多元化教学在机能学实验中的应用

多元化教学在机能学实验中的应用
发表时间：2015-07-27T09:07:25.343Z 来源：《医药前沿》2015年第12期供稿作者：李慧
[导读] 根据不同的系统，将机能的生理调节、病理生理学变化和药物干预相结合，构成了一个多层次、系统性和整体性的实验。

李慧
（皖南医学院机能学实验中心安徽芜湖 241002）
【摘要】机能学实验是一门跨学科多层次的科学实践课，是基础医学实验教学的基础，有利于促进学生创新能力和科研能力的提高，探索创建立体实验教学体系，充分利用有限的实验资源，以提高实验教学效果，培养新世纪的优秀医学人才。

【关键词】机能学实验；多元化实验教学体系
【中图分类号】R19 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752（2015）12-0068-02
机能实验学涵盖三大医学基础学科——生理学、药理学和病理生理学。

它是基于三门学科的理论知识，以活体或器官组织为研究对象，以实验动物学、医学实验技术和医学科研方法等为支撑，研究各种正常生理活动、病理生理变化、药物相互作用及调控的一门新的实验性课程[1]。

一直以来，我国的机能实验教学主要是动物实验，特别是课本上的经典实验，实验课的时间是有限的，很难充分掌握一个实验的内容，更不用说深化和提高。

学生只是实验步骤的单纯重复，很难达到真正理解和提高，同时，老师花费大量的精力和时间进行辅导，却并不能使每一个同学都掌握实验技能，多数同学由于没有及时得到单独的辅导而不能有效地完成相关实验[2]。

此外，发达国家已经广泛采纳“3R原则（The rules of 3R）”，并被很多国家纳入了保护动物的法律中。

3R原则是指在科学研究中，实验动物选用其他手段代替，尽可能削减动物的使用数目，同时设法改进实验操作方法以减少动物的痛苦，是reduction（减少）、replacement（替换）以及refinement（优化）的简称。

随着科学技术的日新月异，尤其是医学研究中实验动物的使用量激增，引起全社会对实验动物的广泛关注。

1959年，英国微生物学家雷克斯·伯奇（Rex Burch）和动物学家威廉·拉塞尔（William Russell）最先提出这一概念[3]，随后作为提倡改善实验动物的福利待遇的核心原则被许多政策、法规和协议广泛使用。

近几年来，我国已将“3R原则”的研究作为一项长效性的，基础性的工作，并归于科研管理体系，作为生命科学研究发展的战略重点之一。

随着生物技术的发展，实验动物的福利越来越受到人们的重视，如何坚持“3R原则”已成为一个新的机能学实验教学体系的创建必须思考的问题。

1.开设综合性实验
从健康到病亡的机体是 “完整性”的，建立以观察正常生理活动—复制疾病病理模型—纠正功能异常为主线的一体化综合性机能实验教学体系，不仅能比较直观的了解疾病发生、发展的主要环节和认识某些疾病防治的关键所在，同时能尽量削减实验动物的数目，提高动物的利用率。

根据不同的系统，将机能的生理调节、病理生理学变化和药物干预相结合，构成了一个多层次、系统性和整体性的实验。

例如呼吸系统的综合实验：“呼吸运动调节及复制肺水肿”，测定指标为动脉血压、心电图和呼吸等。

实验内容包括：①观察正常血压、心电图、呼吸节律和幅度，描记呼吸运动曲线，缺氧、注射乳酸或高渗葡萄糖对血压、呼吸形式、听诊呼吸音的影响（生理学+药理学）；②观察急性肺水肿时上述指标的变化，并取出肺脏观察大体变化，计算肺系数（病理生理学）。

实验按客观规律整合了生理学、病理生理学和药理学三科理论的相关内容，将呼吸系统中的呼吸调节作为一个整体教学，使学生能系统性地学到相关知识。

我校机能学实验中心自1998年成立以来，吸取以往实践教学经验，合理地选择综合性实验的内容，科学地确定教学的组织形式，取得了较好的效果，不仅有助于学生科学思维和综合应用能力的培养，也鞭策新型教师的成长。

新型教师的知识结构应该从“单一型”向“综合型”转化，担任综合性实验课程的教师不仅要具备三个学科扎实的理论基础，能在课后讨论中解释实验结果，同时也要熟练掌握相关实验动物和各种仪器设备的操作。

2.开展虚拟机能实验
虚拟实验是指利用网络技术在计算机上营造出仿真的仪器性能、实验对象、实验条件和环境，可辅助、取代部分甚至全部的操作步奏，让学生使用互联网，通过人机交互式教学完成实验，得到的实验结果比在传统实验中所取得的效果甚至更好。

我校机能学实验中心的开放实验室配置了VBL-100医学机能虚拟实验系统（成都泰盟科技有限公司），进行了网络化改进, 建立了虚拟实验平台。

该系统涵盖了约50多个机能学实验，具有完整的知识结构，包括：介绍实验的基础知识，实验动物常识，实验设备和实验器械的使用，模拟实验的具体操作，模拟实验的波形等方面的内容[4]。

在实验教学中，学生可以先在虚拟实验系统的准备室和动物房中了解实验的动物、实验的药品及相关仪器设备的内容，利用图片和动画形式能更加直观的认识，加深实验的理解。

实验操作视频都为高清录像，实验细节很清晰，配音清楚，而且有的实验项目可以由学生自己动手，采用人机交互方式，比如在药物对平滑肌作用实验中，就是由学生点击给于不同药物，模拟波形上的变化和豚鼠消化道平滑肌的反应相应同步，提高了实验效率和成功率。

实验课程内容由于受课时、实验条件的制约，只能开设常规实验，而虚拟实验可基本同步教学内容，规范技能操作动作，为开拓学生视野、培养学生的实践技能、增强学生对专业知识的综合应用能力以及创新思维能力奠定了重要的基础，并可在很大程度上弥补普通医学本科院校在实验教学资源上的相对不足。

3.开展人体机能实验
由于动物与人体差异显著，动物实验不能全部取代人体实验，因此人体实验也是机能学实验得重要组成部分。

人体实验指在人（患者或正常人）身上进行的，采取有效的实验手段，以获得相关资料的实验。

不仅可以削减实验动物的用量，而且还可以强化整体意识，学生早期接触临床，既拓展了知识范围，也激发了学习的兴趣。

但是人体实验常常涉及伦理道德甚至会触犯法律，例如传统实验中可以进行动物局部解剖、注射药物和处死等，而学校开设的人体机能实验必须保证受试者的身心没有不良影响，这局限了人体机能实验的广度和深度，此外，由于缺少人体机能检测设备，也制约了相关实验的开展。

我校机能学实验中心引进了WebChart-400人体生理学实验系统和BL-420S生物机能实验系统（成都泰盟科技有限公司），该系统包括了血压、心音、心电、呼吸、眼动电、肺功能、肌电等23种常用实验附件，完善了现有的教学实验内容，紧密结合临床，如记录和分析人体心电图、心音听诊、呼吸运动调节因素、测量人体血压、检测肺功能、人体肌肉电生理、感觉实验等实验的开展，可使学生提前接触临床实验相关知识，培养临床分析及思维方法，并提供浅显易懂的背景知识、实验素材和实验原理，运用分步多媒体动态技术，更加形象，
易于理解。

实际教学时，学生可以先了解实验的背景和实验原理，明确实验的目的，按照详细的操作步骤进行实验，同时配合完善的实验附件，在浏览器模式下，直观的观察人体的生理变化，如心电图实验，实验中有很多子项目，包括测量运动前后的生理变化，实验方案有原地跳绳、在跑步机上运动等设计，让学生积极参与实验，实时观察实验效果，增加了趣味性和主动性。

实验结束后还有相关实验报告和思考，促进学生发散思维，达到有效学习的目的。

4.多元化实验教学体系的探索结果
机能学实验课是我校五年制学生的必修课。

在每轮教学结束后，除了与学生座谈外，我们还采用随机抽样，问卷调查的方法听取学生对该课程的评价。

调查对象为最近3年，随机抽取的，参加该课程的学生，约200人。

总体上,学生的评价是比较满意的。

其中65%的学生对该课程有兴趣，43%的学生认为该课程的课时安排基本合理，24%的学生认为该课程对相关理论课的学习有促进作用，11%的学生认为学习该课程提高了他们的综合运用知识的能力，10%的学生认为提高了他们的实践操作能力，7%的学生认为促进了他们创新思维的发展，5%的学生认为加强了他们科学思维能力的培养。

虽然多媒体教学在机能学实验教学中有很大优势，但是并不能全部替代传统动物实验教学。

机能学实验具有很强的实践性，要求学生具备一定的动手能力，而传统实验中经常出现，比如麻醉过量、注射部位不准、动脉大出血等问题，在实际操作中能直接培养学生分析问题和解决问题的能力[5]。

因此，以综合性实验为主体，以信息化、虚拟化实验为主导，形成基于课程的实验教学和基于学科的创新能力培养立体实验教学平台，拓展和丰富实验教学的空间与内容，对培养学生的实践能力和创新能力有积极的作用，并能合理利用有限的实验资源，也能优化师资队伍的整体素质。

创建一个新的实验教学平台是一项细致又复杂的工作，因此在教学中应不断探索和分析出现的问题，教学建设之路任重而道远。

【参考文献】
[1] 张明昊,李玉洁,孙曙光等.关于新型医学机能实验教学平台建设的思考[J].中国医药导报,2015,12(2):113-124.
[2] 秦晓群,杨绿化,何晓凡.基于浏览器模式的人体生理学机能实验系统的设计与实现[J].中国现代教育设备,2010,19:8-10.
[3] 增振山,王瑜,刘福英.动物实验机构与动物福利关系研究[J].医学动物防制,2013, 29(1)：35-38.
[4] 李轩,隋建峰.机能虚拟实验室在基础医学实验教学中的应用体会[J].基础医学教育,2011,13(10)：930-931.
[5] 单芳,刘雨娟,李宏民.虚拟实验在机能学实验教学中的应用体会[J].基层医学论坛,2015,19(3):357-358.。