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第4 5 卷第1 期2024年3 月西北民族大学学报（自然科学版）Journal of Northwest Minzu University(Natural Science Edition)Vol.45 No.1March 2024虚拟仿真实验在机能实验学中的应用评价分析赵玉,赵晋,马艳庆,郭忠（西北民族大学医学部，甘肃兰州7 3 0 0 3 0)摘要机能实验学是高等医药院校基础教育的重要组成部分，注重学生的实践能力、科研能力和创新思维的培养.随着科技的发展，虚拟实验兴起，为教学改革提供了新思路、新途径.文章以西北民族大学医学部临床医学、口腔医学、护理学和医学检验技术专业的学生为研究对象，采用自行设计的调查问卷了解学生对于虚拟仿真实验的初印象、认可情况、真实感受以及意见和建议.通过调查，60%以上的学生对于虚拟仿真实验评价较高、认可度较好，认为虚拟仿真实验能提高分析问题和解决问题的能力、提高自主学习能力、增加学习趣味性等，同时提高了相关专业课的成绩.虚拟仿真实验应用于机能实验学教学中，与传统实验有机结合，可提高机能实验学的教学质量，值得推广和应用。【关键词机能实验学；虚拟仿真实验；教学方法中图分类号 G420文献标识码A文章编号 1 0 0 9-2 1 0 2(2 0 2 4)0 1-0 0 8 8-0 7机能实验学是高等医药院校基础教育的重要组成部分，注重学生实践能力、科研能力和创新思维的培养,是将生理学、药理学、病理生理学等三大基础医学实验内容有机结合形成的一门独立的基础医学综合性实践课程 1-2 .近年来,医学教育出现了一种新模式一一虚拟仿真实验，利用电子设备（电脑、手机等终端），实现一个可视的实验环境，让信息教学的结果接近真实实验，具有低成本、超时空、强交互、安全性高等优点 3-4 1 .由于虚拟仿真实验的发展潜力巨大、应用前景广阔，目前国内外许多高校和机构都开展虚拟实验教学平台的构建、具体实验的设计和制作,其中部分高校已经具备临床医学的虚拟仿真实验平台和实验，如北京协和医学院、浙江大学等 5 1 .机能实验教学中引人虚拟仿真实验平台，涉及专业包括临床医学、口腔医学、检验医学和护理学等.本研究随机抽取不同专业在校本科生进行问卷调查，以了解学生对虚拟仿真实验教学效果的真实反馈，分析可能存在的问题，为今后医学机能实验学教学改革奠定基础。1调查对象与方法1.1调查对象调查对象为西北民族大学医学部临床医学、口腔医学、医学检验技术和护理学四个专业的在校本收稿日期 2 0 2 3-0 6-1 9基金项目】西北民族大学一流课程项目（2 0 2 1 XJYLKC-05）通信作者郭忠，男，教授，主要从事药理学研究.作者简介赵玉,女,讲师,硕士，主要从事病理生理学研究。一8 8 一表1 虚拟仿真实验教学平台应用效果的调查问卷赵玉，赵晋,马艳庆，等：虚拟仿真实验在机能实验学中的应用评价分析科生.1.2方法1.2.1T问卷设计与发放问卷共设计了2 5 道题目，包括1 7 道单项选择题，7 道多项选择题，1 道主观题，主要调查学生对虚拟仿真实验的真实感受、满意度、效果及意见和建议.调查采用问卷星（)进行线上匿名方式完成，共发放问卷1 9 4 份，收回1 9 4 份。1.2.2问卷内容项目基本信息对虚拟仿真实验教学平台的直观感受及接受程度对虚拟仿真实验独有优势的认可情况对虚拟仿真实验应用的收获、真实评价对新的教学模式的意见和建议2 5.您对虚拟仿真实验与传统实验相结合有什么意见和建议问卷内容1.您的性别：2.您所在的年级：3.您的专业：4.您是否知道学校的虚拟仿真实验教学平台5.您是否体验过学校的虚拟仿真实验教学平台6.虚拟仿真实验教学软件导航是否清晰7.虚拟仿真实验教学软件的操作是否方便8.虚拟仿真教学软件的仿真环境是否逼真，有无沉浸感9.您认为在实验教学过程中有必要开设虚拟仿真实验吗10.您觉得虚拟仿真实验教学平台是否具有吸引力11.与传统实验相比，虚拟仿真实验是否更有利于理解实验原理，熟悉实验步骤12.与传统实验相比，虚拟仿真实验是否显著提高您的自主学习能力13.与传统实验相比，虚拟仿真实验是否显著提升您的自主创新能力14.与传统实验相比，虚拟仿真实验是否显著提高您解决问题的能力15.通过虚拟仿真实验，您觉得自已对专业知识的理解和掌握是否有显著提高16.您认为虚拟仿真实验可以替代传统实验教学吗17.您觉得传统实验与虚拟仿真实验相结合是否是最佳方式18.您认为虚拟仿真实验的优点有哪些19.您认为虚拟仿真实验的不足有哪些20.您认为虚拟仿真实验室和实际实验室相比有哪些直观优点21.您认为通过虚拟仿真实验学习，对现实中的学习有多大影响22.您希望未来的虚拟仿真实验应该怎么做23.使用虚拟仿真实验学习和操作后，您对虚拟仿真实验有什么评价24.您觉得虚拟仿真实验最有用的方面是什么一8 9 一西北民族大学学报（自然科学版）2 0 2 4 年第1 期调查问卷的基本信息包括学生的性别、所在年级和专业（1 3 题）.调查问卷的核心问题分为四个维度：学生对虚拟仿真实验教学平台的初印象（4 1 0 题），主要了解学生对虚拟仿真实验教学平台的直观感受及接受程度；与传统实验教学相比，虚拟仿真实验的优势和必要性（1 1 1 7 题），主要了解学生对虚拟仿真实验独有优势的认可情况；虚拟仿真实验的优点、缺点、价值和应用的必要性（1 8 2 4 题），主要了解学生对于虚拟仿真实验的收获及真实评价；主观题（2 5 题），了解学生对于传统实验与虚拟仿真实验相结合教学模式的意见和建议（见表1）.1.3统计方法调查问卷采用Cronbachs 信度系数法进行信度分析,采用百分比对所有纳人研究的变量进行统计描述。2结果本调查发放问卷1 9 4 份，收回1 9 4 份，回收率1 0 0%，有效问卷1 9 4 份，有效率1 0 0%，本次调查问卷题的结构及结果可信度较高,不同维度问卷题目的Cronbachs信度系数均在0.8 0.9 之间，2.1调查对象的基本情况本次调查问卷中女生1 1 8 人（6 0.8 2%），男生7 6 人（3 9.1 8%）；所在年级人数依次为一年级9 5 人（4 8.9 7%），二年级5 8 人（2 9.9%），三年级3 4 人（1 7.5 3%），四年级6 人（3.0 9%），五年级1 人（0.5 2%）；临床医学、口腔医学、护理学及医学检验技术四个专业的人数依次为9 4 人（4 8.4 5%），4 5 人（2 3.2%），2 5人（1 2.8 9%）和3 0 人（1 5.4 6%）.2.2学生对虚拟仿真实验教学平台的直观感受和接受程度100%90%80%70%60%50%40%80.41%75.26%30%57.22%55.15%46.91%20%10%0%78.35%否55.67%是图1 虚拟仿真实验教学平台初印象对各专业学生关于虚拟仿真实验教学平台初印象做了7 个问题的调查，结果显示，有8 0.4 1%（1 5 6人）的学生知道虚拟仿真实验教学平台，7 5.2 6%（1 4 6 人）的学生体验过虚拟仿真实验教学平台，57.22%（1 1 1 人）的学生认为虚拟仿真实验教学软件导航非常清晰，5 5.1 5%（1 0 7 人）的学生认为虚拟仿真实验教学软件的操作非常方便，4 6.9 1%（9 1 人）的学生认为虚拟仿真环境逼真、有沉浸感，5 5.6 7%（1 0 8 人)的学生认为虚拟仿真实验教学平台具有吸引力，7 8.3 5%（1 5 2 人）的学生认为在实验教学中很有必要开设虚拟仿真实验.总体来说，学生对于虚拟仿真实验教学平台持有较为肯定的态度，接受程度良好，见图1.一9 0 一赵玉，赵晋,马艳庆，等：虚拟仿真实验在机能实验学中的应用评价分析2.3学生对虚拟仿真实验独有优势的认可情况调查结果显示，与传统实验教学相比，5 6.7%（1 1 0 人）的学生非常肯定虚拟仿真实验更有利于理解实验原理，熟悉实验步骤，3 7.6 3%（7 3 人）认为一般，5.6 7%（1 1 人）认为根本没有任何作用；与传统实验相比，虚拟仿真实验在提高学生自主学习能力方面，4 4.3 3%（8 6 人）的学生认为有显著作用，4 8.4 5%（9 4 人）的学生认为作用一般，7.2 2%（1 4 人）的学生认为毫无作用；与传统实验相比，虚拟仿真实验在提高学生解决问题能力方面，4 7.4 2%（9 2 人）的学生认为显著提升了解决问题的能力，4 5.3 6%（8 8 人）的学生认为作用一般，7.2 2%（1 4 人）的学生认为毫无作用；与传统实验相比，虚拟仿真实验在提高学生自主创新能力方面，认为显著提升4 7.4 2%（9 2 人）、一般提升4 3.8 1%（8 5 人）、毫无作用8.7 6%（1 7人）.5 0%（9 7 人）的学生认为虚拟仿真实验对于专业知识的理解和掌握具有显著作用.2 2.1 6%（4 3 人）的学生认为虚拟仿真实验可以替代传统实验教学，1 0.8 2%（2 1 人)的学生认为现在不可以取代，将来可以，5 4.6 4%（1 0 6 人）的学生认为两者应相互补充，1 2.3 7%（2 4 人）的学生认为永远无法替代（传统实验结果更可靠，能进行实体实验的没有必要仿真）.7 4.7 4%（1 4 5 人）的学生认为传统实验与虚拟仿真实验相结合是最佳方式.总体来说，学生对于虚拟仿真实验的认可程度较高，对提升自身能力有益，见图2.60.00%56.70%50.00%40.00%30.00%20.00%10.00%0.00%2.4学生对虚拟仿真实验的评价学生认为虚拟仿真实验具有实验过程更安全（8 2.4 7%）、实验耗材更节约（7 9.9%）、教学内容更直观（6 2.3 7%）学习趣味更浓厚（4 4.8 5%）等优点.与实际实验相比，虚拟仿真实验学习和考核模式可供反复练习和学习（7 3.7 1%），每个实验室的设备放置规范、环境布置良好（6 0.8 2%），流程和学习任务都有明确的任务提醒,大大提高了学生自主学习的效率(5 6.7%）.每个学习任务中都有考核的习题,利于掌握重要知识点（5 0%），且真实设备还原程度高（5 4.1 2%）.另外，学生还表示通过虚拟仿真实验学习，对现实中的学习亦有很大帮助，6 4.4 3%（1 2 5 人）的学生表示学会把知识条理化，6 1.3 4%（1 1 9 人）的学生表示其弥补了传统课堂教学的不足，5 2.5 8%（1 0 2 人）的学生表示有一定的提升作用，2 4.2 3%（4 7 人）的学生表示没有影响.6 0%以上的学生均表示虚拟仿真实验任务流程清晰，易学习,且可反复学习，很实用.总体而言，学生对虚拟仿真实验教学平台的评价较好，见图3.调查结果显示，有7 1.1 3%（1 3 8 人）的学生认为在虚拟仿真实验教学平台做实验时，存在动手不动专业课程成绩提升50%47.42%47.42%44.33%图2 虚拟仿真实验的优势43.3%可以给课程增加一些乐趣64.43%可以提高自己分析和解决问题的能力64.95%非常一般根本没有可以提供更多自主学习的机会可以提供更全面的学习资源其他9.28%050图3 学生对于虚拟仿真实验的评价61.34%54.64%100一9 1 一西北民族大学学报（自然科学版）2 0 2 4 年第1 期脑，容易忘记实验要点的情况.6 4.4 3%（1 2 5 人）的同学反馈虚拟仿真实验教学平台存在不能自已设定测量参数和样品的测量方法.3 5.0 5%（6 8 人）的学生表示存在画面不够清晰、图标看不清楚的情况，13.92%（2 7 人）的同学表示没有不足。大部分学生希望建立仪器分析虚拟实验室，给学生提供提前预习和操作的平台（7 2.6 8%），希望虚拟仿真实验室尽可能不限时开放，给学生更多的练习和学习时间（8 0.4 1%），多鼓励学生以此为研究课题，让更多的学生参与设计和学习（6 7.0 1%）.另外，1 0.3 1%(2 0 人)的学生认为无所谓，与自已无关.2.5学生对新教学模式的意见和建议大部分同学支持并认为传统实验与虚拟仿真实验相结合是一种较好的教学模式.部分学生还提出了建设性的意见，表示可以课前用虚拟仿真实验预习，熟悉实验目的、原理、内容，再进行传统实验，自已动手操作，最后再借助虚拟仿真实验平台针对实验进行复习、做题等.也有同学提出应加强网络设置，避免网页卡顿等.3讨论目前，学校机能实验学教学主要面临以下几个方面问题：实验内容大多属于验证型实验，综合型、设计型实验不多，很难调动学生的学习热情，也无法很好地培养学生的实验操作技能；由于教育资源投人不足，实验设备得不到及时更新与完善，导致教学效果欠佳，不能达到预期的教学目标；机能实验学“实操”的时间只有4 学时左右，实验室对学生开放较少，导致实验室利用率较低；西北地区难以引进优秀人才，造成教师资源严重短缺，教学质量低下等.因此，引入虚拟仿真实验来辅助实验教学，成为一个突破口。3.1虚拟仿真实验是改进传统实验教学的有效方式机能实验主要是借助实验动物进行操作的实验.大部分医学院校机能实验教学以传统讲授方式为主，学生缺乏形象感.教学中,因学生人数较多,示教标本的视野范围相对较小，无法保证每位学生都能观看清楚，导致授课效果不佳，学生上课积极性不高.而虚拟仿真实验充分利用了现代科学技术，突破了时间和地点的限制,实现网络终端的实时操作及实验中操作的一致性和科学性 6 .通过机能虚拟仿真教学软件，学生可以先观看实验录像，然后通过模拟实验来加深对实验步骤的理解和领会，如家兔的麻醉，视频中边演示边强调麻醉的注意事项，步骤细致清晰，如果忘记了实验的具体操作步骤，可反复回放，大大提高了学生对动物实验基本操作的能力，提升了实验的成功率，虚拟仿真实验具有安全性高、操作性强、环境逼真、有沉浸感等优点，可避免设备重新购置，省时、省力，有效节约动物和药品，减少不必要的开支,在一定程度上解决了特殊仪器缺乏、动物来源不足等问题，还减少了实验中的盲目操作、仪器损坏等现象的发生.虚拟仿真实验还具有仿真性、智能性、趣味性和形象性等特点，提高了学生的自主性、创新性、主动性和积极性.学生通过手机、网络根据自己的情况安排课前及课后学习内容、学习时间，充分调动了学生的积极性，更有利于培养学生的自主学习能力.虚拟仿真实验有利于学生理解实验原理、熟悉实验步骤，以视频画面的形式加深学生对相关理论知识的理解.学生通过课前利用虚拟仿真实验平台预习，熟悉实验内容和相关实验理论知识，观看画面清晰生动的实验视频，大大提高了实验操作的完成度及成功率,增强了学生的自信心，从而对机能实验学及相关理论课产生更大的学习兴趣，实现了实验课与理论课的相互促进。一9 2 一赵玉，赵晋，马艳庆，等：虚拟仿真实验在机能实验学中的应用评价分析调查结果也显示了学生对于虚拟仿真实验教学平台的接受度较高、认可度也较高，评价较好.大部分学生认为虚拟仿真实验平台提高了自主学习、解决问题的能力，提供了更为全面的学习资源和学习机会.根据本科医学教育标准要求，需要在实验中培养学生的自我认识、自我学习、自我管理等能力 7 ,而虚拟仿真实验的自主学习平台是具备提高以上能力的有效手段 6 ，调查研究结果也证实了这一点.3.2虚拟仿真实验与传统实验相结合的新模式通过本次调查研究，我们收集到了学生关于虚拟仿真实验教学平台应用的真实反馈，大部分学生表示在传统实验课开始之前，先通过该平台的操作学习,对真实的动物实验进行虚拟操作，能加深对以往理论知识的理解，熟悉掌握整个实验流程，尤其是精细的操作可仔细观察.而对于较难的实验操作，也可借助虚拟仿真实验平台反复练习和观摩，也可以在实验过程中边看视频边操作.虚拟仿真实验可以应用于实验的全过程，对学生实验的实施具有指导作用.虚拟仿真实验平台虽然具有很多优点，但也有一定的局限性.最显著的是学生无法感知实验动物的真实状态，如耳缘静脉注射时进针深度的把控、麻醉程度的判定等，也不能锻炼学生处理突发状况的能力，如大出血、脏器损伤等.本次调查结果也显示大部分学生支持两种模式的结合，充分利用虚拟仿真实验平台进行课前预习和课后复习巩固知识点.因此，虚拟仿真实验与传统实验相结合是一种机能实验学教学的理想模式，能使学生对于实验原理和实验步骤心中有数，大大提高实验的成功率，还能实现学生对实验动物的真实感受，提高技能操作及解决突发问题的能力。3.3虚拟仿真实验的不足与弥补措施虚拟仿真实验确有其独特的优势，但其不能完全替代传统实验.传统实验能真正锻炼学生的实验操作技能，且能真实体验实验的复杂性、团队协作性、突发事件的及时处理等.虚拟仿真实验是将计算机虚拟仿真技术与互联网技术相结合 8 ,呈现较为仿真的虚拟实验环境，主要借助电子设备(计算机、手机等）完成，缺乏传统实验中同学间的沟通与协作以及处理突发事件的体验.本次调查还了解到虚拟仿真实验教学平台存在不能自行设定测量参数和样品，画面不够清晰、图标看不清楚等问题.在应用过程中应该及时优化系统，提高操作视频画质的清晰度.此外，结合学生的期望，未来虚拟仿真实验教学平台还将建立仪器分析虚拟实验室，为学生提供更好的预习和操作平台，且尽可能做到开放不限时，给学生提供随时随地学习的机会，并鼓励学生自主设计研究课题，让学生有更多的参与感和成就感.虚拟实验还不能完全替代传统实验教学操作，虚拟实验在前传统实验在后，取长补短，虚实互补，能有效提高学生的综合能力。综上所述，虚拟仿真实验教学平台总体认可度较高，应用于机能实验学教学中与传统实验相互取长补短,是一种较好的教学模式,在今后的机能实验学教学中值得推广和应用。参考文献：1何雨晨，谢似平，罗雄，等.虚拟仿真实验教学在临床思维训练中的应用 J.高校医学教学研究（电子版），2019,9(3):3-6.2赵海燕，鄢雯，王世全，等.基于云班课的线上+线下混合式教学在医学机能学实验教学中的探索 J.卫生职业教育,2 0 2 2,4 0(1 1):9 1-9 3.3李伟，蔡然，宋伟，等.少数民族地区中学物理虚拟实验教学模式的探究 J.中国教育信息化，2 0 2 1（8）：4 7-5 1.一9 3 一西北民族大学学报（自然科学版）2 0 2 4 年第1 期4尉小荣，徐建，李洋洋.高校国家级示范性虚拟仿真实验教学课程建设与应用现状分析 J.实验科学与技术，2022,20(3):26-30.5】李日辉，张乐晶，杨全中.虚拟仿真实验在生物化学实验教学中的应用 J.林区教学,2 0 2 0,2 7 6:8 6-8 8.6刘波，翟玉荣，高原，等.机能实验学中开展虚拟实验的应用实践及体会 J.教育教学论坛,2 0 1 8,8（3 3）：2 7 9-280.7 罗学娅，曾常茜，康乐，等.新型机能学实验教学体系构建与实施 J.中国当代医药，2 0 1 6,2 3（2 7)：1 6 9-1 7 1.8吴穹，马祁生，汪晓筠，等.虚拟实验系统在机能实验中的应用探索 J.西北医学教育，2 0 1 2,2 0 5：9 4 1-9 4 4.Evaluation and Analysis of Application of Virtual SimulationExperiments in Functional ExperimentZHAO Yu,ZHAO Jin,MA Yanqing,GUO Zhong(Medical Department of Northwest Minzu University,Lanzhou 730000,China)Abstract Functional experiment is an important component of basic education in medical colleges anduniversities,focusing on the cultivation of students practical skills,scientific research thinking,and innovativeabilities.With the development of science and technology,virtual experiments have emerged,providing new ideasand approaches for teaching reform.This article takes students majoring in the clinical medicine,stomatology,nursing and medical laboratory technology from the medical department of northwest minzu university as researchobjects.A self-designed survey questionnaire was used to understand the students initial impressions,recognition,real feelings,opinions,and suggestions about virtual simulation experiments.According to the survey,more than60%of students have a high evaluation and recognition of virtual simulation experiments,and believing that virtualsimulation experiments can improve their ability to analyze and solve problems,improve self-learning ability,andincrease learning interest.At the same time,the grades of relevant professional courses have been improved.Theapplication of virtual simulation experiments in functional experiment teaching,combined with traditionalexperiments,can improve the teaching quality offunctional experiment,and is worth promoting and applying.Key words Functional experiments;Virtual simulation experiments;Teaching method(责任编校高慧芳）94一