虚拟仿真实验在人体寄生虫学实验教学中的应用

陈海英，阮子芸，李 健，梁裕芬

（广西中医药大学基础医学院，广西 南宁 530200）

近年来，虚拟仿真实验技术成为高等教育教学领域继多媒体、网络技术之后的又一项应用类新技术，我国政府和教育部门高度重视这项技术的推广和应用，如在中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《加快推进教育现代化实施方案（2018—2022年）》中，把大力推进教育信息化列入十项重点任务之一，并明确提出“开展国家虚拟仿真实验教学项目建设”［1］。当前，虚拟仿真教学平台的建设与应用已经成为高等教育领域的焦点［2］，而且在抗击新型冠状病毒的过程中，虚拟仿真实验较好地解决了高校实验课程的难题。由此可见，虚拟仿真实验不仅是“互联网+”背景下教育改革的需要，更是特殊时期应对教育难题的有效举措［2］。

人体寄生虫学实验教学是本学科教学必不可少的组成部分。积极探讨实验教学的新方法、新模式，努力提高实验教学质量，是时代赋予寄生虫学教师的责任。自我校的“中（壮）医药虚拟仿真实验教学中心”建成以后，课题组在实验教学中积极引入虚拟仿真实验，以其解决传统实验教学的困难与不足。

目前，我校开设人体寄生虫学实验的专业比较多，包括临床医学、口腔医学、医学检验技术、中西医临床医学、中医学、护理学等专业。传统实验教学单一模式由于受到学时、实验场地、实验设备、安全性等多种因素的影响，教师在实验内容的设计上艰难取舍。一般情况下，中医学、护理学等专业只能开展一些基本的、寄生虫形态结构观察类实验，只有学时数相对较多的医学检验技术、临床医学等专业，可以开展部分寄生虫检测和诊断方法类实验，至于“建立寄生虫模型”类实验是无法开展的，这在一定程度上影响了实验教学的完整性、系统性。虚拟仿真实验具有较高真实度的实验器材与实验步骤、高贴合度的实验模拟场景，而且不受时间、空间及安全性的限制，能有效解决传统实验教学存在的困难，可以增加更多的实验教学内容，节省实验时间，在拓宽学生知识面、提高人体寄生虫学实验教学质量等方面均能产生积极作用。

虚拟仿真实验将教学内容从传统的书本集成到现代信息技术载体中，将静止的文字和图片转化成动画和视频，为实验教学带来了新思路、新模式。为了更好地把虚拟仿真实验引入人体寄生虫学实验教学，课题组已经开展了两年的研究与教学实践。

2.1 本课程的虚拟仿真实验设计 课题组曾经在两个平台开展虚拟仿真实验教学，一个是我校与上海梦之路数字科技有限公司共建的“中（壮）医药虚拟仿真实验教学中心”，另一个是2020年上半年疫情期间由上海梦之路数字科技有限公司免费提供的“医学魔课MOEC”，平台一共提供了24 个虚拟仿真实验。我校临床专业及医学检验专业的实验教学为28学时，口腔专业为16 学时，中医和护理专业则为12 学时。为了更好地开展教学，基于专业、学时数考虑24 个实验被按层次和类别整理，并针对不同的专业提出了不同的学习要求，见表1。

表1 虚拟仿真实验开设情况

2.2 虚拟仿真实验教学的实践

2.2.1 教学流程 虚拟实验教学一般由三个步骤完成：第一步，教师根据教学进度引导学生进入平台进行实验。第二步，学生输入账号、密码登录平台，进入管理桌面，点击“我的课程”，点击“医学寄生虫学综合实验”，即可进入各个实验的学习和操作。具体操作流程包括演示、操作和评价三个部分（图1），操作过程中如果遇到问题还可以在“答疑中心”提出，与教师、同学讨论。实验操作完成后，再完成教师布置的作业或小测验。第三步，教师查看、监督学生的学习情况，引导学生讨论答疑中心的问题，批改作业或小测验。

图1 虚拟仿真实验操作流程

2.2.2 教学模式 基于专业、学时数和传统实验室条件等因素，课题组把虚拟仿真实验的应用方式分为两种：一种是虚拟仿真实验教学与传统实验教学相结合的线上线下混合式教学模式。这种模式主要是针对要求学生熟练掌握的实验，虚拟实验作为课前预习、课后巩固的学习资源。如医学检验技术专业开展的“饱和盐水漂浮法”实验，课前学生在虚拟平台上模拟实验操作，并且思考老师布置的四个问题：①“饱和盐水漂浮法”的实验原理是什么？②为何“饱和盐水漂浮法”可以提高钩虫检出率？③“饱和盐水漂浮法”的适用虫种有哪些？④你认为“饱和盐水漂浮法”的关键步骤是什么？此后学生在传统实验课堂汇报虚拟仿真实验的学习情况，回答老师布置的思考题，并进行“饱和盐水漂浮法”的实际操作，亲身体会饱和盐水的添加、粪便的性状、载玻片的覆盖与翻转等实验步骤。如果需要，学生课后还可以再回到虚拟仿真实验平台进一步熟练操作过程。另一种应用方式则是单纯的虚拟仿真实验教学，老师通过平台追踪了解学生的学习情况，督促学生完成学习任务，这种模式主要针对一些只要求了解或熟悉的实验，如建立寄生虫动物模型类研究性实验。

2.3 虚拟仿真实验教学反馈 课题组在课程结束后对我校2019 级临床专业2 班学生进行了问卷调查，学生总数82 人，发放问卷82 份，收到有效问卷82 份，结果见表2。结果提示，学生对虚拟仿真实验持肯定态度，尤其是一些需要反复练习的实验及实验室无法开展的实验，但并不认同虚拟仿真实验完全取代传统实验。

表2 授课学生的调查问卷内容及结果

3.1 虚拟仿真实验实现以虚促实，使微观实验可视化 人体寄生虫学实验很多都是微观实验，实验过程无法观察，只有等实验进行到一定程度后通过显微镜、放大镜或经过染色才能看到结果，虚拟仿真实验将抽象的实验内容，通过flash 动画或短片的形式呈现出来，生动逼真地展示实验微观过程，增强趣味性，加深学生对知识技能的掌握，提高实验教学效果，如“钩蚴培养法”中钩虫卵的发育过程、幼虫的破壳而出，“环卵沉淀试验”中血吸虫卵与血清中抗体结合形成沉淀物以及沉淀物的形状，都会深深地烙印在学生的脑海中。

3.2 虚拟仿真实验提供翻转课堂的学习资源，有效解决学时不足的问题 人体寄生虫学需要熟悉和掌握的实验技术较多，尤其是医学检验技术和临床专业，但目前普遍存在实验学时数较少的问题。虚拟仿真实验平台可以让学生随时登录网络平台，打破时间的限制，让学生根据自己的基础和掌握程度，在虚拟的环境中反复练习，熟练操作，最后再结合实验室的实际操作，将实验教学内容融会贯通。由于学生课前即实验室操作前已经掌握实验原理和实验操作过程，可以提高实验成功率，并且节省实验时间。对于一些难度大的、操作步骤多的实验，还可以在做完传统实验后再次进行虚拟实验，有利于学生了解每一实验步骤在实验中所起的作用，进一步理解实验原理，消化实验内容。

3.3 通过虚拟仿真实验增加综合性、研究性实验，拓宽学生的知识面 人体寄生虫学传统实验教学通常以验证性实验为主，一些综合性、研究性实验较难开展。虚拟仿真实验平台提供的大型综合性实验、研究性实验，如“蛔虫感染小鼠动物模型的建立与病理反应观察”“血吸虫感染诱导的免疫细胞反应”“骨髓穿刺”等实验，可以让学生在平台上自主开展实验项目，自行设计、操作、分析实验结果、获得结论，有效发挥学生的主观能动性，丰富人体寄生虫学知识。

3.4 虚拟仿真实验教学可节省实验室建设投入，降低实验教学成本 在虚拟教学平台，实验仪器、实验耗材都是通过虚拟技术实现，实验教学的改革及实验项目的调整、实验方案的优化可以不受实验设备性能的制约，能有效解决传统实验平台建设周期长、投入大、更新补充不到位等问题，保障教学的正常开展。

虚拟仿真实验平台的引入，可以使人体寄生虫学实验实现“长时程实验短时化、大尺度实验微缩化、微观实验可视化、危险实验安全化、复杂实验熟练化、难重复实验再现化”［5］，解决了传统实验教学诸多的现实问题，为学生提供了理论与实际结合的机会。此外，虚拟仿真实验在规范学生的操作步骤、丰富学生知识等方面都可以发挥重要作用。但仿真实验毕竟不是真正的实际操作，存在一定的局限性。如学生在使用仿真实验软件的过程中，会淡化对基本训练和动手能力的培养，同时由于仿真实验的软件过于智能化，对学生实验操作出现的错误，系统会迅速给出提示，减少学生思考辨识的时间，使学生产生依懒，可能影响学生应对突发事件、排除故障及对实验仪器的常规检修的能力。因此，在实验教学过程中，尤其是针对一些需要学生重点掌握的实验，我们应该遵循虚实结合、相互补充的原则。

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