血管活動的調(diào)節(jié)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合，整合成不同動脈血壓的測量方法及影響因素，此實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目既包含人體機(jī)能學(xué)血壓測量實(shí)驗(yàn)、動物機(jī)能學(xué)心血管活動調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)又包含失血性休克虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，即“三位一體”新體系。

（二）課程實(shí)施

不同動脈血壓的測量方法及影響因素實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)綜合性實(shí)驗(yàn)，共8個(gè)學(xué)時(shí)，其中包含4個(gè)學(xué)時(shí)動物機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)，1個(gè)學(xué)時(shí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和3個(gè)學(xué)時(shí)人體機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)。

1.課前準(zhǔn)備

通過利用實(shí)驗(yàn)教材和VMC-100 醫(yī)學(xué)機(jī)能虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)視頻預(yù)習(xí)動脈血壓的測量及影響因素相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和理論知識，熟悉整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，為實(shí)驗(yàn)課的順利實(shí)施打下良好的基礎(chǔ)。

2.課中實(shí)踐

人體機(jī)能學(xué)、動物機(jī)能學(xué)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)三部分結(jié)合。

先進(jìn)行人體機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)部分，利用HPS-102人體生理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行血壓測量及影響因素分析實(shí)驗(yàn)，通過此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生掌握人體血壓測量的規(guī)范方法、正常值及影響血壓測量準(zhǔn)確性的因素。培養(yǎng)學(xué)生一定的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)知識和技能，為今后的醫(yī)學(xué)事業(yè)奠定必備的基礎(chǔ)。人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供了一個(gè)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、充分發(fā)揮創(chuàng)造力的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，既節(jié)省了實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)，又提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率，有利于醫(yī)學(xué)院校學(xué)生臨床應(yīng)用能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。［6］

再進(jìn)行動物機(jī)能學(xué)部分，利用BL-420N機(jī)能實(shí)驗(yàn)信號采集系統(tǒng)進(jìn)行家兔心血管活動調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)，通過此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生熟練應(yīng)用各種手術(shù)器械及掌握家兔頸部手術(shù)操作，尤其是家兔頸總動脈插管直接測量血壓的方法，觀察神經(jīng)、體液因素對心血管活動的調(diào)節(jié)并分析其機(jī)制。培養(yǎng)學(xué)生敢于動手、細(xì)心踏實(shí)、善于觀察和歸納，實(shí)事求是，理論聯(lián)系實(shí)際，團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神和能力。人體與動物機(jī)能實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合，既能減少實(shí)驗(yàn)動物的使用數(shù)量，又能讓學(xué)生掌握人體功能變化的特點(diǎn)，為后續(xù)的臨床學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。［7］

最后利用 VSP-100 虛擬標(biāo)準(zhǔn)化病人教學(xué)系統(tǒng)，教師在講解時(shí)引入失血性休克病例，讓學(xué)生觀察失血性休克的癥狀、發(fā)生發(fā)展規(guī)律及治療原則。通過講解讓學(xué)生對虛擬病例進(jìn)行具體分析，并制定出可行的治療方案。

3.課后總結(jié)

課后復(fù)習(xí)總結(jié)，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。并利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺對其所做實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)一步深化和擴(kuò)展，從而提高實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量和效果。

（三）實(shí)施效果

通過整合，三者有機(jī)結(jié)合，學(xué)生可以清楚地認(rèn)識到血壓測量方法有直接測量（有創(chuàng)）和間接測量（無創(chuàng)）兩種方法，實(shí)現(xiàn)了人體實(shí)驗(yàn)與動物實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，實(shí)際操作與虛擬仿真的結(jié)合，基礎(chǔ)與臨床的結(jié)合，互相取長補(bǔ)短，既鍛煉了動手操作能力，又貼近臨床實(shí)際，為臨床工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了早臨床多臨床的教學(xué)目標(biāo)。構(gòu)建該體系可以讓學(xué)生對人體機(jī)能活動的機(jī)理有更深入的理解，掌握其調(diào)節(jié)的規(guī)律，從而提高學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)知識分析和解決具體臨床問題的能力。

五、結(jié)束語

本課程按照早臨床、早科研的醫(yī)學(xué)教育要求構(gòu)建課程新體系，以多種資源建設(shè)為支撐，逐步建成動物機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)、人體機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的“三位一體”的機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)新體系?！叭灰惑w”新體系不僅能為機(jī)能實(shí)驗(yàn)課程更好適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展提供一個(gè)很好的平臺，更能為提高機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)教育教學(xué)質(zhì)量提供保障。從課程實(shí)施中明顯看出，學(xué)生的探索興趣表現(xiàn)強(qiáng)烈，積極性、主動性得到明顯提升，我們會繼續(xù)開發(fā)設(shè)計(jì)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，充實(shí)完善機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)體系。

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（責(zé)任編輯 陳潤梅）