虛擬仿真在生理學(xué)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用

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摘要：選取2020級(jí)護(hù)理專業(yè)學(xué)生，采用線上虛擬仿真教學(xué)軟件結(jié)合線下實(shí)踐操作的生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，評(píng)價(jià)虛擬仿真教學(xué)軟件在生理學(xué)實(shí)驗(yàn)中的教學(xué)效果。結(jié)果表明虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件的投入應(yīng)用可以結(jié)合傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形成一種新的教學(xué)模式，虛實(shí)結(jié)合，從而提高實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：生理學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；虛擬仿真系統(tǒng)

引言：醫(yī)學(xué)教育的發(fā)展離不開課程教學(xué)改革的進(jìn)步。作為典型的實(shí)驗(yàn)性學(xué)科，生理學(xué)的實(shí)驗(yàn)課程關(guān)系到學(xué)生對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)的深刻理解，并且成功的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)操作更能增加醫(yī)學(xué)生的操作能力和自主學(xué)習(xí)的興趣[1]。但煩瑣難懂的理論知識(shí)，加上有限的時(shí)間和局限的空間，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的容錯(cuò)率大大降低，實(shí)驗(yàn)的低成功率嚴(yán)重影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且會(huì)導(dǎo)致學(xué)生縮手縮腳，實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和自主性、節(jié)約實(shí)驗(yàn)資源等方面具有積極作用[2-3]。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于醫(yī)學(xué)類學(xué)生的不斷擴(kuò)招，大部分院校的師生配比特別高，不合理的師生配比嚴(yán)重影響了教師在示教操作中的效果[4]。這就導(dǎo)致學(xué)生在操作過程中出現(xiàn)各種各樣的疑問和問題，教師無法兼顧最終使實(shí)驗(yàn)的成功率大大降低。加上教室空間的限制以及有限的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，導(dǎo)致大部分學(xué)生沒有全程上手操作的機(jī)會(huì)，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果只停留在了表面，很難對(duì)實(shí)驗(yàn)中的理論知識(shí)進(jìn)行獨(dú)立思考。虛擬仿真系統(tǒng)的建設(shè)，是按照生理學(xué)各系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的要求，全面地借助現(xiàn)代化信息技術(shù)，推動(dòng)傳統(tǒng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。虛擬仿真系統(tǒng)的教學(xué)平臺(tái)更加直觀，圖文、視頻、操作一體化，讓每個(gè)學(xué)生都有很好的機(jī)會(huì)去了解全部的實(shí)驗(yàn)操作，在反復(fù)的操作中可以更好地讓學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)并分析實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)[5]。以此來提高生理學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效率。本研究旨在分析在虛擬仿真系統(tǒng)的建立和應(yīng)用過程中，通過虛實(shí)教學(xué)的有效結(jié)合，探討虛擬仿真系統(tǒng)作為新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式對(duì)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提升效果。

1虛擬仿真系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課的構(gòu)建與優(yōu)化

河南護(hù)理職業(yè)學(xué)院基于VBL100虛擬仿真系統(tǒng)平臺(tái)，構(gòu)建并優(yōu)化生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊22項(xiàng)，其中選取神經(jīng)—肌肉電生理實(shí)驗(yàn)的“刺激強(qiáng)度、頻率與肌肉收縮之間的關(guān)系”、心血管系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的“家兔動(dòng)脈血壓的調(diào)節(jié)”、呼吸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的“家兔呼吸運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)”、泌尿系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的“影響尿生成的因素”、血液系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)“影響血液凝固的因素”，形成實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要內(nèi)容。合理利用職教云在線課堂平臺(tái)制作上傳實(shí)驗(yàn)課件、相關(guān)理論知識(shí)鏈接及主要操作的微視頻等教學(xué)資源，特別是實(shí)驗(yàn)標(biāo)本制備、核心實(shí)驗(yàn)操作及數(shù)據(jù)有效采集的微視頻的創(chuàng)建，盡量滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，學(xué)生可以通過手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備隨時(shí)隨地了解和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。同時(shí)可以將家兔麻醉、殺蛙、游離坐骨神經(jīng)等常見的錯(cuò)誤操作片段配以文字及音頻制作成微視頻，為學(xué)生正確的實(shí)踐操作提供一定參考。

2對(duì)象與方法

2.1研究對(duì)象

選擇我院2020級(jí)護(hù)理專業(yè)247名學(xué)生作為研究對(duì)象，每個(gè)班級(jí)60人左右,其中選擇1～2班為實(shí)驗(yàn)組，3～4班設(shè)為對(duì)照組。四個(gè)班級(jí)學(xué)生均為高中起點(diǎn)，在年齡、學(xué)習(xí)能力、綜合素質(zhì)等方面沒有明顯差異。

2.2實(shí)施方法

實(shí)驗(yàn)組：依據(jù)構(gòu)建優(yōu)化好的虛擬仿真系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，運(yùn)用虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)方法，依托泰盟的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，讓學(xué)生在課余時(shí)間結(jié)合職教云線上教學(xué)資源，預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，并且利用一學(xué)時(shí)讓學(xué)生登錄虛擬仿真系統(tǒng)反復(fù)操作實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，認(rèn)真完成各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在此過程中針對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中提出的難點(diǎn)和問題，老師及時(shí)進(jìn)行答疑回復(fù)，并且要求學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與理論知識(shí)進(jìn)行聯(lián)系及時(shí)提出新的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。最后學(xué)生進(jìn)行真實(shí)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)中的結(jié)論進(jìn)行探討驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)過程由小組相關(guān)負(fù)責(zé)人全程拍攝上傳職教云課堂平臺(tái)。對(duì)照組：運(yùn)用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)提前熟悉預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教師利用一學(xué)時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行講解并且示教，學(xué)生隨后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)過程也由小組相關(guān)負(fù)責(zé)人全程拍攝上傳職教云課堂平臺(tái)。在實(shí)驗(yàn)考核結(jié)束后，讓學(xué)生利用虛擬仿真系統(tǒng)再次進(jìn)行線上操作，結(jié)合上傳的操作視頻，找到操作過程中的問題，考慮在虛擬仿真系統(tǒng)中的操作是否有利于實(shí)驗(yàn)的整體完成。加深對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和相關(guān)理論知識(shí)的理解。

2.3考核方法

制定生理實(shí)驗(yàn)課的考核標(biāo)準(zhǔn)，考核的評(píng)價(jià)指標(biāo)分兩部分，即各組上傳的實(shí)驗(yàn)視頻操作，結(jié)合相關(guān)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，總分為100分。由四位代課老師共同給出成績，并且計(jì)算平均分。

2.4問卷調(diào)查及統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

利用問卷星對(duì)實(shí)施過程和結(jié)果進(jìn)行調(diào)查評(píng)價(jià)。并對(duì)實(shí)驗(yàn)成績進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。利用統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。兩組實(shí)驗(yàn)成績均用平均分?jǐn)?shù)加標(biāo)準(zhǔn)誤差表示。兩組實(shí)驗(yàn)成績均用t檢驗(yàn)，以P＜0.05為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

3結(jié)果

3.1問卷調(diào)查結(jié)果

3.1.1學(xué)生對(duì)自主預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的傳統(tǒng)方式（實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)為主導(dǎo)）和虛擬仿真組基于職教云平臺(tái)

端教學(xué)資源的方式進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。并且對(duì)各自學(xué)習(xí)方式的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。結(jié)果顯示虛擬仿真組的預(yù)習(xí)方式更加簡單方便（82.26%），實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)內(nèi)容更豐富直觀（90.32%），學(xué)生自主性更高（78.23%），對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和理論知識(shí)點(diǎn)的鏈接更充分（73.39%）。預(yù)習(xí)的效果也更滿意（70.16%）。

3.1.2學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的實(shí)施過程進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià)（表2）

對(duì)各組中存在的問題進(jìn)行了相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示虛擬仿真實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)流程更標(biāo)準(zhǔn)，可在不同條件下，符合多種學(xué)習(xí)模式，并且進(jìn)行反復(fù)有效的學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)過程中的自主動(dòng)手能力更高，相比傳統(tǒng)的課前示教，教學(xué)過程更加穩(wěn)定。學(xué)生的普及面更廣泛，對(duì)關(guān)鍵操作點(diǎn)的掌握更加精細(xì)準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)操作更加熟練，教學(xué)內(nèi)容全面直觀，實(shí)驗(yàn)結(jié)果清晰準(zhǔn)確，成功率更高，有利于理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)過程更好地契合。并且較好的預(yù)期結(jié)果更容易增加學(xué)生的自信心，加強(qiáng)了學(xué)生的自主動(dòng)手能力和學(xué)習(xí)的能動(dòng)性。

3.1.3學(xué)生對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建議和評(píng)價(jià)調(diào)查問卷統(tǒng)計(jì)顯示大部分學(xué)生對(duì)虛擬

仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程比較感興趣（86.99%），并且對(duì)最終的學(xué)習(xí)效果都比較認(rèn)同。豐富的視頻設(shè)計(jì)和相關(guān)的動(dòng)畫，使學(xué)生在相關(guān)指導(dǎo)下更直觀方便地了解要操作的內(nèi)容（63.20%）。反復(fù)學(xué)習(xí)更能使學(xué)生在掌握關(guān)鍵的同時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行自主設(shè)計(jì)并提出問題（75.61%）。但在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生也對(duì)開設(shè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了相關(guān)的意見和建議。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中需要教師隨堂指導(dǎo)以及更多的預(yù)習(xí)練習(xí)時(shí)間。學(xué)生參與自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)較少。更多的學(xué)生青睞虛擬仿真系統(tǒng)手機(jī)客戶端的開發(fā)和應(yīng)用（94.31%）。

3.2實(shí)驗(yàn)報(bào)告結(jié)合實(shí)踐操作成績考核

結(jié)合虛擬仿真系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)報(bào)告考核平均成績?yōu)椋?0.87±0.11）分，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的對(duì)照組實(shí)驗(yàn)報(bào)告平均成績?yōu)椋?8.47±0.13）分，兩者相比，雖然結(jié)合了虛擬實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告分?jǐn)?shù)稍微有所增加，但沒有明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。但從操作過程而言，結(jié)合虛擬仿真系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)操作過程更加熟練，教室整體秩序更穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)復(fù)雜關(guān)鍵操作的失誤率比較低，實(shí)驗(yàn)預(yù)期更理想。

4討論與分析

4.1虛擬仿真系統(tǒng)的應(yīng)用能有效補(bǔ)充傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足，提高生理動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的成功率

傳統(tǒng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中存在的缺點(diǎn)[6]，導(dǎo)致學(xué)生逐漸失去對(duì)實(shí)驗(yàn)課的興趣，降低了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，也逐漸磨滅了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的思維力和創(chuàng)造力。這對(duì)生理學(xué)課程目標(biāo)的實(shí)施帶來了很大的困難，所以以虛擬仿真系統(tǒng)結(jié)合傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革也就勢(shì)在必行。虛擬仿真系統(tǒng)能夠克服疫情的干擾，突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的限制[7]。并且在實(shí)施過程中，很容易能被學(xué)生接受，學(xué)生學(xué)習(xí)的過程簡單方便并且有序。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可豐富實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)形式和教學(xué)內(nèi)容，將實(shí)驗(yàn)過程以逼真、形象、立體的表現(xiàn)形式演示出來[8]。虛擬仿真系統(tǒng)能夠提供每個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理、方法、步驟以及完整的實(shí)驗(yàn)視頻，可滿足大量學(xué)生對(duì)示教過程的需求。學(xué)生也可以清楚地觀察實(shí)驗(yàn)中復(fù)雜的精細(xì)操作，如蟾蜍枕骨大孔的位置，家兔耳緣經(jīng)脈的麻醉注射，家兔交感神經(jīng)、減壓神經(jīng)和迷走神經(jīng)的辨別與分離，輸尿管的位置及插管過程等。從而快速地幫助學(xué)生掌握每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的要領(lǐng)，把握整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中的重難點(diǎn)，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.2優(yōu)化設(shè)計(jì)虛擬仿真系統(tǒng)在生理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，防止機(jī)械、固化的模式出現(xiàn)

虛擬仿真系統(tǒng)的應(yīng)用需要在不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中具體分析，在教學(xué)中要建立學(xué)生的本位思想，根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)中存在的問題，由學(xué)生進(jìn)行思考并反饋，從而進(jìn)行有針對(duì)性的優(yōu)化設(shè)計(jì)。要避免虛擬仿真系統(tǒng)在使用中變成程序化、機(jī)械化的輔助工具。結(jié)合學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用，將教學(xué)過程中不能體現(xiàn)、不易體現(xiàn)的操作點(diǎn)和知識(shí)點(diǎn)，通過虛擬仿真系統(tǒng)更全面、更具體地體現(xiàn)。針對(duì)比較傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡任淖中缘拿枋觯O(shè)計(jì)成更方便直觀的動(dòng)畫形式和微視頻形式。結(jié)合實(shí)際的教學(xué)講解。配合虛擬仿真系統(tǒng)，幫助學(xué)生突破自主學(xué)習(xí)的瓶頸，更好地接收煩冗枯燥的生理知識(shí)點(diǎn)。在虛擬仿真系統(tǒng)的應(yīng)用中，應(yīng)該更好地設(shè)計(jì)開闊思維的提示反饋彈窗，例如，在家兔耳緣靜脈麻醉的過程中，扎針的具體位置為何要耳尖開始？戊巴比妥鈉的推入速度是如何變化的？這樣做的原因是什么？讓學(xué)生在自主學(xué)習(xí)，提出問題，解決問題的過程中，通過教學(xué)反饋，及時(shí)記錄自己的問題和思維發(fā)散點(diǎn)，并將這些問題聯(lián)系到臨床應(yīng)用中（如臨床上患者麻醉藥的推入是不是也要遵循相同的原則），最后學(xué)生對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)和總結(jié)歸納。優(yōu)化整個(gè)虛擬仿真系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用流程，建立更加貼合學(xué)生使用的教學(xué)系統(tǒng)，有效地提高生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

4.3虛擬仿真系統(tǒng)對(duì)示教的替代作用和反復(fù)操作

是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最大支持在班級(jí)人數(shù)較多的情況下，傳統(tǒng)的示教過程會(huì)引起課堂教學(xué)混亂，教師很難將示教過程中的重點(diǎn)操作手法讓學(xué)生細(xì)致地觀摩。僅憑局限的示教課，學(xué)生很難掌握實(shí)驗(yàn)過程中的技術(shù)要領(lǐng)，往往會(huì)導(dǎo)致各種問題的出現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)過程緩慢且混亂。課堂秩序難以掌控的同時(shí)會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的開展,使高校師生之間的無縫學(xué)習(xí)成為可能[9]。擴(kuò)招導(dǎo)致生源大量增加，實(shí)驗(yàn)空間和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的分配變得非常緊張。并非每一位學(xué)生都能獲得機(jī)會(huì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。這就導(dǎo)致生理學(xué)實(shí)驗(yàn)課出現(xiàn)“做的少，看的多”現(xiàn)象。只有通過“模式多元”的教學(xué)組織形式，才能確保教學(xué)方式的有效性[10]。作為開放性的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，虛擬仿真系統(tǒng)能滿足每一位學(xué)生反復(fù)練習(xí)實(shí)驗(yàn)操作。學(xué)生可以無視空間和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的限制，完全無壓力，全身心地投入實(shí)驗(yàn)中。并且反復(fù)的操作有利于加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，提高實(shí)際操作的成功率。

4.4生理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

虛擬仿真系統(tǒng)給學(xué)生創(chuàng)造了良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，推動(dòng)了生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)變革，但在實(shí)施過程中，虛擬仿真教室的固定性也增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的不便，更多的學(xué)生更趨向增加虛擬仿真系統(tǒng)在手機(jī)客戶端上的應(yīng)用。虛擬仿真軟件的開發(fā)使用也可以由實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合理論知識(shí)，將許多復(fù)雜的理論問題轉(zhuǎn)化為可操作、可演示的內(nèi)容。通過基于虛擬仿真系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的對(duì)比分析,顯示學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解、重點(diǎn)實(shí)踐技能的掌握以及自主教學(xué)的態(tài)度和興趣都有明顯提升。虛擬仿真系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用雖然解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的諸多不足，但其作為單一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式又有很大的弊端。虛擬仿真系統(tǒng)的操作由于缺乏傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的真實(shí)感，所以并不能獨(dú)立的作為一種教學(xué)方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作與虛擬仿真系統(tǒng)都是生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不可缺少的組成部分，只有在生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中將兩者無縫銜接起來，相互結(jié)合，才能有效地提高生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，并推動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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作者:鄭春光