基于5G虚拟仿真技术的混合式教学模式的探究

［摘 要］ 基于5G的虚拟仿真教学是一种新型实验医学学科教学模式，其克服了传统医学实验技术教学模式在场地、时间、管理等方面的限制，具有开放性、互动性、直观性等优势，极大地改善了高校医学实验技术人才的培养模式，是未来培养医学实验技术人才的重要方式。围绕基于5G的虚拟仿真教学模式在医学实验技术人才培养中的特点，阐述了目前该培养中模式的应用及优点和缺点，对该培养模式未来的发展具有良好的启示作用。对该种培养模式给予了一个积极、良好的展望。

［关键词］ 5G；虚拟仿真技术；医学实验

［基金项目］ 2023年度成都市重点研发项目“基于中西医结合智慧化管理平台的肥胖等代谢病预警与诊疗的应用示范研究”（2023-YF09-00052-SN）；2021年度四川省卫生厅普及应用项目“趋化因子CXCL13作为NASH相关胰岛素抵抗和炎症浸润治疗靶点的多重评价与鉴定”（21PJ047）

［作者简介］ 梁熠溥（2001—），男，陕西渭南人，学士，四川大学华西口腔医学院助教，主要从事口腔医学、数字化教学研究；程怡娟（2003—），女，湖北孝感人，学士，四川大学华西临床医学院助教，主要从事临床医学、数字化教学研究；张南南（1988—），女，山东济宁人，博士，四川大学华西第二医院副研究员（通信作者），主要从事医学教育及基础研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）37-0120-05 ［收稿日期］ 2023-01-30

引言

医学实验技术是实践性、操作性较强的专业，其主要目的是为临床、医学研究等工作的开展提供保障。医学实验技术人才的培养要求为掌握必需的医学相关专业的理论知识和实验室内操作技能，这就需要购置大量的现代化设备，构建高水平的实验平台。近年来随着高校扩招，高校实验资源、实验指导教师数量和实验室安全等多方面存在限制，传统医学实验技术成本高、风险大、针对性差、难以多学科交叉教学、难以定量评价等弊端逐渐显现。同时，传统的教学方式存在学生学习兴趣不高、学习效率不高等问题，因此探索“医学实验技术”课程新的教学手段已成为医学实验教学改革的趋势［1-2］。

在“互联网+”背景下，将现代信息技术与教学过程深度融合已被认定为实现教学改革的主要手段，虚拟仿真技术为医学实验教学改革提供了有效实现路径［3］。

一、基于5G虚拟仿真技术的医学实验技术人才培养模式

（一）基于5G的虚拟仿真实验室概念

5G技术指的是第五代移动通信技术，具有宽带高、延时低、稳定和可靠等优点［4］。5G技术具有先进的毫米波技术、大规模MIMO技术和D2D技术，其网速传输速度从100Mbps提升到了1Gbps，网络延时从20～30ms缩短至1ms。虚拟现实技术（Virtual Reality）是指通过计算机生成一系列可创建、可体验的虚拟环境的计算机仿真系统，可以使用户沉浸在计算机创建的三维动态实景中，使其在虚拟环境中具有真实的体验感觉［5］。

虚拟仿真实验室是利用高端的VR技术，对实验室内所需要的设备、仪器和环境进行虚拟，并根据实验要求构建三维实验场景，再结合动画、图片、视频和音频等模拟真实实验环境，让实验人员在接近真实的实验环境中，完成预定实验技能的训练［6-7］。1989年美国的威廉·沃尔夫教授首先提出了虚拟仿真实验室的概念［8］。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》中明确提出了“加强网络教学资源体系建设、引进国际优质数字化教学资源、开发网络学习课程、建立数字图书馆和虚拟实验室、建立开放灵活的教育资源公共服务平台”等一系列要求［9］。2012年3月，教育部印发的《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》中指出：“推进信息技术与教育教学深度融合，实现教育思想、理念、方法和手段全方位创新。”［10］2013年，教育部已遴选建设了300个国家级虚拟仿真实验教学，其中与医学相关的虚拟仿真实验教学中心有37个［11］。

基于5G的仿真实验室既要依托开放式的虚拟仿真实验管理平台，又要依靠5G全网规划仿真教学系统的支持，由网络实验仿真平台和虚拟实验教学管理系统两部分组成。

5G技术实现了信号高速率移动传输，虚拟仿真技术满足了医学实验教学应用。基于5G虚拟仿真技术的实验室可通过VR体验虚拟实验室的存在感、自主性和交互性，可实现沉浸式教学，又可在时间和空间上延伸实体实验教学［11］，使学生随时随地实现自主学习和个性化学习。

（二）基于5G虚拟仿真技术的医学实验技术人才培养模式的优点

基于5G虚拟仿真技术的混合式医学实验技术人才培养模式是将传统的面对面的教学方式与现代计算机技术辅助的视听媒体的教学方式相结合。混合式实验技术教学模式是将混合式教学方式用于实验技术教学，将虚拟仿真实验室与传统的实验室教学方式相结合，充分发挥医学实验技术专业学生的学习主体地位的教学模式。5G虚拟仿真技术的混合式教学模式则是将最先进的5G移动通信技术与VR技术相结合构建虚拟仿真实验室，同时结合传统的实验教学模式构建的混合式教学模式。此种教学模式具有以下几个优点：（1）提高了教学效率和质量。此种教学模式改变了传统教学模式中以教师为主导，单方面讲授的授课形式，提高了学生的参与度和积极性，可以有效提高医学实验技术人才的培养效率。（2）克服了传统实验教学的限制。比如实验场地、人数、实验室安全、贵重仪器等方面的限制，能够让学生不受场地、时间、次数、安全因素等的限制，开展医学实验技术的训练和学习［12］。（3）降低了人才培养的成本。医学实验技术是实验学科，需要大量的仪器、试剂、耗材等。然而虚拟仿真实验室不需要真实的仪器、耗材等，降低了医学实验所需耗材、仪器损耗等成本。（4）基于5G虚拟仿真技术的混合式教学模式，既有线上虚拟仿真实验室的培训，又结合了线下传统教学模式查漏补缺；既保留了传统医学实验教学方面的优势，又运用先进技术手段，充分调动了学生学习的积极性和主动性［11］，将两种教学模式很好地结合起来，能够取得良好的教学效果。

二、基于5G虚拟仿真技术的混合式人才培养模式在医学实验技术中的应用

基于5G虚拟仿真技术的混合式教学模式新颖、创新，能够提高学生的学习兴趣和改善学习效果。教育部办公厅发布的《关于2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》明确提出，2017—2020年在普通本科高等学校开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设工作，到2020年认定1 000项左右示范性虚拟仿真实验教学项目［13］。目前越来越多的高校如上海交通大学、武汉大学、厦门大学、空军军医大学等采用虚拟仿真实验室开展医学实验技术的教授［14-15］。然而虚拟实验和真实实验毕竟存在差异性，其教学成果是否具有可替代性，还需进一步评估。

南方医科大学在医学微生物实验教学中，分别选用了传统实验室、虚拟仿真实验室和混合实验室的培养模式，调查结果显示，单纯的虚拟仿真实验室的教学满意度为68.3%，81.1%的学生对混合式实验室教学模式效果持满意和积极的态度，因此结合线上线下的混合式实验培养模式得到了较好的评价［6］。南方医科大微生物实验教学效果评估结果显示，混合式医学微生物学实验教学模式能够有效提高学生分析问题、解决问题的能力，同时有效地提高了学生对“医学微生物实验”课程的学习兴趣［6］。以上调查结果均显示，虚拟仿真实验室教学方式结合传统实验室教学方式的混合式培养模式具有良好的教学效果，54.3%的学生认为能够有效提高成绩，因此对结合虚拟仿真实验室的混合式教学模式持有满意和积极的态度［6］。因此，与单纯的虚拟仿真医学实验教学模式相较，线下传统的医学实验技术教学方式结合虚拟仿真实验技术的新型教学模式，可能会取得更好的教学成效和教学成果，有助于医学实验技术人才的培养。虚拟仿真实验室可作为辅助手段，弥补传统实验技术人才培养模式的不足，拓宽学生视野，丰富医学实验内容。

广州医科大学附属第一医院检验科开展了实验技术教学研究，选择60名医学检验技术专业的本科生，采用单纯的线下传统模式的全自动生化仪进行教授方式，另外选择60名医学生采用传统的线下讲授结合虚拟仿真实验室再加上线下仪器操作训练的方式。课程结束后，评估两种培训模式下的理论和实验教学成果［6］。结果显示，混合式培养模式下学生的理论成绩和技能成绩均明显高于传统教学模式组，在混合式培养模式下，96%的学生对虚拟仿真实验室感兴趣，85%的学生对软件教学内容持满意的态度［6］。然而基础不扎实或者电脑操作不熟练的学生不能很好地适应虚拟仿真实验教学，他们在该种教学模式下学习感到困难。

南开大学医学院在2016级和2017级临床医学和口腔医学学生中开展了禽流感病毒分离培养的虚拟仿真实验教学［16］。以采用传统教学模式的2015级临床医学和口腔医学的学生为对照，通过调查问卷调查学生对虚拟仿真平台的满意度和认同度。调查结果显示其中94.0%的学生对该实验项目满意；78.6%的学生认为虚拟仿真实验平台能够帮助自己理解和掌握实验原理和技能；66.7%的检验科医学生认为，该平台提高了自己医学实验技术的操作能力、分析实验技术相关问题和解决问题的能力；77.4%的医学实验检验学的学生认为该平台培养了实验室生物安全意识和防护技能［16］。与采用传统教学的2015级学生相比，采用虚拟仿真实验室教学的学生的期末理论考试成绩明显提高。综上，学生认为虚拟仿真实验平台大大提高了自己学习的兴趣和主动性，提高了实验教学的效果。

以上研究充分证明了虚拟仿真技术在医学实验技术人才培养中具有互动性高、学生自主性强、学习效果好等多方面的优势，其在医学实验技术人才培养方面，具有更好的教学效果。然而由于该医学实验技术人才培养模式的创新性和独特性，教师需要花费更多的时间、精力熟悉相关的培养体系，其建设机制和培养机制也需要进一步摸索和探讨，对于后期的培养效果，也需要在长期的临床工作中去检验和评估。

三、基于5G的虚拟仿真技术医学实验技术人才培养现状与面临的问题

（一）高校基础设施建设水平的不平衡导致医学实验技术虚拟仿真实验室建设效果参差不齐

虚拟仿真实验室建设的前提是计算机技术和互联网大数据及完善的网络支撑。因此，建设高校先进实验室网络资源，对虚拟仿真实验室建设至关重要［17］。不同高校在不同学科专业领域的学术建设不同，有些专业比较热门，资金配套到位，投入的经费较多，其虚拟仿真实验室的建设就会先进；有些高校由于不太重视虚拟仿真实验室教学，或由于其他客观原因，其虚拟仿真实验室的建设就会相对较慢。因此，虚拟仿真实验室的建设，需要高校重视起来，并投入更多的资金、人员来专门建设。

（二）进一步提升虚拟仿真医学实验技术教师的教学水平

随着虚拟仿真医学实验技术教学体系的应用，教师原有的单纯的医学实验技术的教学习惯将会被改变，在该模式下，要求医学实验技术教师学习并掌握医学实验技术虚拟教学平台的使用及相关的评价体系和管理模式。虚拟仿真实验技术的应用，对教师提出了更高的要求。教师既要掌握医学实验技术传统的教学技能，又要掌握虚拟仿真医学实验技术相关的技能，包括课程使用、课程创制、课程评价以及虚拟实验平台的相关管理、维护等技能［18］。医学实验技术的教师不仅要学会传统的线下实验教学模式以及与学生的互动等教学技能，还要在虚拟仿真实验教学过程中，及时发现学生的疑问和未掌握的难点，进行反馈式再教学，以提高医学实验技术相关专业医学生的实验技能、学习兴趣和创新能力。

（三）医学实验技术人才培养应用中的虚拟仿真实验室后期的管理、维护保养是高校教学面临的重点和难点

虚拟仿真实验室的建设需要高校投入大量的建设资金和人力，且医学实验技术虚拟教学平台建成之后，也需要投入大量的人力、物力来进行后续的管理、维护和保养。虚拟仿真实验平台软件建好后，还需根据实际教学过程中教师和学生的需求，不断改进、完善和更新，这都需要投入专业的人才和资金维持运营。这部分的投入也将是高校面临的一个重点和难点。