虚拟实验技术在基础医学实验教学中的应用研究
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[摘 要]虚拟实验应用于基础医学实验，具有安全且节省资源、丰富教学内容、提升实验教学效果、实现实验智能化控制等优点，但也具有不利于锻炼学生的实践动手能力、思维能力及协作精神等弊端。相关研究人员在基础医学实验中要协调好虚拟实验与传统实验的关系，充分发挥虚拟实验具有的优势，提高基础医学实验教学的教学效果。
[关键词]虚拟实验;基础医学实验;教学应用
doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2020.06.102
[中图分类号]G642.4 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2020）06-0-02
0 引 言
实验教学是巩固理论教学内容，培养学生动手创新能力、科学思维和科研素养的重要手段。实验课程的教学质量对教学效果和学生综合素质提高都有重要影响。随着媒体信息技术的发展，虚拟实验教学技术应运而生。虚拟实验是将传统教学实验室虚拟化、数字化，通过虚拟现实技术呈现出来，应用于实验教学。虚拟实验使实验教学模式发生了深刻变革，融合了网络环境下的多媒体、仿真、虚拟现实等多种技术，通过计算机仿真技术设计，将实验室全部的仪器、试剂及环境呈现出来，形成完整的实验系统，使实验教学更加直观、更具趣味性，学生在计算机上就可以完成需要到传统实验室才能完成的实验内容，教师在设计实验时，也可以自由搭建实验案例。虚拟实验简便易行、实验结果直观，应用于基础医学实验，完全可以模拟真实基础医学实验的全部流程，不受场地限制，不受实验操作技术的影响，展示真实的实验结果，能给学生带来置身真实实验环境的感受，实验者可从任意角度观察实验物体，监控实验进度。虚拟实验呈现实验在理论上的标准结果，便于分析实验效果，能够提高学生参与基础医学实验的积极性，提升基础医学实验教学质量。
1 虛拟实验在基础医学实验教学中的优势
1.1 安全且节省资源
传统基础医学实验教学中，常会用到一些有毒、有害、有放射性甚至易燃易爆的试剂，这对基础医学实验室的安全和学生的健康、安全都构成威胁，师生们做实验时难免会出现一些伤害事故。传统基础医学实验教学采用虚拟实验就能够完全消除这些实验中的危险，使师生们在安全放心的环境中放心地进行安全的实验操作。传统基础医学实验教学中，还有些实验的试剂贵、成本高、耗材大，难以常规开展。这类基础医学实验课程通过虚拟实验教学方式开展，能迎刃而解。虚拟实验教学不必考虑购买基础医学实验设备、仪器，不需要花费昂贵试剂的费用，只需要计算机和虚拟实验的软件系统就可以完成实验，极大地节约实验费用。
1.2 可自由调节实验时间
由于课时限制和实验所需时间较长，传统基础医学有些实验无法通过一次实验连续完成。基础医学实验采用虚拟实验教学，就会摆脱时间限制。虚拟实验可以根据实验教学需要调整实验时程，将一次实验放到一次课上完成;此外，虚拟实验室的开放也不受时间和空间限制，可以全天候开放，学生在任何地方也都可以通过计算机、手机随时进入虚拟实验室网站，进行基础医学实验操作。虚拟实验可以实现实验教学资源的高度共享，基础医学虚拟实验室可以给学生提供高度共享的实验教学资源、自由畅通的学习环境，满足学生的个性化基础医学实验学习需求。
1.3 丰富教学内容
有些基础医学实验操作环节复杂、要求精度高、实验难度大、实验条件限制多、结果成功率低，学生们在实验过程中很难操作完成。利用虚拟实验技术，学生可以通过反复操作实验，熟练掌握实验技巧，最终完美完成实验操作，使学生学到更多的知识，掌握更多的基础医学实验技能。受物理条件限制一些实验在传统环境下难以开展，利用虚拟实验技术，可以克服这些困难，完成相关实验。医学基础实验教学中应用虚拟实验技术教学，整合大量其他教学资源，能够为学生提供全新的、生动的虚拟实验环境，丰富基础医学实验的教学内容，提高学生上基础医学实验课的积极性，使学生能更好地掌握基础医学实验课的教学重点和难点，更好地培养学生的实验能力。
1.4 提升实验教学效果
虚拟实验由于是通过计算机操作软件完成的，所以学生可以无限次地重复操作实验，直到学生获得满意的学习效果为止，保证了医学基础实验的教学效果。有些实验的实验结果比较难于观察到，但是虚拟实验可以让学生观察到经典的实验效果，确保学生都能观察到应观察到的实验结果，保证实验实现既定目标。比如免疫荧光标实验，学生们就能通过电脑仔细观察荧光标记实验的结果，清楚地看到免疫荧光标记阳性细胞，了解实验的意义。医学基础实验有一些标准的实验操作方法及流程，需要学生掌握。虚拟实验能整合多媒体技术，把实验教学中抽象的原理、过程、标准的实验操作方式和流程，通过逼真的动画、照片及视频等形式，形象、生动、真实地展示出来，供学生学习模仿，教会学生标准的实验步骤和方法。
1.5 实现实验智能化控制
基础医学实验教学中应用虚拟实验，能够发挥计算机软件系统的优势，实现智能化控制，避免实验操作过程中一些错误或失误出现，比如一些手术过程中，在没有实施麻醉的情况下，就直接点击手术操作，那么系统就会给出错误提示，来引导、规范学生正确的实验操作，具有很好的智能性与互动性。再比如，学生某步实验得出的结果不对时，再往下做，系统将会提示学生计算错误，请重新检查。如果错误后学生还能继续操作，那么最后得出的必然是错误的结果，这不但导致整个实验的失败，还浪费了实验时间。虚拟实验的智能化控制功能，能在一定程度上避免这种情况发生。这些环节也能激发学生实验过程中的主动性，能够纠正学生实验过程中不爱动脑筋的毛病。 2 虚拟实验在基础医学实验教学中的弊端
虽然虚拟实验具备很多优点，但虚拟实验在基础医学实验教学中也有很多不足。
2.1 不能锻炼学生的实践动手能力
虚拟实验主要通过计算机操作完成实验。学生在虚拟基础医学实验过程中没有接触到具体的实物，没能进行真实的实验操作锻炼，对学生实验技能的提高没有帮助。相比之下，传统实验对学生动手操作能力的锻炼、实验技能的提高方面有着不可替代的作用。
2.2 不利于锻炼学生的思维能力
真实的基础医学实验操作中，经常会发生很多预想不到的超常问题和现象，甚至会有实验失败的风险，这些问题虚拟实验中一般不会出现。虚拟基础医学实验一般都是模拟经典的实验结果及标准化实验结果，不能替代真实实验，只能验证结果，不适合发现新的内容，不能进行创新，也不能用于验证创新性实验结果的真实性和正确性。不发生意外是虚拟基础医学实验最大的弊端，因为解决实验过程中发生的这些问题，可以培养学生分析问题和解决问题的能力及科学思维能力。但是，虚拟基础医学实验则未起到锻炼科学思维能力的作用，不适合用于锻炼学生的分析思考问题、解决问题的科学思维能力。
2.3 不利于培养学生的协作精神
传统形式的基础医学实验教学过程中，都需要各实验小组的成员协作完成，组内成员实验过程中分工明确，互相协助，共同完成实验，在這个过程中，无形中培养了学生的团队协作精神。虚拟基础医学实验教学中，每个人一台电脑，独立操作就可以完成，不需要分小组，实验过程中基本没有成员间的语言沟通交流，更不需要协作完成实验，所以不利于培养学生的团队协作意识。
3 虚拟实验在基础医学实验教学中的应用策略
基础医学实验教学中，在传统实验因客观条件限制难以实施的内容上发挥优势虚拟实验只能作为真实实验的补充和延伸，作为基础医学实验教学的辅助手段。虚拟实验可以用于基础医学实验的预实验，作为传统实验教学的前期准备或铺垫，以减少传统实验教学的失误，提高教学效率;还可以用于巩固传统基础医学实验所学的知识，增强对所学知识的理解，提升基础医学实验的教学效果。基础医学实验中要协调好虚拟实验与传统实验的关系，充分发挥虚拟实验具有的优势，将虚拟实验与传统实验完美结合，使虚拟实验作为传统实验的有益补充，弥补真实实验中的缺陷和不足。在基础医学实验教学中，相关部门应根据学生的学习阶段，将经典的基础医学虚拟实验教学内容纳入基础医学实验教学的授课计划中，与传统真实实验教学的内容相互呼应，构建虚拟仿真的基础医学实验教学新模式，提高基础医学实验教学的教学效果，推进“强实践、重创新”的基础医学实验教学方式，提高应用型医学人才的培养质量。
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