虛擬仿真技術在藥理學實驗教學中的應用 *

劉 兵 陳 靖 王慶峰 王昊然

（遼寧中醫藥大學中西醫結合學院，遼寧 沈陽 110032）

習近平總書記在全國教育大會上強調，要加快推進教育現代化、發展“互聯網+”教育，引導學生創新思維培養綜合能力，實現教育強國的目標。教育部明確提出要全面培養學生在信息化環境下的自主學習能力，以適應信息時代對高素質人才的需求。目前新型冠狀病毒肺炎疫情在全球持續蔓延，疫情打破了教學常態，尤其對實驗課程產生了巨大影響，信息化助力疫情防控的優勢再次凸顯，正倒逼著教育信息化的創新發展，也對教師提出了新的挑戰。藥理學實驗教學引入虛擬仿真實驗項目，依托信息技術營造信息化教學環境［1］，構建學生自主探究式學習模式，以學生為主體，最大化提升學習效果，進一步促進教學理念與方法改革，推進信息技術廣泛深入日常教學。這是國家政策所向，也是發展的必然趨勢。

1 結合藥理學科實驗特點 革新教學模式

藥理學是一門基于實驗的學科，藥理學實驗是理論教學的延續，其目的在于通過對科學實驗現象的觀察和思考來總結、驗證、探索藥理學作用規律。學生通過團隊協作和經驗學習理解相關概念，加深對科學研究方法的認識，掌握實驗技術，同時培養自主思考的科學思維及對科學研究的嚴肅認真、嚴謹求實、實事求是的職業態度。在實驗課中，師生、生生之間的交流互動也培養了學生的包容意識，激發了學生投入科研的熱情，提升了學生的科研素養，如實驗設計、數據分析統計和報告撰寫等，促進了就業技能，如有效溝通、邏輯推理及解決問題的能力等的提高。

實驗課授課效果會受到學生對相關基礎理論的理解程度和對實驗技術掌握程度的限制。傳統實驗教學存在學生只是按部就班遵循實驗步驟，而不考慮潛在的理論意義、邏輯關系以及實驗過程和研究假設之間聯系的現象。為了探索實驗教學新模式，我們重組了教學資源和流程，充分利用信息化技術優勢改變傳統的“教學+實驗”模式；借助多種信息化教學平臺提供相關背景知識和拓展資源，要求學生通過網絡資源進行深入的學習和討論以形成自己的理解，提出疑問以便于后續的實驗分析；鼓勵基礎薄弱的學生掌握基本的實驗技術和方法，鼓勵基礎較好的學生提出深入問題來改進實驗，以有效利用有限的實驗學時，提高實驗教學的實用性。

通過課前預習、課堂學習和課后復習的方式展示和鞏固知識，并通過強化過程考核、改進評估評價方法，鼓勵學生接受應用型實驗課程改革。通過在線教學演示、在線虛擬仿真實驗操作、學生討論問答環節、學生自主設計實驗和線下實踐等，激發學生的求知欲，也最大限度地提高疫情特殊時期的教學效果和質量。

2 構建虛擬仿真實驗教學平臺 創新教學實踐

虛擬仿真技術是一種基于網絡的軟件開發教育工具。教學團隊依托上海夢之路數字科技有限公司的醫學虛擬仿真實驗教學平臺，根據培養方案及學情分析，篩選實驗項目。虛擬仿真實驗通常由五部分組成：實驗目的與原理、具體操作步驟、演示視頻、交互式實踐練習、思考題等。學生在線注冊、登錄、實名認證后進入實驗項目，通過虛擬互聯網進行實驗操作。從器材準備、實驗對象處理到操作過程的每一步都有反饋，仿真操作中提供提示說明和示例，只有當學生正確完成了相應操作后，才能繼續后續的實驗。與學習同步進行的評分系統將詳細指出錯誤點和已經消除的點，當學生犯錯誤時，屏幕會及時提供糾正信息，彌補了教師不能實時引導的不足。例如，在離體實驗模擬在體環境時，如果學生誤將臺式液溫度設定為室溫，屏幕上會出現警告符號。系統會要求學生思考哪里操作錯誤，直到操作正確才能進行下一步。教師基于以往教學經驗，對學生在進行實驗時容易忽視或遇到的常見錯誤和問題進行設置，以確保學生在進行虛擬實驗之時全面掌握。

虛擬仿真技術可以同時用于教學和模擬練習，學生可以直觀、具體地操作虛擬實驗動物模型，更真實地體驗科學方法；學習也具有一定的靈活性和獨立性，學生可以按照自己的節奏，根據需要反復學習，不受時間和空間的限制，極大彌補了疫情期間實驗課教學的局限。在線演示實驗縮短了等待時間，學生的思維也在快速移動，從被動接受轉變為主動學習。

虛擬仿真技術對于解釋抽象復雜的原理，或者進行實驗時間較長及由于倫理等其他考慮而在實驗課堂上不可行的實驗特別有益［2］。然而，依靠單純的虛擬實驗學生無法體驗傳統實驗室課堂上的協作和動手操作，也不會接觸到科學數據的可變性，更多依賴于自主學習。因此在疫情允許的情況下，實驗教學可以結合線下小規模實踐操作，融入啟發式和參與式教學方法。通過混合教學，促進學生的個性化思維和科研能力的發展。

3 以學生為中心 全面提升教育內涵

在與醫學相關學科的實驗教學中，基于探究的實驗項目往往能夠強化學生解決問題和批判性思維等能力的塑造。驗證性實驗有可預測的結果，學生容易因重復而無聊。而當學生在教師的指導下，運用邏輯推理和創造性的解決方法探討一個開放性問題時，會極大地促進學生積極主動學習，但同時也可能會出現惰性和拖延現象，需要教師引導學生適應自主式學習。比如在以探究為基礎的實驗項目中，教師介紹實驗目的和背景，向學生提供實驗器材和藥物，學生理解實驗的必要性，自主設計實驗。在各組提交實驗設計之前，教師鼓勵學生交流各自的實驗設計，相互學習。在各組提交實驗設計之后，教師科學地評價學生自主實驗設計的優點和缺點，并提出可行的建議，幫助學生準備實驗并進行總結、分析，對實驗過程中發現的問題進行現場指導和教學總結。學生可以真正系統地領悟科學研究的整體過程和獲取資源的科學途徑［3］，使實驗教學成為一門探索性課程，充分發揮學生的主觀能動性，增加實驗教學的深度和廣度。

在虛擬仿真實驗課程建設過程中，應充分發揮信息技術優勢，深入挖掘實驗課程核心價值與思想內涵，潤物細無聲，使專業傳授與思政教育同向同行。將科研成果與學術價值、社會效益與研究意義，以及實驗過程中的安全責任意識、環保意識等融入視頻學習資源、交互式實踐練習等環節［4］，并最終體現在實驗報告中予以賦分考核。比如將感恩教育作為實驗課的第一課，引導學生將敬畏生命、感恩奉獻精神貫穿實驗始終；結合“欣弗”事件，引導學生保持認真嚴謹的科研態度、樹立責任擔當；利用明星學霸、論文集中撤稿事件，引發學生對學術失信不端行為的關注，強化學生科研誠信與學術規范意識；講述諾貝爾生理學或醫學獎、共和國勛章獲得者屠呦呦淡泊名利、以身試藥的故事，鼓勵學生以此為榜樣，堅持不懈執著探索，堅定中醫藥自信，維護健康，弘揚文化，傳承融合，創新發展。

結合學習通、慕課等學習平臺，為學生提供移動化泛在學習資源，激發學生探索未知的好奇心，引導學生進行自主探究式學習。借助信息技術賦能實驗教學的便利性，全方位、多渠道拓寬學生視野，幫助學生擴大知識面。制作實驗示教微課，使學生多角度、多方式觀摩實驗過程。在直播課堂隨時就實驗內容涉及的知識點提出問題，請學生在留言區發表觀點或連麥互動，促進學生鞏固已學內容的同時考查其學習成果，強化學生對實驗要點的掌握。學生在完成虛擬仿真交互式實踐練習后形成書面報告及總結，教師及時評閱反饋，督促學生在思考中實驗，實現知識目標。持續融入更新的科研成果，虛擬仿真技術能夠很好地克服研究前沿理論理解難度大、實驗操作復雜、設備昂貴等實際教學問題，有效實現科學研究成果與實驗教學的對接，為學生提供更為廣闊的探索創新空間。

4 強化過程考核 注重調查反饋

教師要加強學習過程評價和學生成績構成要素的多元化，將實驗操作和報告作為考核指標，特別注重實驗設計和結果分析，淡化實驗結果。自主設計實驗的創新性和實驗設計的修改也包括在最終考核評價中，幫助學生塑造科研思維能力，為其從事后續科學研究等工作積累寶貴經驗。實時留意學生動態、掌握學生學習進度，發現學習拖延等問題或困難，及時聯系學生本人或輔導員予以幫助，并保持后續關注，盡最大努力幫助部分學生克服惰性，提高線上教學效果。利用微信群、直播留言帖、學習通群聊等渠道與學生互動答疑，對虛擬仿真平臺、“一平三端”數據進行統計分析，了解學生對平臺的適應狀態，進行教學效果評價，不斷反思教學過程、更新教學理念、探究教學方法、優化教學設計。通過發放調查問卷了解學生學習需求，有針對性地對平臺板塊設置及內容做出調整，以達到最佳效果。及時督促學習進度落后的學生，對學生以往的表現給予肯定，加強師生之間的信息溝通和感情交流［5］，幫助學生樹立對網絡課堂的學習信心，持續改進教學質量。

基于虛擬仿真技術的實驗課程教學改革也向教師提出了新的挑戰。學生自主選題廣泛、內容形式多樣，這就要求教師提高自我要求，及時跟蹤專業前沿研究成果、關注基礎研究方法的革新、持續不斷地提升信息化教學能力，以更廣泛的知識儲備有效地指導學生。這也是對教師提高終身學習能力和綜合素質的一種激勵，讓教師轉變思想、與時俱進，適應新的教學手段和技術，積極主動進行虛擬仿真教學，不斷實踐和提高虛擬仿真技術的實際運用效果，同時明確學生的學習目標和成效，做好教學過程中的監督者、引導者和管理者［6］。

綜上所述，虛擬仿真技術在藥理學實驗教學中發揮著重要的輔助作用，學生通過與虛擬仿真實驗平臺的互動，獲得了對復雜原理和實驗過程的深入理解，并自我激勵，加深了對學習的領悟；有利于提高學生的學習能力和實踐能力，強化學生藥理學研究技術的應用技能，培養其判斷問題、分析問題、總結問題等綜合技能。只有課程有生命力，人才培養體系才能有生命力。在下一階段，本課程將繼續深入應用虛擬仿真技術與傳統實驗課堂相結合的有益成果，進一步推進實驗課程體系改革。在醫學領域，也需要更多虛擬仿真案例的開發應用，以更好地體現教學關鍵點和提高教師的教學水平，充分發揮信息化教育的獨特優勢，推動虛擬仿真技術在醫學相關學科教學中的發展。